Лекції по електромеханічним пристроям комп'ютеризованих систем - файл n1.doc

Лекції по електромеханічним пристроям комп'ютеризованих систем
скачать (471.1 kb.)
Доступные файлы (8):
n1.doc557kb.20.12.2008 03:08скачать
n2.doc206kb.11.04.2004 00:13скачать
n3.doc297kb.02.06.2004 11:01скачать
n4.doc267kb.11.04.2004 00:23скачать
n5.doc244kb.11.04.2004 01:21скачать
n6.doc283kb.11.04.2004 00:18скачать
n7.doc299kb.11.04.2004 01:19скачать
n8.doc254kb.11.04.2004 01:23скачать

n1.doc

4.Двигуни постійного струму

4.1.Класифікація двигунів постійного струму


По способу збудження двигуни постійного струму, як і генератори діляться на:

1.Двигуни (Д) змішаного збудження (компаудні) - рис.4.1,а. Вони мають шунтову (паралельну) обмотку збудження ОШ та серієсну (послідовну) обмотку збудження ОС, н.с. яких звичайно спрямовані узгоджено. Резистор R використовується для регулювання струму збудження ОШ, що змінює робочий магнітний потік і відповідно – ЕРС двигуна. При узгодженому напрямку н.с. обмоток збудження збільшення навантаження двигуна збільшує н.с. обмотки ОС та магнітний потік двигуна. В результаті зменшується частота обертів та обмежується зростання струму якоря.

2.Двигуни паралельного збудження (рис.4.1,б).

3.Двигуни незалежного збудження (рис.4.1,в).

4.Двигуни зі збудженням від постійних магнітів (рис.4.1,г).

5.Двигуни з послідовною (серієсною) обмоткою збудження (рис.4.1,д)..

Двигуни підпорядковуються рівнянням:

- частота обертів Д;

-струм ЕРС Д;

- електромагнітний момент Д;

- ЕРС Д;

- напруга на клемах Д у статиці;

- напруга на клемах Д у динаміці;

- диференційне рівняння руху Д;

де , - струм у обмотці якоря Д у статиці та динаміці;

-падіння напруги на опорі якоря та додатковому опорі ;

- падіння напруги на щітках Д (залежить від типа щіток);

, постійні величини для ЕМ;

Ф – магнітний потік;

-момент інерції Д постійного струму та зєднаного з ним механізму.

- постійний момент опору Д (включаючі момент холостого хода).

- вентиляторний момент опору Д (включаючі момент холостого хода).

4.2.Принцип оберненості електричної машини

Припустимо, що ЕМ в режимі генератора приводиться в рух дизелем.

Якщо зменшувати момент дизеля на валу генератора шляхом зменшення подачі палива, то, під впливом дії гальмуючого електромагнітного момента , дизель-генератор починає зменшувати частоту обертів. В результаті зменшується ЕРС і струм спочатку зменшиться до нуля, а потім змінить свій знак. Тому зміниться знак електромагнітного момента. Тобто, якщо раніше ЕМ працювала генератором, то тепер вона працює двигуном. Напрямок частоти обертів при цьому не змінюється. Цей принцип оберненості електричної машини розповсюджується на ЕМ постійного струму інших типів та ЕМ змінного струму.
4.3.Регулювання частоти обертів двигуна постійного струму незалежного та паралельного збудження

З формули

(1)

випливає, що частоту обертів Д постійного струму можна регулювати:

а)зміною напруги мережі ;

б)зміною додаткового активного опору обмоттки якоря ;

в)зміною магнітного потоку Ф.

З формули електромагнітного момента отримуємо значення струму, яке використовуємо у формулі (1). В результаті отримуємо вираз для розрахунку статичних механічних характеристик Д (рис.8.2)

. (2)





Регулювання частоти обертів двигуна введенням активних опорів в ланцюг якоря. Механичні характеристики Д незалежного та паралельного збудження при зміні додаткових опорів ланцюга якоря ЕД введенням активних опорів показані на рис.4.2. Електрична схема включення пускових резисторів наведена на рис.4.3. Механичні характеристикимають вигляд прямих ліній, що проходять через точку

,

та мають нахил, який залежить від величини додаткових активних опорів у ланцюзі якоря. При механічна характеристика зветься природною, а при - штучною. Природня механічна характеристика є достатньо жорсткою: при переході від режима холостого хода до номінального навантаження частота обертів зменшується на 2..8%. У сучасних високовикористаних Д розмагнічуюча дія реакції якоря може впливати більше, ніж падіння напруги на активному опорі . Тому природна механічна характеристика може бути зростаючою (показана на рис.8.2 пунктиром). У цьому випадку робота двигуна є нестабільною, і тому для компенсації такого впливу реакції якоря двигун споряджається стабілізуючою серієсною обмоткою збудження ОС, яка вмикається узгоджено з шунтовою обмоткою ОШ. У цьому випадку Д має нормально падаючу механічну характеристику, що забезпечує його стабільну роботу.

