Файл: Основы автоматизированного электропривода учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 180
Скачиваний: 2
Падение скорости Асо,, характеризует крутизну меха нической характеристики — величину, обратную жест кости. Чем больше крутизна, тем меньше значение модуля жесткости пли, как принято говорить, тем мягче харак теристика.
Для сравнения характеристик двигателей различной мощности удобно представить уравнения этих характе ристик в относительных единицах. При этом принима ются следующие базисные величины:
Uо = £/„, /о = 1ПН и Фс = Ф„ — номинальные зна чения напряжения, тока якоря и потока возбуждения;
соо = соое = -и и/кФи — скорость идеального холостого хода на естественной характеристике;
До = Лн = £/„//*... — номинальное сопротивление, ко торое, будучи включено в цепь якоря неподвижного
двигателя (со = |
0), обусловливает в ней номинальную |
величину тока; |
АФН/ Я.„ — номинальный электромагнит |
М 0 = Мн = |
|
ный момент; |
|
Ро = Uu /„ „ — мощность, потребляемая двигателем из сети в номинальном режиме.
Далее для относительных значений переменных исполь зованы прежние обозначения, но с индексом *, например со.к = со/шб и т- п. При принятых базисных величинах уравнения скоростной и механической характеристик в относительных единицах могут быть получены из (2-7)
и (2-9) путем деления всех их членов на cog = |
соое- С уче |
||
том выражений для базисных величин имеем: |
|
||
и с* |
7?я* “ЬЛц■Я*7 . |
(2-19) |
|
АФ* |
© |
-*Я*) |
|
|
|
|
|
и с*. |
7?я* + 7?п.я* М |
(2-20) |
|
АФ* |
(АФ*)2 |
lYijj.. |
|
|
|
При номинальном потоке возбуждения относительные значения тока якоря и момента двигателя равны между собой (M.t. — кФ„1я/кФи1л п = /„...). В этом случае меха ническая и скоростная характеристики в относительных величинах идентичны.
В относительных единицах, как это следует из послед них формул, номинальная скорость со;,* = 1 — ЛЯф, а падение скорости при номинальной нагрузке Дши* сог ласно (2-18) принимает вид:
Д®и* —ЛЯЙ: Лц Яф- |
(2- 21) |
53
Для естественной характеристики
Люц.е* == ^?л:г |
(2-21а) |
Величина Дюи.'е* позволяет определить крутизну ско ростных характеристик двигателя. Из (2-21а) следует, что крутизна (наклон) естественной скоростной характе ристики определяется выраженным в относительных еди ницах сопротивлением якоря двигателя.
Рис. 2-4. Зависимости относительной вели чины сопротивления якорной цепи двигателей постоянного тока независимого возбуждения от номинальной мощности.
1 |
— двигатели единой серии П (п = -1500 об/мин); |
г |
— краново-металлургические двигатели серии ДП |
тихоходного исполнения; з — то же быстроходного исполнения.
Часто в относительных единицах выражают н жест кость механических характеристик
|
|
(2-22) |
Из (2-20) в общем случае следует: |
|
|
о = |
(*Ф*)2 |
(2-23) |
* |
-Яя* -Ь-^П.Я* ’ |
|
а для естественной характеристики |
|
|
Р в * = -1 /Д я„ |
(2-23а) |
т. е. модуль относительной жесткости естественной харак теристики обратно пропорционален выраженному в отно сительных единицах сопротивлению якоря двигателя.
54
Из полученных формул следует, что относительное собственное сопротивление цепи якоря двигателя пол ностью определяет относительную жесткость и крутизну естественных характеристик. С увеличением мощности двигателей значение R nxy. в общем случае снижается. На рис. 2-4 приведены построенные для разных серий двигателей постоянного тока зависимости R n.b от мощ ности, которые подтверждают это положение.
