Файл: Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок учеб. пособие.pdf

Число ступеней должно быть целым числом, принимаем tn — 3; это будет соответствовать моменту переключения М 2 = 1,05 и отноше­ нию моментов Мх : = Я = 1,9 : 1,05 = 1,8.

Номинальное сопротивление двигателя

Контрольные вопросы

1.Какие зависимости выражают механические характеристики электродвига­ телей и рабочих машин?

2.Как получают естественную и искусственные механические характеристики двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением?

3.Как определяют знаки скорости вращения и момента двигателя при пост­ роении механических характеристик в двигательном и тормозных режимах?

4.Почему тормозные режимы работы электродвигателей называют генера­ торными?

5.В каких случаях производят расчет пусковых реостатов для электродви­

гателей?

6.Как определяют число ступеней и сопротивления секций пускового рео­ стата с помощью пусковой диаграммы?

7.Какую величину называют номинальным сопротивлением двигателя посто­ янного тока и в каких расчетах эта величина используется?

8.В чем состоит основное различие между механическими характеристиками двигателей с параллельным и последовательным возбуждением?

9.Какие параметры механической характеристики асинхронного двигателя называют критическими?

10.Почему для пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым рото не применяют пусковой реостат?

16.ПЕРЕХОДНЫЕ РЕЖИМЫ В ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ

м о м э л е к т р о п р и в о д а называют его состояние при переходе от одного установившегося режима к другому. Наиболее характер­ ными неустановившимися режимами, которые свойственны любому электроприводу, являются процессы пуска и, торможения. К переход­

214

ным режимам относятся также: переход от одной скорости вращения к другой, изменение направления вращения, изменение нагрузки и т. п. В общем случае считают режим переходным, если изменяются ток двигателя, момент на валу или скорость вращения.

Во многих электроприводах по условиям производственного процесса необходимы частые пуски, остановки, реверсы, изменение нагрузки (например, электрокары, экскаваторы). Выполнение производствен­ ными машинами заданной технологии зависит от режима работы при­ вода и в первую очередь от скорости вращения, поэтому переходные режимы оказывают существенное влияние на качество выпускаемой продукции и производительность машины. Режимы пуска и торможе­ ния обычно не входят в рабочий цикл, следовательно, сокращение их продолжительности повышает производительность машины и уменьшает бесполезный расход энергии.

Продолжительность переходного режима электропривода и ско­ рость его протекания определяются тремя основными физическими процессами: изменением скорости вращения, изменением тока в обмот­ ках двигателя и изменением нагрева активных частей двигателя. Про­ цессы нагревания и охлаждения двигателя протекают очень медленно и существенного влияния на переходный режим не оказывают.

Характер нарастания или спада величины скорости вращения двигателя или тока в какой-либо электрической цепи от одного до другого установившегося значения выражается а н а л и т и ч е с к и

где / н — номинальный ток возбуждения; 1Тэ = 4 — электромагнитная постоянная времени.

Величина Тэзависит от индуктивности L и активного сопротивления цепи; она характеризует скорость нарастания тока данной цепи и связанного с ним магнитного потока. Электромагнитная постоянная времени обмоток независимого возбуждения составляет от десятых долей до целых секунд, а для обмоток якорей, обладающих значи­ тельно меньшей индуктивностью, Тэ не превышает десятых долей секунды и заметного влияния на продолжительность переходного режима не оказывает.

Во многих электроприводах наибольшее значение в переходных режимах имеет продолжительность механических процессов измене­ ния момента искорости вращения двигателя. Поэтому скорость протека­ ния переходных процессов электропривода характеризуют обычно так называемой э л е к т р о м е х а н и ч е с к о й п о с т о я н н о й в р е м е н и Тм. Эта величина также является параметром экспонен­ циальной кривой, выражающей характер изменения скорости враще­ ния привода, момента и тока двигателя во время переходного режима. Например, для привода с двигателем независимого возбуждения кри-

215

вую изменения скорости вращения за время разгона при пуске из неподвижного состояния можно представить в следующем виде:

где J — момент инерции привода; R — сопротивление цепи якоря.

При переходе от одного установившегося режима со скоростью сонач

Подставляя значения t, можно найти скорость в любой момент переходного режима. Как вытекает из этих уравнений, скорость вращения достигнет установившегося значения, за бесконечно боль­ шое время t — оо. Практически переходный режим заканчивается за время t st? 4Тя.

Электромеханическая постоянная времени показывает степень зависимости продолжительности переходного режима от механической инерции привода (J) и электромеханических свойств двигателя (М , &Ф, R, со и др.). Величину Ти физически можно представить как время пуска электропривода с постоянным динамическим моментом из непо­ движного состояния до установившейся скорости вращения.

