ЭППТ. Номинальный режим. Допустимые значения координат

Рассматривая свойства и режимы электроприводов постоянного тока, мы интересовались лишь общими соотношениями и главными соразмерностями, не обращая внимания на реализуемость тех или иных режимов, на технические ограничения, играющие решающую роль в любых практических задачах.

Далее мы рассмотрим кратко определение допустимых значений основных координат - тока, момента, скорости.

В основе всех этих оценок лежат номинальные данные двигателя, указываемые обычно на заводском шильдике или в паспорте двигателя.

К таким данным для двигателей, предназначенных для работы в продолжительном режиме, относятся номинальные напряжение U_н, В; ток I_н, А; мощность на валу Р_н, кВт; частота вращения n_н, об/мин ( 1/c); КПД _н; напряжение возбуждения U_вн, В; ток возбуждения I_вн (для двигателей независимого возбуждения), момент инерции J_н, кгм², исполнение двигателя IP. Другие сведения обычно в паспорте не приводятся.

Номинальные данные соответствуют одной точке в плоскости - М с допустимыми и благоприятными значениями всех основных величин в оговоренном (в нашем случае, продолжительном) режиме, хотя в действительности электропривод работает в любых точках и совсем не при номинальных данных.

Номинальные данные используются для построения основных - естественных - характеристик двигателя, служащих, как отмечалось ранее, основой для получения искусственных характеристик при регулировании координат.

Рассмотрим теперь допустимые (безопасные) пределы изменения основных координат.

Напряжение нормально ограничивается номинальным значением. В реверсивных электроприводах допускается на время реверса двукратное превышение номинального значения.

Магнитный поток также ограничен номинальной величиной, поскольку при ее длительном превышении ток возбуждения, превышающий номинальный, может вызвать недопустимый перегрев обмоток. Допускается кратковременное (до минуты) двукратное увеличение тока возбуждения.

Скорость по условиям механической прочности нормально ограничена номинальным значением с небольшим 20-30% допустимым превышением; специальные двигатели, предназначенные для работы с ослабленным полем, допускают 3-4 -кратное превышение номинальной скорости.

Ток якоря - координата, определяющая надежность работы электропривода. В продолжительном режиме ток на всех скоростях не должен превышать номинального значения при независимом охлаждении двигателя - сплошные линии со штриховкой на рис. 3.12. В двигателях, охлаждаемых собственным вентилятором, в продолжительном режиме необходимо снижать ток на 30-40% при низких скоростях - пунктир на рис. 3.12 во избежание недопустимого перегрева. Кратковременные (секунды) перегрузки по току ограничиваются условиями коммутации машины; допустимые перегрузки обычно не превышают (2-3)I_н - линии с двойной штриховкой на рис. 3.12. Из изложенного следует недопустимость пуска электропривода постоянного тока (кроме микроприводов) прямым включением на номинальное напряжение.

Рис. 3.12. Область допустимых нагрузок электропривода постоянного тока

 

Момент при полном потоке имеет те же ограничения, что и ток якоря.

Таким образом, зона допустимых значений  и М сравнительно невелика, и рис. 3.12 даёт о ней некоторое представление: внутренняя область относится к продолжительному режиму, внешняя - к кратковременным (секунды) перегрузкам.

ЭППТ. Регулирование координат в разомкнутых структурах. Реостатное регулирование в схеме ДПТ независимого возбуждения: схема, основные соотношения, механические и электромеханические характеристики. Оценка способа

Реостатное регулирование - самый простой и самый неблагоприятный способ регулирования скорости и (или) момента. В якорную цепь последовательно, если питание осуществляется от источника напряжения (рис. 3.13,а), включаются дополнительные резисторы.