Для анализа условий преобразования энергии в дви гателе постоянного тока независимого возбуждения обра тимся к эквивалентной схеме цепи якоря двигателя, представленной на рис. 2-5. В этой схеме питающая сеть
бесконечной мощности |
представ |
Юг+Яя.л |
|||
лена источником напряжения Uc. |
|||||
|
|||||
Направления напряжения сети Uc |
|
||||
и э. д. с. двигателя |
Е |
соответ |
|
||
ствуют на рис. 2-5 двигательному |
|
||||
режиму. Обычно принято считать, |
|
||||
что электрическая энергия отдает- |
Рнс 2-5. Эквивалентпая |
||||
ся от источника |
э. д. |
с., |
если на- |
схема цепи якоря двига- |
|
правление тока |
в нем совпадает с |
теля постоянного тока, |
направлением э. д. с., и, наоборот, источник э. д. с. потребляет электрическую энергию, если
направление тока в нем противоположно направлению э. д. с. При указанном условии мощность двигателя и момент на его валу положительны, если осуществляется процесс преобразования электрической энергии в меха ническую, т. е. имеет место двигательный режим. При
обратном |
преобразовании энергии мощность п |
момент |
на валу двигателя отрицательны. |
|
|
Для схемы на рис. 2-5 справедливо выражение (2-1). |
||
Умножим |
обе его части на / я. Тогда |
|
|
Р с/я = Я /я + (Дя + Дп.я)/я. |
(2-24) |
В этом уравнении левая часть представляет собой мощность Р0, потребляемую двигателем из сети, второе слагаемое правой части — мощность потерь АР в актив ном сопротивлении, а первое слагаемое — мощность пре образования или, как ее иногда называют, электромаг нитную мощность двигателя, обозначаемую Рш. Учиты вая (2-4) и (2-8), можно представить последнюю величину в виде
Рш = Е1Я —/сФсо/я — (УсФ/я) со - Мсо. |
(2-25) |
55
Следует отличать электромагнитную мощность дви гателя Рои от полезной механической мощности на его валу Рм. В режиме преобразования электрической энергии в механическую последняя меньше Рш на величину ме ханических потерь (трение в подшипниках, вентиляцион ные потери) и потерь в стали якоря, обусловленных его перемагнпчиваннем при вращении в неподвижном поле, создаваемом системой возбуждения машины. По этой же причине момент, определяемый по (2-8), несколько больше момента, передаваемого рабочему механизму. Поэтому момент, определяемый (2-8), является электромагнитным моментом двигателя, который отличается от его момента на валу на величину момента потерь. Обычно мощность механических потерь существенно меньше Ром, в связи с чем практически электромагнитная мощность равна механической мощности на валу двигателя, т. е. Рш » Ры.
Записывая выражение (2-24) в виде
Л, = Л>м + ДЛ |
(2-24а) |
можно. определить к. п. д. двигателя без учета потерь на
возбуждение |
п механических |
потерь: |
|
|
||
п - |
•^> ;1 М ___ Р р — ^ Р |
____ л |
_ ■ й п + ^ Ч Л ! |
т |
(2-25) |
|
1 |
P D ~ |
Ре |
|
1/с |
|
|
|
|
|
||||
В номинальном режиме (Rn п = 0) |
|
|
||||
|
|
Л = |
1 - |
Яя*, |
|
(2-26) |
т. е. с увеличением относительной величины сопротивле ния цепи якоря снижается к. п. д. двигателя.
Для осуществления тормозного режима двигателя необходимо, чтобы направления его э. д. с. и тока якоря совпадали. Рассмотрение схемы рис. 2-5 показывает, что это возможно при следующих условиях: Е > Uc\ Е сов падает с Uс по направлению; Uc = 0. Рассмотрим отдельно каждый случай.
Первый из них (Е > Uc) соответствует режиму реку перации электрической энергии в сеть. Этот режим назы вают также режимом работы параллельно с сетью, имея в виду, что двигатель совместно с сетью отдает энергию другим потребителям, подключенным к той же сети.
При сохраняющемся прежнем потоке возбуждения
приведенному условию рекуперации энергии Е > |
Uc соот |
||
ветствует |
условие со > <в0. |
Этот режим может быть осу |
|
ществлен |
при Uc — const |
в том случае, если |
активный |
56
момент на валу двигателя обусловлен, например, умень шением запаса потенциальной энергии опускающегося груза (рис. 2-6), и в других случаях, когда к валу двига теля со стороны рабочего органа приложен движущий момеит.
Для рассматриваемого режима справедливо уравнение баланса мощностей, записанное в виде (2-24а). Однако в генераторном режиме, когда М < 0, знаки Рс и Рж противоположны по отношению к соответствующим вели чинам в двигательном режиме работы, а знак мощности
Ряс. 2-6. К иллюстрации режима рекуперативного торможе ния двигателя постоянного тока независимого возбуждения ири спуске груза.