Опори можуть використовуватись для пуска Д. У цьому випадку вони звуться пусковими і призначенні як для обмеження струму у ланцюзі якоря на час пуска так і для обмеження пускового момента (для “мягкого” пуску). Контрль перемикання ступеней опорів виконується або у функції струму (І1=1,4ІН, І2=(1,4…2,5)ІН, - при цьому М1=1,4МН, М2=(1,4…2,5)МН) або по часу.

Але опори можуть бути розраховані і для тривалого регулювання частоти обертів. Наприклад, при постійному моменті опору МСН=const частота обертів визначається точкою пересічення момента опору з механічною характеристикою Д. Тоді опори повинні бути розрахованими у тепловому відношенні на такий режим (не повинні згорати в такому режимі).

Розглянутий спосіб регулювання частоти обертів є неекономічним. Якщо момент опору не змінюється і дорівнює номінальному значенню , то струм обмотки якоря має незмінне номінальне значення. Потужність, яка споживається з мережі теж не змінюється і не залежить від частоти обертів, у той час як корисна потужність зменшується зі зменшенням частоти обертів. В результаті зменшується ККД

.

При цьому можна отримати диапазон регулювання 1:10.

Регулювання частоти обертів двигуна зміною величини магнітного потоку Ф. З формули (2) випливає, що частота обертів може регулюватись зміною величини магнітного потоку Ф. Штучні механичні характеристики при ослабленні магнітного поля розміщуються вище природної, а при збільшенні магнітного поля двигуна розміщуються нижче природної характеристики (рис.4.4). Магнітна система ЕМ звичайно є насиченою і тому магнітний потік зменшують. В результаті ослаблення магнітного поля частота обертів зростає. По окремому замовленню можна побудувати двигун паралельного збудження, у якому частоту обертів можна збільшити в 2..3 рази (підвищувати частоту обертів у звичайних двигунів можна короткочасово лише в 1,2 рази по умовах механічної міцності).



Точки пересічення кривої момента опору МОН з механичними характеристиками двигуна Д (рис.4.4) вказують відповідні значення частоти обертів двигуна і електромгнітного момента у сталому режимі роботи.

Цей спосіб регулювання є економічним, але якщо момент опору є сталим, то згідно формули зі зменшенням магнітного потоку збільшується струм якоря. Крім того, зі збільшенням частоти обертів погіршуються умови комутації та зменшується сталість роботи: основне робоче магнітне поле Д ослаблюється, і дія реакції якоря може призвести до виникнення коливань частоти обертів навколо деякого середнього значення. З цих причин регулювання можна виконувати при постійності корисної потужності Зміною величини магнітного потоку Ф можна досягти диапазону регулювання частоти обертів1:2 або 1:3.

Регулювання частоти обертів двигуна зміною величини напруги живлення. Цей спосіб регулювання розглянемо лише по відношенню до двигуна незалежного збудження, бо у двигуна паралельного збудження зі зміною напруги мережі змінюється також струм збудження. Таке регулювання можна виконати за допомогою агрегата “генератор-двигун” (система Г-Д), який зветься також агрегатом Леонарда.

На рис.4.5 показана система Г-Д, яка складається з асинхронного двигуна АД (замість нього може використовуватись тепловий двигун - дизель, парова або газова турбина), збудника Зб, генератора Г та двигуна Д.

Регулювання частоти обертів по системі Г-Д виконується:

1.Механичні характеристики двигуна Д (рис.4.5,б) розміщуються нижче природної характеристики, яка показана жирною лінією. При цьому досягається диапазон регулювання частоти обертів у межах 1:10.

2.Зменшенням струму у обмотці збудження двигуна ОЗД при постійному магнітному потоці Г. Механичні характеристики двигуна Д (рис.4.4,б) розміщуються вище природної характеристики, яка показана жирною лінією. При цьому досягається диапазон регулювання частоти обертів у межах 1:2, або 1:3.