а)

б)

Рис. 3.13. Схема (а) и характеристики (б) при реостатном регулировании двигателя независимого возбуждения

В соответствии с (3.4) и (3.5) скорость идеального холостого хода при U_н и Ф_н и включении R_д не изменится:

а наклон характеристик  будет увеличиваться пропорционально R = R_я+R_д. Воспользовавшись (3.15), получим при I^*=M^*=1

* = R*,               (3.16)

где* = 1 - *,

Соотношение (3.16) позволяет легко решать прямую задачу - построить характеристики, если задано R, и обратную - найти R и R_д для заданной характеристики. Так, на рис. 3.13,б

 

 

ЭППТ. Регулирование координат в разомкнутых структурах. Реостатное регулирование в схеме ДПТ последовательного возбуждения: схема, основные соотношения, механические и электромеханические характеристики. Оценка способа

В электроприводе с двигателем последовательного возбуждения при U=U_н (рис. 3.14,а) и известной естественной характеристике

можно использовать уравнение искусственных характеристик при реостатном регулировании

и получить соотношение для расчета _и для любого тока:

(3.17)

 

а)

б)

Рис. 3.14. Схема (а) и характеристики (б) при реостатном регулировании двигателя последовательного возбуждения

Механическая характеристика может быть построена по известной зависимости М(I). Примерный вид механических характеристик при реостатном регулировании показан на рис. 3.14,б.

ЭППТ. Регулирование координат в разомкнутых структурах. Реостатное регулирование при питании якоря ДПТ от источника тока: схема, основные соотношения, механические и электромеханические характеристики. Оценка способа

При питании якорной цепи от источника тока (I=const) реостатное регулирование осуществляется включением R_д параллельно якорю - рис. 3.15,а; характеристики при этом существенно изменяются, появляется возможность регулировать как момент, так и скорость.

а)                         б)

Рис. 3.15. Схема (а) и характеристики (б) при реостатном регулировании в системе источник тока – двигатель

 

Для схемы на рис. 3.15,а реостатные характеристики можно получить из основных уравнений (3.1) и (3.2)

М* = I*_яФ*

и

Е* = Ф**,

дополненных уравнениями для электрических цепей:

I*= I*_я + I*_R

E* = I_R* R_д* - I_я* R_я*.

Здесь мы использовали относительные величины, приняв за базовые, как и раньше, U_н, I_н, Ф_н, _н.

Совместное решение уравнений дает:

        (3.18)

Наличие контура якорь - дополнительный резистор, в котором реализуется действие ЭДС вращения Е, приводит к характеристикам, аналогичным традиционным, получаемым при питании якоря от источника напряжения. Отличие, однако состоит в том, что скорость идеального холостого хода

теперь зависит от сопротивления дополнительного резистора R_д^*, а момент короткого замыкания

при малых R_я^*, практически не зависит от R_д^*.

Таким образом, в системе источник тока - двигатель с шунтируюшим резистором общей точкой механических характеристик при Ф = const и R_д = var является точка короткого замыкания, тогда как в системе источник напряжения - двигатель при R_д = var - точка идеального холостого хода. Примеры механических характеристик при изменении R_д (Ф = Ф_н) приведены на рис. 3.15,б. Напряжение на выходе источника тока изменяется при Ф = const практически пропорционально скорости:

.

Из графиков на рис. 3.15,б следует, что реостатное регулирование скорости в системе источник тока - двигатель более благоприятно при малых скоростях как с точки зрения жесткости характеристик - она тем выше, чем меньше скорость - так и с точки зрения потерь - они уменьшаются с уменьшением скорости.

Итак, если воспользоваться показателями, изложенными в гл.2, то получим следующие оценки реостатного способа регулирования.

1. Регулирование однозонное - вниз от основной скорости, так как вводя R_д, мы увеличиваем , и все искусственные характеристики в 1 квадранте располагаются ниже естественной.

2. Диапазон реостатного регулирования невелик (2-2,5):1

3. Реостатное регулирование – ступенчатое.

4. При принятых ранее допущениях (внешний обдув) можно считать, что М_доп = М_н на любой реостатной характеристике, так как магнитный поток неизменен.