А н а л и т и ч е с к и й р а с ч е т п е р е х о д н ы х р е ж и ­ м о в с помощью электромеханической постоянной возможен только для электроприводов с линейными механическими характеристиками, такими, как у двигателя с независимым возбуждением при постоянном потоке или у двигателя с фазным ротором, работающего на линейном участке характеристики.

где snx — скольжение, соответствующее номинальному моменту на рассматриваемой искусственной характеристике, которая отвечает сопротивлению линии ротора —грх.

Как видно из уравнений (16-3) и (16-5), при реостатном пуске каждой ступени реостата соответствует своя электромеханическая постоянная, и величина ее тем меньше, чем меньше сопротивление цепи якоря или ротора. Характер изменения скорости вращения, момента и тока двигателя в переходном режиме определяется одной

216

и той же величиной Тм, следовательно, кривую изменения момента при постоянном статичесьом моменте можно представить в виде:

где АД — статический момент на валу двигателя; Мнач — начальный момент.

Отсюда можно определить время разгона привода на любой сту­ пени при изменении момента двигателя от АД до АД, если принять

ЛД = Л Д \ 1 - е Т“х ) + М1е Т*х.

Решив это уравнение относительно t, получим:

Суммируя продолжительность разгона на отдельных ступенях реостата, можно найти полное время пуска привода.

Для двигателей с нелинейными характеристиками (двигатели с короткозамкнутым ротором, с последовательной обмоткой возбуж­ дения) продолжительность переходного режима определяют г р а ф и ­ ч е с к и м м е т о д о м р а с ч е т а . В некоторых электроприводах постоянного тока с управлением в цепях возбуждения (например, система Г — Д) электромагнитные постоянные управляемых цепей оказываются соизмеримыми и даже превосходят электромеханическую постоянную привода. В этом случае одновременно действуют электро­ магнитная и механическая инерции, осложняя и затягивая протекание переходных процессов. Их расчет становится довольно сложной зада­ чей. В таких приводах с целью сокращения времени переходных про­ цессов прибегают к специальным мерам форсирования возбуждения. С этой же целью реверсирование двигателей с независимым возбуж­ дением всегда производят переключением тока якоря, несмотря на то, что ток якоря значительно больше тока возбуждения.

В электроприводах с асинхронными двигателями электромаг­ нитные переходные процессы быстро затухают и в практических рас­ четах их влиянием можно пренебречь.

16.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ ПУСКА И ТОРМОЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Переходные процессы пуска и торможения сокращают продолжи­ тельность рабочего цикла электропривода и тем самым снижают производительность рабочей машины. Для принятия мер по снижению влияния процессов пуска и торможения на характер работы производ­

ственного механизма необходимо прежде всего определить продолжи­ тельность времени этих процессов.

217

Продолжительность времени пуска, торможения или перехода от одной скорости к другой определяется решением уравнения движе­ ния электропривода относительно времени

Практически можно считать, что подавляющее большинство элек­ троприводов имеет постоянную величину приведенного момента инерции, следовательно, для решения уравнения в общем виде можно написать:

/

Совершенно очевидно, что для интегрирования в каждом конкрет­ ном случае необходимо знать зависимость момента двигателя и момента статических сопротивлений от скорости вращения, то есть механиче­ ские характеристики, а также учитывать знаки этих моментов.

В случае, когда момент двигателя и статический момент можно считать величинами постоянными, независимыми от скорости, решение значительно упрощается (например, пуск электропривода вхолостую

сдвигателем постоянного тока или с двигателем с фазным ротором

ибольшим числом ступеней пускового реостата). Максимум и минимум момента двигателя будут одинаковыми на каждой ступени (см. рис. 91, 100). Следовательно, можно принять, что за все время пуска от сщ = Ö до со2 = ®о момент двигателя остается постоянным и равным среднему

или выборе пускового реостата в зависимости от требуемых условий пуска.

Для приближенных рачетов п р и п у с к е в х о л о с т у ю ста­ тический момент на валу двигателя можно принять Мс = 0, при этом п р о д о л ж и т е л ь н о с т ь п у с к а

Cöo

4 , ^ d<Ü _ CÖA

0

П р и п у с к е э л е к т р о п р и в о д а с н а г р у з к о й и

В р е м я т о р м о ж е н и я двигателя или электропривода опре­ деляют, также используя выражение (16-9), но в отличие от процесса пуска интегрирование следует вести от начальной скорости % = сон до ö)2 = 0. При отключении двигателя его момент становится равным

218