Точки пересічення кривої момента опору МО з механичними характеристиками двигуна Д (рис.4.5,б) вказують відповідні значення частоти обертів двигуна і електромгнітного момента у сталому режимі роботи.

Таким чином, загальний диапазон регулювання частоти обертів складає 1:20 або 1:30. За рахунок використання спеціальних систем автоматичного регулювання для високоточних механизмів на практиці досягають диапазон регулювання частоти обертів до 1:2000.

Недоліки системи Г-Д:

1.Велика вага, бо використовуються три машини приблизно однакової потужності. Підсумкова вага дорівнює приблизно вазі трьох АД.

2.Низький ККД. Якщо ККД трьох машин (АД, Г, Д) прийняти рівним 0,9, то загальний ККД системи Г – Д дорівнює .

Для обмеження величини пускових струмів та струмів перевантаження Д, іноді у Г передбачають серієсну обмотку збудження, яка розмагнічує генератор і забезпечує пусковий струм не більше 2ІН (двигун при цьому має повний незмінний робочий магнітний потік). У сучасних електроприводах замість генератора використовують керований напівпровідниковий випрямляч, який отримує живлення від трансформатора, що узгоджує стандартну напругу мережі змінного струму зі стандартною напругою машин постійного струму. Використовується також тиристорний широтно-імпульсний перетворювач для живлення від мережі постійного струму.
4.4.Гальмові характеристики двигунів постійного струму

Гальмування в електриприводі має суттєве значення. Наприклад, від гальмування в електротанспорті залежить безпека руху, плавність зменшення швидкості на зупинках, економія електроенергії.

Гальмування може бути трьох видів: рекуперативне, противмикненням, динамічним. Уси вони на рис.4.6 показані жирними лініями.


Рекуперативне гальмування має місце коли механізм приводить у рух двигун зі швидкістю, яка перевищує швидкість холостого ходу n0. У цьому випадку ЕРС збільшується і зтрум згідно формули



спочатку зменшується до нуля, а потім змінює знак. Відповідно змінюється знак момента , тобто ЕМ починає працювати у режимі генератора. Хоча машина насправді не гальмується (ії швидкість навіть підвищується), але цей режим зветься гальмовим з тієї причини, що обмежується зростання швидкості обертання двигуна. Наприклад, якщо електровоз у залізничому потягу процює у гірських умовах, то коли потяг взбирається на гору, за рахунок роботи електродвигуна збільшується потенціальна енергія всього потягу за рахунок йог підйому. Коли потяг спускається з гори, частота обертів двигуна збільшується, він переходить у режим рекуперації з віддачею запасенної потенційної енергії у мережу при обмеженні швидкості спуску потягу під гору.

У випадку послідовного збудження Д не може перейти у режим рекуперативного гальмування шляхом підвищення частоти обертів. Тому рекуперація такої машини виконується шляхом переведення ії на паралельне збудження.

Гальмування противмикненням може бути виеонане двома шляхами:

1.Коли механізм приводить двигун у рух, який спрямований протилежно напрямку дії момента двигуна. Наприклад, якщо кран підіймає вантаж і Д иає механичну характеристику 2, то при збільшенні ваги, яка підіймається, двигун переходить у режим гальмування противмикненням. Цим користуються, наприклад для плавного повільного спуску вантажу.

2.Коли виконують реверс двигуна, то змінюють полярність напруги на клемах обмотки якоря. У перший момент після перемикання робота Д визначається точкою А. Потім швидкість зменшується і якщо не зупинити Д при n=0, то він почне обертатись у протилежну сторону.

Гальмування противмикненням дуже ефективне, але супроводжується великими струмами та втратами енергії, бов у цьому випадку ЕРС двигуна напралена не проти напруги живлення, а узгодженно з цією напругою. Тому згідно формули


треба ввести достатньо великий додатковий опір в обмотку якоря для обмеження величини струму.

При динамічному гальмуванні двигун переводиться у режим генератора, для чого його якір відмикається від мережі і замикається на активний опір. Обмотка збудження отримує живлення віл окремого джерела. По суті використовується схема рис. 8.1,в, у якій замість напруги вводиться активний опір.