5. Потери энергии при регулировании значительны.

6. Капитальные затраты на реостатное регулирование сравнительно невелики: к двигателю добавляется лишь недорогой резистор и коммутационная аппаратура.

Оценивая реостатное регулирование по всем показателям, нетрудно видеть, что это весьма несовершенный способ регулирования.

 

19. ЭППТ. Регулирование координат изменением магнитного потока: схема, кривая намагничивания, механические и электромеханические характеристики. Оценка способа

Схема включения двигателя для регулирования скорости изменением магнитного потока приведены на рис. 3.17. Будем полагать, что   якорная цепь двигателя без каких-либо добавочных резисторов подключена к источнику с напряжением U = U_н, а цепь возбуждения питается от усилителя - возбудителя В (рис. 3.17) или в простейшем случае от того же источника через добавочный резистор. Нормальные электрические машины рассчитаны таким образом, что номинальному току возбуждения соответствует магнитный поток на колене кривой намагничивания. Типичная усредненная кривая намагничивания для ряда машин показана на рис. 3.18. Так как I_вн соответствует допустимому нагреву обмоток возбуждения, то при регулировании скорости в условиях продолжительной работы ток возбуждения можно только уменьшать.

Рис. 3.17. Схема электропривода с регулированием скорости изменением магнитного потока

Рис. 3.18. Типичная кривая намагничивания машины постоянного тока

Электромеханические и механические характеристики двигателя при ослаблении поля показаны на рис. 3.19 (нерабочие участки изображены пунктирными линиями). Скорость идеального холостого хода   растет с уменьшением потока. Так как ток короткого замыкания не зависит от степени ослабления поля, все электромеханические характеристики пересекаются в одной точке  (следует помнить, что ток короткого замыкания для нормальных машин может во много раз превосходить допустимый). Момент короткого замыкания  уменьшается с уменьшением потока (рис. 3.19,б).

а)

б)

Рис. 3.19. Характеристики двигателя постоянного тока при

Ослаблении поля

При питании якорной цепи от источника тока изменение магнитного потока, как это следует из (3.7), позволяет регулировать момент от -М_н  до +М_н  при вертикальных механических характеристиках.

Произведем оценку регулирования изменением магнитного потока.

1. Регулирование скорости при U = const однозонное - вверх от основной скорости. Это главный недостаток способа, существенно ограничивающий область его применения. Способ обычно применяется в сочетании с другими, позволяющими регулировать скорость вниз от основной. Стабильность скорости относительно высокая - характеристики жесткие (следует помнить, что I_к.з = (20-50)I_н). Регулирование момента при I = const - в широких пределах от -М_н до +М_н.

2. Диапазон регулирования скорости может быть значительным - до (3-4):1.

3. Регулирование скорости плавное, можно получить характеристики, расположенные как угодно близко друг к другу.

4. Неизменна допустимая мощность, снимаемая с вала машины на искусственных характеристиках.

5. Простота реализации.

6. Капитальные затраты на регулирование также весьма низкие.

 

20. ЭППТ. Регулирование координат изменением напряжения на якоре: схема, механические и электромеханические характеристики. Оценка способа

Схема электропривода, обеспечивающая регулирование напряжения на якоре, показана на рис. 3.20,а. Этот способ регулирования предполагает использование силового управляемого преобразователя, установленная мощность которого превышает мощность двигателя. Из уравнений (3.4) и (3.5) следует, что при изменении U (в данном случае Е_п) пропорционально изменяется лишь , а  не зависит от U, т.е. семейство искусственных характеристик при kФ = kФ_н = с - параллельные прямые с наклоном несколько большим чем у естественной характеристики двигателя, поскольку R = R_я + R_п - рис. 3.20,б; предполагается, что УП имеет двустороннюю проводимость.