а — схема включения; 6 — механическая характеристика; F п v — сила тяжести и скорость движения опускаемого груза.
потерь в обоих случаях одинаков. Поэтому уравнение баланса мощностей можно записать в виде
С = Р ЭМ---( Д я + Д „ . я ) / я .
Здесь полезной является энергия, возвращаемая элек трической машиной в сеть Рс. В соответствии с этим к. п. д. электрической машины в режиме рекуперативного торможения определяется выражением
^ р. т— |
Р эм 1 |
(»л + |
Дп.я) /я |
(2-27) |
|
Е |
При работе в режиме рекуперативного торможения нецелесообразно вводить в цепь якоря дополнительное сопротивление 7?п я, так как это в соответствии с (2-27) приводит к снижению к. п. д. и вызывает увеличение скорости. Последнее следует из (2-7) и. (2-9) при условии
/ я < 0 и М < 0, т. е.
Дя~Ь-Дп.Я IМ |. (2-28)
(*Ф)2 1
57
Если учесть, что, например, при спуске грузов речь может идти о превышении скорости идеального холостого хода со0, то становится очевидным нежелательность этого явления.
Следует подчеркнуть, что в последних выражениях по-прежнему фигурируют электромагнитные моменты и мощность, которые, однако, в этом случае меньше момента
имощности на валу двигателя нз-за механических потерь
ипотерь в стали-якоря.
Рпс. 2-7. Скоростная (механическая) характери стика двигателя, постоянного тока независимого возбуждения, соответствующая его работе в дви гательном и тормозных режимах при неизменном напряжении источника питания.
Скоростная и механическая характеристики в режиме рекуперативного торможения являются продолжением ха рактеристик двпгательпого режима (рис. 2-7).
Совпадение направлений Е и Uc при одинаковом на правлении потока возбуждения возможно в следующих двух случаях. В первом из них момент короткого замы кания двигателя М к з меньше активного момента стати ческой нагрузки М с, обусловленного, например, умень шением потенциальной энергии опускаемого груза (рис. 2-8, а). При этом вал электродвигателя под действием момента нагрузки'вращается в направлении, противопо ложном направлению двигательного режима. Второй слу чай имеет место тогда, когда при вращающемся электро двигателе изменяется полярность напряжения на зажимах
58
его якоря, что осуществляется переключением контак торов В и Н в схеме на рис. 2-9 (например, отключение
Рис. 2-8. К иллюстрации режима торможения противовключением двигателя постоянного тока неза висимого возбуждения.
а — при Мс > ЛГК 3; б — при изменении подярпости на пряжения чна зажимах якоря.
контактора «вперед» В и включение контактора «назад» Н). При этом в первый момент времени угловая скорость не изменяется, так как система электропривода обладает
некоторым |
запасом |
кинетиче |
|
|
||
ской энергии, которая не может |
|
|
||||
измениться мгновенно. В связи |
|
|
||||
с этим в первый момент после |
|
|
||||
переключения контактов режим |
|
|
||||
работы |
электропривода |
будет |
|
|
||
характеризоваться точкой б на |
|
|
||||
механической характеристике, |
|
|
||||
соответствующей обратному на |
|
|
||||
правлению вращения и пока |
Рис. 2-9. Схема включения |
|||||
занной на рис. 2-8, б. |
При этом |
двигателя постоянного тока |
||||
двигатель |
развивает тормозной |
независимого возбуждения, |
||||
момент, действующий в направ |
предусматривающая тормо |
|||||
жение |
протпвовключенпем |
|||||
лении, противоположном на |
|
и реверс. |
||||
правлению |
вращения |
и |
вызы |
В, Н — контакторы, с помощью |
||
вающий торможение двигателя. |
которых изменяется полярность |
|||||
напряжения на якоре; Я — кон |
||||||
Процесс торможения осуществ |
тактор, |
с помощью которого |
||||
ляется |
до |
полной |
остановки |
в цепь |
якоря вводится Впл1 |
|
на период торможения противо- |
||||||
двигателя, когда режим работы |
|
. включением. |
||||
его соответствует точке |
с ко |
|
|
ординатами со = 0; М = М к з на механической характе ристике двигателя (рис. 2-8, б). Если в этот момент не отключить двигатель от сети, то электропривод начнет
59