Тоді з рівнянь та отримуємо , яке дає нам механичну характеристику у вигляді прямой лінії, яка проходить через початок координат з 2-го квадранта у 4-ий.Таке розміщення пояснюється тим, що у режимі генератора струм і момент стають відємними.

Динамічне гальмування двигуна послідовного збудження виконується аналогично, але при малій швидкості гальмування такого двигуна зовсім не відбувається а при великій швидкості протікає дуже бурхливо з виникненням великих гальмових моментів.
4.5.Регулювання частоти обертів двигуна постійного струму послідовного збудження

З формули

(3)

випливає, що частоту обертів Д постійного струму можна регулювати:

а)зміною напруги мережі ;

б)зміною додаткового активного опору обмоттки якоря ;

в)зміною магнітного потоку Ф.

Для номінального режиму роботи двигуна послідовного збудження струм збудження отримуємо рівняння

, (4)

З іншого боку, частота обертів Д розраховується по формулі

(5)

Вважаємо, що магнітний потік пропорційний струму ланцюга якоря

(6)

З формули для електромагнітного момента з врахуванням (6) отримуємо вираз для розрахунку струму якоря

та . (7)

З формул (5)-(7) отримуємо вираз для розрахунку механічної характеристики двигуна послідовного збудження

.

або

. (8)

З формули (8) випливає, що збільшення опору ланцюга якоря RД (рис.4.8,а) переміщує механичну характеристику Д паралельно самій собі униз від природної механичної характеристики, яка на рис.4.8,б показана жирною лінією. Приблизна так само діє зменшення напруги

Для регулювання магнітного потоку двигуна послідовного збудження паралельно обмотці збудження ОС вмикається резистор R1 (рис.4.7,а), який має малий опір, адекватний опору обмотки ОС. Чим менше опір R1, тим менше струму протікає по серієсній обмотці збудження ОС. У цьому разі штучні механічні характеристики знаходяться вище природньої характеристики. Для розрахунку штучних механічних характеристик при ослабленому магнітному потоці треба враховувати зміну опору паралельно вмикнених опорів обмотки збудження ОС та R1; значення величини сЕФН при цьому зменшується у залежності від величини струму збудження по обмотці ОС.


Точки пересічення кривої момента опору МО з механичними характеристиками двигуна Д (рис.4.5,б) вказують відповідні значення частоти обертів двигуна і електромгнітного момента у сталому режимі роботи.

Двигуни послідовного збудження забороняється пускати без навантаження із-за неприпустимого збільшення частоти обертів. Звичайно будь-які машини та механизми, що обертаються (турбіни, дизелі, електричні машини), передбачена можливість збільшення частоти обертів до 1,2 nH (якщо спеціально не оговорена інша максимальна частота обертання) й лише для двигуна послідовного збудження припускається 1,5nH.

4.6.Регулювання частоти обертів двигуна постійного струму змішаного збудження


Двигун постійного струму змішаного збудження (рис.4.8,а) має особливості механичних характеристик двигунів паралельного та послідовного збудження (рис.4.8,б) .Точки пересічення кривої момента опору МО з механичними характеристиками двигуна Д (рис.4.8,б) вказують відповідні значення частоти обертів двигуна і електромгнітного момента у сталому режимі роботи.

4.7.Пуск та реверс двигунів постійного струму

Використовуються такі способи пуска двигунів:

1.Пряме включення на мережу дозволяють використовувати лише для Д невеликої потужності (до 6 кВт). Двигун попередньо збуджують, а потім вмикають на мережу. Такий пуск сепроводжується великим струмом (до 6..8)ІН, іскріннм на колекторі (навіть може виникнути коловий вогонь). На валу Д виникає великий електромагнітний момент, а робота захистної та вимірювальної апаратури ускладнюється. Якщо двигун вмикається вхолосту, то при досягненні номінальної частоти обертів, він нагрівається всього на кілька градусів.

2.Пуск за допомогою пускового реостата, вмикненого в ланцюг якоря дозволяє обмежити струм якоря у заданих межах Іmin…Imax, де Іmin=(1,1…1,3)ІН, а Imax=(1,5…1,8)ІН. Пусковий реостат переміщується вручну. Якщо недосвідчена людина буде переміщувати рукоятку пускового реостата занадто швидко (намагатись зробити це миттєво), то практично це буде означати прямий пуск. Щоб запобігти такому пуску, який супроводжується великими небезпечними для машини струмами ланцюга якоря, використовують захист у вигляді реле струму, яке при перевищення струму в ланцюзі якоря встановленої межі вимикає лпнцюг якоря.