а)

б)

Рис. 3.20. Схема (а) и характеристики (б) при регулировании скорости двигателя постоянного тока изменением напряжения

 

Уравнения характеристик:

и

(3.20)

где  - коэффициент передачи УП.

Свойства УП оказывают влияние на вид характеристик. Так, при использовании преобразователей с односторонней проводимостью (I>0) характеристики располагаются лишь в I и IV квадрантах.

Проведем оценку рассматриваемого способа регулирования скорости.

1. Регулирование однозонное, вниз от основной скорости.

2. Диапазон регулирования в разомкнутой структуре (8-10):1, стабильность скорости достаточно высокая.

3. Регулирование плавное.

4. М_доп = М_н, так как kФ = kФ_н = с

5. Способ экономичен в эксплуатации, поскольку не используются дополнительные резисторы, рассеивающие энергию. Кроме того, как будет показано ниже, при управлении напряжением удается существенно снизить потери энергии в переходных процессах и обеспечить наиболее благоприятное их протекание.

6. Капитальные затраты определяются типом используемого УП. Следует отметить, что при управлении напряжением отпадает необходимость в пусковых и тормозных резисторах с соответствующей коммутационной аппаратурой. Способ часто используется в сочетании с ослаблением поля и является основным при построении замкнутых структур электропривода.

 

21. ЭППТ. Регулирование координат в замкнутых структурах. Система УП-Дв, замкнутая по скорости: схема, характеристики.

Наличие в электроприводе управляемого преобразователя, питающего якорную цепь или цепь возбуждения, имеющего один или несколько входов и достаточно высокий коэффициент передачи, открывает широкие возможности формирования требуемых искусственных характеристик за счет замыкания системы, т.е. подачи на вход как задающего сигнала, так и сигнала обратной связи по координате, которая должна регулироваться.

Принцип действия замкнутых систем автоматического регулирования координаты рассмотрим на нескольких простейших примерах.

Если жесткость характеристик в разомкнутой системе УП-Д оказывается недостаточной для какого-либо технологического процесса, она может быть повышена посредством замыкания системы по скорости, т.е. использования отрицательной обратной связи по скорости - рис. 3.21,а.

а)

б)

Рис. 3.21. Схема (а) и характеристики (б) электропривода постоянного

Тока, замкнутого по скорости

К разомкнутой системе (рис. 3.20,а) добавлен измерительный орган - тахогенератор ТГ, сигнал которого Е_ТГ =  сравнивается с задающим сигналом U’_з, а разность U’_з -  подается на вход преобразователя (отрицательная обратная связь по скорости). Благодаря этому ЭДС преобразователя теперь определяется не только заданием, но и фактической скоростью вращения. Пусть привод работал в т. 1 (рис. 3.21,б) а затем момент сопротивления увеличился до значения М_с2. В разомкнутой схеме этому изменению соответствовала бы точка 2’, так как изменение М_с не приводило бы к изменению ЭДС преобразователя. В замкнутой системе уменьшение скорости повлечет за собой рост входного сигнала

U_вх = U’_з - ,                (3.21)

то есть Е_п, следовательно, при М_с2 привод перейдет на характеристику, соответствующую Е_п2>Е_п1 и будет работать в точке 2. В рассматриваемой схеме , так как увеличение U_вх, а значит и Е_п возможно лишь за счет некоторого уменьшения . Такие системы называют статическими, в отличие от астатических, где .

Получим уравнение механической характеристики в замкнутой системе. Для этого в уравнение (3.20) для разомкнутой системы подставим уравнение замыкания системы (3.21) и получим после простых преобразований:

       (3.22)

Приравнивая выражение для  в замкнутой и разомкнутой системах, будем иметь:

то есть для получения одной и той же  задающее напряжение в замкнутой схеме должно быть взято большим.

Сравнив выражение для , получим:

то есть перепад скорости при одинаковых нагрузках в замкнутой системе уменьшился в  раз.

---

Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 1395; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

---

Мы поможем в написании ваших работ!