3.Пуск зміною напруги мережі за допомогоє системи Г-Д, або напівпровідникового випрямляча при постійному робочому магнітному потоці Д. Цей пуск виконується або поступовим збільшенням напруги без зворотнії звязків, або автоматичним зменшенням напруги за допомогою зворотнього звязку по струму: це забезмечує обмеження пускового струму значеннями (1,5…2)ІН.


Реверс (зміна напрямку обертання) Д згідно формули для електромагнітного момента , виконується реверсом магнітного потоку Ф (зміною знаку струму збудження) або за рахунок зміни знаку (зміни напрямку) струму якоря ІЯ шляхом перемикання (зміни полярності) напруги на щітках якоря. Одночасна зміна знаку і струму якоря і магнітного потоку не призводить до зміни обертання Д.

Оскільки число витків в обмотці збудження більше, ніж у якірній обмотці, то ЕРС самоіндукції при розриві ланцюга збудження більше, ніж при розриві ланцюга якоря. З цієї причини для реверса двигунів змінюють напрямок струму в якірному ланцюзі, а не в ланцюзі збудження. Виключення складають двигуни послідовного збудження, у яких реверс створюється зміною напрямку струму в ланцюзі збудження. Саме так здійснюється реверс тягових двигунів тепло- і електровозів — за допомогою спеціального апарата (реверсора), що переключає клеми обмотки збудження двигунів з однієї полярності на іншу.

4.8.Робочі характеристики двигунів постійного струму

Робочі характеристики двигунів постійного струму складаються з таких графичних залежностей (рис.4.9) при та :

1. - швидкісної характеристики, або залежності частоти обертів n від струму якоря , 2.- моментної характеристики, або залежності електримагнітного момента М від струму якоря .

3.- залежності ККД від струму якоря .

Швидкісні характеристики пояснюються формулами:

- для Д паралельного збудження ця характеристика зветься жосткою;

- для Д послідовного збудження ця характеристика зветься мягкою.

Робочі характеристики Д змішаного збудження займають проміжне положення.

Моментна характеристика Д паралельного збудження згідно формули повинна була б зростати по врямій лінії з зростанням струму якоря, але з зростанням струму реакція якоря усе більше розмагнічує машину (зменшує магнітний потік Ф), і тому електромагнітний момент дещо зменшується.

У Д послідовного збудження магнітний потік проиблизно пропорційний струму якоря і тому . Ця моментна характеристика являє собою параболу. Властивість двигуна давати великий момент зі збільшенням струму навантаження широко використовується для приводів, які працюють у тяжких умовах та при перевантащеннях.

ККД двигунів починає зростати при струмі І0, який відповідає моменту опору холостого ходу М0, що покриває механичні, додаткові та магнітні втрати. ККД досягає максимуму, коли змінні втрвати дорівнюють постійним втратам. Звичайно максимум ККД у двигунів приходиться при корисній потужності Р2=0,75РН.

Завдання 4.8.1.Розрахунок характеристик двигуна постійного струму.

Данну роботу доцільно розбити на чотири заняття:

1.Розрахунок механічних характеристик двигуна постійного струму паралельного та незалежного збудження.

2.Моделювання перехідних процесів двигуна постійного струму паралельного та незалежного збудження.

3.Розрахунок механічних характеристик двигуна постійного струму послідовного збудження.


4.Розрахунок пускових резисторів (в. і. Дяків, с.50-55).

5.Розрахунок гальмових резисторів.

В усіх перших чотирох завданнях використовуються однакові розраховані індивідуальні для кожного студента параметри. Тому відбувається захист робіт студентами після завершення четвертого завдання.

Завдання 4.8.2.Розрахунок механічних характеристик двигуна постійного струму паралельного та незалежного збудження.

Розрахуємо параметри двигуна постійного струму паралельного та незалежного збудження.

Примітка: звичайно частота обертів та потужність ЕМ вказується у державних стандартах і не можуть порушуватись без обгрунтованих причин. У даному випадку ці вимоги стандарту порушуються внаслідок учбового характеру завдання та необхідності надавати індивідуальне завдання кожному студенту ( у наведених нижче даних N- порядковий номер студента у групі).

1.- номінальна напруга, В.

2.- частота обертів холостого ходу, об/хв. Тут N- порядковий номер студента у групі.

3.- номінальний струм якоря, А.

4.- ККД ЕМ.

5. - активний опір якоря, Ом. Можна також використовувати формулу .

6. - номінальний електромагнітний момент ЕМ, Нм.

7.; - постійні величини для двигуна паралельного та незалежного збудження, В/(об/хв), Нм/А.

8. - кількість полюсів.

9.- номінальний струм збудження, А.

10.Параметри, які використовуються для моделювання перехідних процесів:

- момент інерції двигуна сумісно з приводним механізмом, кгм2. Тут g = 9,81 – прискорення вільного падіння, м/с2 .

активний опір обмотки збудження, Ом.

- індуктивність обмотки збудження, Гн. Тут - постійна часу обмотки збудження за формулою Жюільяра, сек.

- індуктивність обмотки якоря, Гн.

11. Розрахунок статичних механічних характеристик електричного двигуна постійного струму виконується по формулі

; ; ; . (1)

По формулі (1) для диапазона розрахувати механичні характеристики двигуна постійного струму паралельного (незалежного) струму при зміні:

=; =; =;

=; =; =.

Завдання 4.8.3.Моделювання перехідних процесів двигуна постійного струму паралельного та незалежного збудження.

Диференційні рівняння для моделювання перехідних процесів двигуна постійного струму мають вигляд

; ,

де -індуктивність ланцюга якоря (по формулі Уманського), Гн;

2р=4 – кількість головних полюсів;

- момент інерції, кгм2.

Скласти програму для розрахунку на ЕОМ перехідних процесів в ЕМ при ії пуску для природної механічної харакиеристики і у випадку . Отримати значення індуктивності , яка забезпечить при пуску . Визначити приблизну точку сталого режиму.

Завдання 4.8.4.Розрахунок механічних характеристик двигуна постійного струму послідовного збудження.

Розрахуємо параметри двигуна постійного струму послідовного збудження.

Примітка: звичайно частота обертів та потужність ЕМ вказується у державних стандартах і не можуть порушуватись без обгрунтованих причин. У даному випадку ці вимоги стандарту порушуються внаслідок учбового характеру завдання та необхідності надавати індивідуальне завдання кожному студенту.

1.- номінальна напруга, В.

2.- частота обертів холостого ходу, об/хв. Тут N- порядковий номер студента у групі.

3.- номінальний струм якоря, А.

4.- ККД ЕМ.

5. - активний опір якоря, Ом.

6. - номінальний електромагнітний момент ЕМ, Нм.

7.Для двигуна послідовного збудження струм збудження дорівнює струму якоря і тому можна використати рівняння (для номінального режиму):

(2)

(3)

Для опису роботи ЕМ можна використати рівняння

Вважаємо, що магнітний потік пропорційний струму ланцюга якоря звідки , або

.

Тату враховано, що ==; .

Для розрахунку механічних характеристик використовуємо рівняння

при зміні параметрів:

1. При трьох значеннях напруги живлення U1=0,3UH; U2=0,5UH; U3=UH.

2. При трьох значеннях додаткового активного опору якоря RД1=0; RД2=6RЯ; RД3=15RЯ.

3. При двох значеннях магнітного потоку.

сЕФ1 = сЕФН; сМФ1 = сМФН;

сЕФ2 = 0,5сЕФН; сМФ2 = 0,5сМФН.


Завдання 4.8.5.Розрахунок пускових резисторів

Завдання для розрахунку характеристик двигуна постійного струму паралельного збудження:

1.Розрахувати пускові характеристики двигуна постійного струму паралельного збудження номінальною потужністю РН = N квт (отут N – порядковий номер студента в групі), UH=220 B, n=1500 про/хв, номінальний коефіцієнт корисної дії (ККД ) ?Н=0,65+0,0065N.

2.Номінальний струм двигуна (в Амперах)

.

3.Повний опір ланцюга якоря (в Омах)з врахуванням додаткових полюсів та інш. приймається або по каталозі або визначається по формулі

.

При пуску двигуна з паралельним збудженням необхідно виконати дві основних умови: не допустити надмірно великого пускового струму, небезпечного для обмотки якоря, щіткових контактів і колектора; забезпечити пусковий момент, необхідний для розгону двигуна з механізмом. Ці умови забезпечуються належним вибором пускового резистора.

Виходячи з рівняння напруг ланцюга ротора

,

(тут (В/(об/хв)); =2 = const – падіння напруги на щітках,В; - електрорушийна сила (ЕРС ) обмотки якора, В; - номінальний струм якора, А; - номінальна частота обертів, об/хв; - частота обертів, об/хв) при нерухомому якорі (n=0) індукована в обмотці якоря ЕРС дорівнює нулю, тому при пуску двигуна без пускового опору (RП=0) струм в обмотці якоря

.

Тому що опір якоря в машинах постійного струму складає десяті і навіть соті частки ома, то у випадку безпосереднього пуску двигуна в хід при повній напрузі мережі струм якоря буде неприпустимо великим. Тому пуск двигуна шляхом включення якоря на повну напругу мережі застосовується тільки для двигунів малої потужності, що мають порівняно великий внутрішній опір.

При пуску двигуна в хід, струм у ланцюзі якоря обмежують включенням у ланцюг якоря пускового опору RП. При цих умовах струм ланцюга якора



В міру збільшення частоти обертання якора опір пускового резистора (рис.1) варто зменшити, тому що буде зростати ЕРС , яка індуктується в якорі. Зниженням опору резистора RП при пуску, а також належним вибором його значення домагаються того, що пусковий струм і пусковий момент двигуна за час пуску коливаються в заданих межах, забезпечуючи необхідні умови розгону виконавчого механізму.

Розраховують пускові резистори R1, R2, R3 (рис.1) двома методами: графічним і аналітичним.


n0

n

При графічному розрахунку пускового резистора будують пускову діаграму (рис. 2). По горзонтальній осі відкладають пускові моменти (або струми): максимальний М1(11} і мінімальний або перемикаючий М22) моменти двигуна наприкінці розгону на кожній зі ступіней опору. Моменти М1(11) і М22) для двигунів постійного струму звичайно приймають:

М1 = (2,0…2,5)Мн; І1 = (2,0…2,5)Ін;

М2= (1,1…1,2)Мн; І2= (1,1…1,2)Ін,

де МН, Ін — номінальний момент і струм двигуна, що у даному випадку приймаються рівними навантажувальному Мс, тобто МН = МС; Ін = Іс.

На вертикальній осі у визначеному масштабі відкладають частоту ідеального холостого ходу n0, яку можна визначити по формулі

, або .

З крапки, що відповідає номінальному моменту МН, проводять перпендикуляр МН,, відкладають на ньому в масштабі частоту обертання якоря nH і одержують крапку б (рис.2).

З'єднуючи прямої крапку б із крапкою ідеального холостого ходу , одержують природну механічну характеристику двигуна “п0 –б-7”.

Відрізок “а-б” між горизонтальної прямою “n0 –a” і природною механічною характеристикою “п0 –б-7” відповідає опору якоря RЯ.

Масштаб для опорів (Ом/мм)

,

де аб — відрізок прямої, що відповідає опору якор RЯ.
Пряма “n0- д – 2 – 1” буде першою штучною характеристикою, що відповідає повному опору резисторів (RЯ + R1 + R2 + R3). З крапки 1 починається розгін двигуна. При досягненні двигуном перемикаючого моменту М2 в точці 2 першу секцію резистора R1 вимикають, що зобразиться горизонталлю 2-3, проведеною через крапку 2. На перетинанні цієї горизонталі з перпендикуляром “М1 –7знаходиться точка 3 другої штучної механічної характеристики, яка зображується прямою “n0 –г – 4 - 3”.

Відрізок гд у масштабі опорів і дає опір першої секції резистора R1. Подальша побудова характеристик ясна з рис.2. Відрізки дг, гв, вб, ба відповідають опору окремих секцій пускового резистора та якора (R1 + R2 + R3+RЯ) в порядку їхнього вимкнення (опір RЯ неможливо вимкнути).

Якщо при побудові виявиться, що остання горизонталь 6, 7 не перетинає природну характеристику в точці 7, то необхідно трохи змінити значення моменту М22) і повторити побудову.

Якщо момент опору MO=MH, то відповідна стала швидкість обертання двигуна постійного струму при введенні опорів R1, R2, R3 відповідає відрізкам “МН-д”, “МН-г”, “МН-в”. Це може бути використано для регулювання швидкості двигуна, якщо резистори пускового реостата (R1, R2, R3) розраховані у тепловому відношенні на постійне (не лише на час пуску) пропускання струму ІН. При цьому сам двигун повинен мати незалежну вентиляцію, внаслідок чого умови його охолодження не змінюються зі зменшенням частоти обертів; у іншому разі треба враховувати зменшення припустимого струму якора зі зменшенням частоти обертів двигуна до 40..50% від номінального значення. Якщо навести будь-яку іншу характеристику опору на валу двигуна (вентиляторну, або іншу) то точки перетину цієї характеристики з механічними характеристиками двигуна дасть сталу частоту обертів при регулюванні частоти обертів двигуна. Вентиляторну характеристику опору можна розрахувати по формулі

.

При аналітичному розрахунку необхідно пам'ятати, що кількість пускових ступіней прискорення для двигунів малої потужності (до 10 квт) дорівнює m=1 — 2, для двигунів середньої потужності (до 50 квт) — m=2 — 3, а для двигунів більшої потужності — m=3 — 4.

Якщо число ступіней невідомо, то їх кількість можна визначити по формулі

,

де т — число ступіней пускового резистора; І1 — максимальний пусковий струм електродвигуна; - відношення максимального пускового струму до перемикаючого.

Якщо т виходить дробовим, змінюють І1 або І2 так, щоб вийшло ціле число т.

Якщо кількість ступіней резистора т відома, то відношення можна визначити по формулах:

для нормального режиму пуску (при рідких пусках) задаємося струмом переключення І22) і розраховуємо

;

для форсованого режиму пуску (для напружено працюючих приводів з великою кількістю включень у годину) задаємося максимальним струмом І1 (M1) і розраховуємо



Опір окремих ступіней визначають у такий спосіб:

; ;

і т.д.
Опір секцій пускового реостата

;

і т.д.

Завдання 4.8.6.Гальмові резистори

Генераторний гальмовий режим з віддачею енергії в мережу має місце, якщо на вал двигуна одночасно діють моменти двигуна і механізму. Якщо момент механізму компенсує момент холостого ходу (терття), то електродвигун спочатку досягає частоти обертання ідеального холостого ходу п0, а при подальшому прискоренні частота обертання стає більше за п0.
Відповідно ЕРС перевищить напруг мережі і струм можна визначити по формулі


де RA=RЯ+RД — повний опір якірного ланцюга; RД – опір додаткового тормозного резистора; n – задана частота обертів при гальмуванні (n>n0).

Струм буде мати напрямок, зворотний напрямку струму при режимі двигуна, що відповідає віддачі струму й енергії в мережу. Момент М буде також мати зворотній напрямок і бути гальмовим моментом. Такий режим роботи спостерігається, наприклад, при включении кранового електродвигуна на спуск вантажу, коли під впливом моменту навантаження, що діє у сторону спуска, частота обертання електродвигуна може перевищити частоту обертання холостого ходу. Величина опору додаткового резистора RД у цьому режимі вводиться в ланцюг якоря для одержання бажаної частоти обертів при заданому моменті на валу машини.

Для одержання частоти гальмування nт при заданому гальмовому струмі Iт,чи гальмовому моменті МТ опір додаткового резистора в ланцюзі якоря RД визначиться вираженням

.
Гальмовий режим противключенния застосовується в підйомно-транспортних пристроях, коли электродвигун, включений на підйом, унаслідок того що його момент менше моменту вантажу, обертається на спуск.

Режим противовключения застосовується також для швидкого гальмування і реверсування електродвигунів, що досягається зміною полярності або на якоря або на обмотці збудження.

Гальмовий момент МТ чи струм ІТ регулюють введеням додаткового резистора RД у ланцюг якоря, опір якого визначають з вираження
.

Гальмовий момент МТ або струм Іт звичайно приймають не більш (2…3)МН .

У режимі динамічного гальмування якірна обмотка електродвигуна відключається від мережі і замикається
на гальмовий резистор RД, а обмотка збудження залишається вмикненою в мережу. У цьому випадку в якорі, що обертається по інерції, як і раніше индуцируется ЕРС ( — Е), і струм — створює гальмовий момент МT, де RAповний опір якірного ланцюга.

Для визначення опору додаткового резистора RД необхідно задатися максимальним гальмовим моментом МТ або струмом ІТ, які звичайно приймають не більш за (2…3)МН або (2…3)ІН:

,

де nT – частота обертів двигуна у початку гальмування.



Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации