3.2.4.2. Режимы торможения двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Для двигателя постоянного тока независимого воз-буждения характерны три вида электрического торможения:

1. Генераторное (рекуперативное) торможение.

2. Динамическое торможение.

3. Торможение противовключением

Рекуперативное торможение

Условием генераторного торможения является ω > ω_о под действием постороннего источника механической энергии.

39

При этом ЭДС обмотки якоря Е будет больше приложенного напряжения сети U . Тогда ток якоря I = (U - E)/R _яц изменит

направление (знак) и будет направлен согласно с ЭДС. Смена направления тока приведет к изменению направления электромагнитного момента М_г = – К·Ф_н·I, который будет направлен против движения электропривода, то есть налицо режим

торможения, когда ω и М_г направлены встречно. Двигатель переходит в режим торможения и работает как генератор параллельно с сетью (рекуперативное торможение).

Уравнение электрического равновесия для этого режима

U = (–I) · R _яц + Е, (3.24)

умножим на ток якоря с учетом его знака I<0 и получим

U ·(–I) = I² · R _яS + Е·(–I).

Тогда баланс мощностей примет вид –P1= Р – P2,

где P1<0 означает, что механическая мощность после преобразования отдается в виде электрической мощности в сеть;

P2<0 означает, что к валу двигателя приложена ме-ханическая мощность внешнего источника механической энергии.

Рис. 3.8 Механические и электромеханические харак-

теристики ДПТ НВ в генераторном режиме

40

Уравнение ЭМХ характеристики двигателя постоянного

тока в рекуперативном торможении получим из уравнения

(3.24) после подстановки значения Е

, (3.25)

Сравнивая уравнения (3.8) и (3.25) видим, что характеристики проходят при токе I = 0 через ω_о и ЭМХ ДПТ НВ в режиме рекуперативного торможения является продолжением двигательного режима.

---

Принимая во внимания сделанные пояснения, уравнение баланса электрической мощности можно представить в следующем виде

Р1 = Р2 + P,

в котором знаки перед параметрами свидетельствуют о том, что при P1 >0 двигатель потребляет из сети мощность, P2 >0

механическая мощность направлена к рабочей машине (прямой поток мощности), P >0 всегда положительная и выделяется в обмотках машины, вызывая их нагрев.

При ω = ω₀ , когда ЭДС якоря равна Е₀ = К·Ф·ω₀ = U,

электромеханического преобразования не происходит в виду

отсутствия тока якоря (I = 0), поэтому электромагнитный момент М = К·Ф·I = 0. В режиме короткого замыкания, когда ток якоря равен току короткого замыкания Iк, электромеханическое преобразование энергии также не происходит, поскольку

ω = 0, и вся потребляемая из сети мощность U·Iк идет на нагрев двигателя. Сказанное относится и к работе двигателя в третьем квадранте. Таким образом, электрическая машина работает в двигательном режиме в первом и третьем квадрантах.

---

На практике режим рекуперативного торможения образуется при наличии активного статического момента

или при ступенчатом снижении напряжения на обмотке якоря ДПТ НВ.

Динамическое торможение

Известны два вида динамического торможения:

1) с независимым возбуждением, когда обмотка возбуждения питается от постороннего источника;

2) с самовозбуждением, когда обмотка возбуждения подключается к якорю. Применяется в качестве аварийного при отключении источников питания.

Условия динамического торможения:

1. Якорь отключается от питающей сети;

2. Якорь после отключения от сети замыкается на добавочное сопротивление (рис.3.9).

Рис. 3.9 Схема ДПТ НВ при динамическом торможении

41

В режиме динамического торможения источником тока

является ЭДС якоря Е, тогда I_т= – Е/R_яц, то есть ток меняет свое направление и двигатель создает тормозной момент, работая во втором квадранте. Тогда электромеханическая характеристика ДПТ НВ находится из основного уравнения (3.8) при U = 0

ω = -I_я·R_яц/(К·Ф), (3.26)

и представляет прямую линию, проходящую через начало

координат (рис.3.10)

Интенсивность торможения выше при большем значении тормозного момента двигателя. На рис.3.10 это происходит при добавочном сопротивлении R _д2 в цепи якоря.

Рис. 3.10. Механические и электромеханические харак-теристики ДПТ НВ в режиме динамического торможения

Баланс мощностей для режима динамического торможения 0 = (–I)²·R_дц+ E·( – I), то есть P1 = 0, P2<0, иными словами, механическая мощность, поступающая от механизма на вал двигателя, преобразуется в электри-ческую Р, которая тратится на нагрев элементов якор-ной цепи. Мощность обмотки возбуждения значительно меньше P2 и на графике баланса мощности обычно не показывается.

Торможение противовключением

Существуют два способа осуществления торможения

42

противовключением для ДПТ НВ:

- изменением направления ЭДС вращения Е;

- изменением полярности напряжения на обмотке якоря.

1. При активном статическом моменте, когда в цепь якоря вводят большое добавочное сопротивление R_д (рис. 3.11). Ток якоря в этом случае уменьшается (т.В), момент двигателя М (т.D) становится меньше активного статического момента М_cа (например, подъемник) и двигатель начинает снижать обороты (МD < Mca и согласно уравнению движения e<0) до

точки К (ω=0), затем под влиянием М_cа реверсируется (ω<0) и разгоняется в направлении, противоположном действию момента двигателя (рис.3.11, прямая КС). После точки К наблюдается режим торможения противовключением, который получил ещё название генераторный режим последовательно с сетью.

---

Рис.3.11. Механические и электромехаические характе-ристики ДПТ НВ в режиме торможения противовклю-чением при изменении направления Е

Ток в режиме торможения противовключением по мере возрастания оборотов увеличивается, поскольку со сменой направления вращения (ω< 0) ЭДС изменит свой знак (Е< 0)

43

и будет действовать согласно с напряжением сети, вследствие чего ток становится равным I = (U + Е)/R_яц и растет до значения, при котором тормозной момент достигает величины М_cа. Установившийся режим торможения наступит при скорости - ω_с.

Уравнение баланса мощностей для режима торможения

противовключением получим из уравнения электрического равновесия U = I· R_яц + (–Е), умножив его на ток якоря I, при этом получим равенство мощностей в цепи якоря U ·I =

I²· R_яц + (–Е)·I, из которого следует, что Р1>0– двигатель пот-

ребляет активную мощность из сети, P2<0 – к валу двигателя

приложена механическая мощность рабочей машины (действует активный статический момент М_cа ), Р>0 потери мощности в двигателе Р = Р1 + P2.

Таким образом, вся мощность как потребляемая Р1, так и преобразуемая в электрическую P2 тратится на нагрев двигателя, создавая крайне неблагоприятный режим в тепловом отношении, не говоря об энергетической стороне этого режима электромеханического преобразования энергии.

2. Второй способ осуществления торможения про-тивовключением получают путем смены полярности на-пряжения на зажимах якоря. В этом случае ток меняет свое направление и становится отрицательным

I_Т = (- U_н - Е)/R_яц<0,

а момент двигателя (рис. 3.12) становится тормозным (т.В). Поскольку полярность напряжения в режиме торможения противовключением совпадает с полярностью ЭДС, то ток в якоре в момент переключения может достичь 20 I_н, что недопустимо по условиям коммутации. Для ограничения тока по условиям коммутации или допустимым ускорениям включают добавочное сопротивление R_Д в цепь якоря, обеспечивая соблюдения условия I_Т < I_доп, равное R_Д = (U + Е)/ I_доп – R_яц.

Тогда уравнение ЭМХ двигателя в режиме торможения противовключением получим из уравнения (3.8) после подстановки в него –U

44

ω = –ω_о – I_Т·R_яц/(К·Ф_н) . (3.27)

Характеристика проходит через – _о и _а (т. В, рис.

3.12). Если при ω = 0 (т. К) М_c2 < М_к, то двигатель изменит направление вращения (совершит реверс) и станет вращаться с частотой – ω_с. Если при ω = 0 М_c2 > М_к, то якорь двигателя

будет обтекаться током, оставаясь в неподвижном состоянии,

Рис. 3.12 Механические и электромеханические харак-теристики ДПТ НВ при изменении полярности напряже-

ния питания

---

поскольку ток якоря Iк (по модулю) меньше I_с. Как в первом, так и во втором случае двигатель отключают от сети при достижении ω = 0.

Уравнение баланса мощностей в режиме торможения

противовключением (участок ВК) получают из уравнения электрического равновесия для цепи якоря

–U = (–I) ·R_яц + Е

после умножения на ток якоря с учетом его знака (–I)

(–U)· (–I) = (–I)² ·R_яц + Е · (–I),

откуда можно сделать вывод об аналогии с режимом тор-можения противовключением при изменении направления

45

ЭДС вращения Е (Р1> 0, P2 <0, Р>0).

---

3.2.5. Режим пуска дпт нв

При пуске двигателя постоянного тока начальная скорость якоря ω = 0. Тогда согласно уравнению (3..8) пусковой ток I_п = U_н/R_н. По условиям коммутации для ДПТ НВ принимают

I_макс = I_н , (3.28)

где  – перегрузочная способность двигателя.

Если отсутствуют паспортные данные, то ориенти-ровочно принимают

I_макс = (2…2,5)· I_н

Дальнейшее увеличение тока приводит к появлению кругового огня на коллекторе и выходу из строя электро-двигателя. Из этих соображений следует, что максималь-ный момент двигателя также следует принимать (при от-сутствии паспортных данных) равным

М_макс = (…,5)·М_н . (3.29)

Для ограничения пускового тока необходимо снизить величину напряжения источника питания в период пуска или ввести в цепь якоря добавочное сопротивление, чтобы пусковой ток I_п1=U_н/(R_я+R_Д) не превышал максимальный (I _п1 I_макс). Второй способ известен как реостатный пуск. По мере разгона якоря в его обмотке увеличивается э.д.с. (e), что приводит к уменьшению тока якоря i_я = (U_н – e)/(R_я + R_Д). Одновременно с уменьшением тока снижается и момент двигателя, а, следовательно, и ускорение двигателя. Для поддержания постоянным среднего ускорения привода при пуске принимают схему многоступенчатого включения пускового сопротивления. Это приводит к росту тока и момента двигателя при переходе двигателя с одной пусковой ступени на другую и поддержанию постоянства среднего ускорения привода.

Для осуществления реостатного пуска необходимо построить так называемую пусковую диаграмму, которая строится в следующей последовательности:

46

а) по паспортным данным строится естественная элек-тромеханическая характеристика ДПТ НВ в соответствие с

методикой, изложенной в параграфе 3.2.1.

б) на оси тока откладываются две точки со значениями I ₁  и I ₂, которые находятся из соотношения

I ₁  2,5 I _н , I ₂   1,2 I_c

г

ω₁

де I_с - ток нагрузки, если двигатель работает с моментом на-

грузки М_с, отличающимся от номинального момента М_н; и через эти точки проводятся вертикальные линии до пересечения с естественной электромеханической характеристикой;

Рис. 3.13. Пусковая диаграмма ДПТ НВ

в) строится первая искусственная реостатная электро-механическая характеристика через точки  ₀  и I ₁  (рис.3.13);

г) через точку пересечения полученной искусственной электромеханичекой характеристики с вертикальной линией, проведенной через точку I ₂ , проводится горизонтальная линия до пересечения с вертикалью,

проведенной через точку I ₁ (рис. 3.13);

д) строится следующая (вторая) искусственная элект-ромеханическая характеристика через точки ₀ и ₁.

---

47

Аналогично строятся последующие искусственные электромеханические характеристики. Количество их равняется

числу ступеней пускового реостата. Последняя горизонталь-ная линия, проведенная через точку пересечения последней искусственной электромеханической характеристики с верти-

калью, проведенной через точку I ₂, должна совпадать с точкой

пересечения естественной электромеханической характеристики с вертикалью, проведенной через точку I₁ (точка ₂, рис. 3.13). Если этого не произошло, необходимо изменить то-

ки I ₁  и I ₂ и снова провести необходимые построения.

По пусковой диаграмме, во первых, можно определить чис-

ло ступеней пускового реостата (на рис. 3.14 это число состовляет 3), а, во вторых, определить величины ступеней пускового реостата. Например, на рис.3.14 отрезок ab представляет перепад скорости ∆ω_с на естественной характеристике при токе I₁, равный

∆ω_с = I₁R_яц/КФ,

т.е. при определенном масштабе отрезок ab представляет сопротивление R_яц. Отрезок ac представляет перепад скорости на последней исскуственной характеристике при токе I₁, равный ∆ω_с = I₁ (R_яц + R_п3 )/КФ, (здесь R_п3 есть последняя ступень пускового реостата). Тогда отрезок bc, равный разности отрезков ac и ab, будет представлять сопротивление R_п3. = (R_яц + R_п3 ) - R_яц. Аналогично можно показать, что отрезок cd представляет последнюю ступень пускового реостата R_п2 ,

а отрезок df - ступень пускового реостата R_п1.

---

3.3. Механические и электромеханические харак

теристики электродвигателей постоянного тока с по

следовательным возбуждением

У двигателей постоянного тока последовательного возбуждения (ДПТ ПВ) обмотка якоря и обмотка возбуждения включаются последовательно (рис. 3.14). Вследствие чего с измене-

нием тока нагрузки меняется и величина магнитного потока

48

Ф. А поскольку зависимость кривой намагничивания Ф = f(I) нелинейная (рис. 3.15), то аналитического выражения ЭМХ и

механическая характеристика не имеют.

Рис. 3.14. Схема ДПТ ПВ

Рис. 3.15. Кривая намагничивания

Поскольку физические процессы, протекающие в ДПТ последовательного возбуждения, аналогичны ДПТ НВ, то меха-

ническая и электромеханическая характеристики двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением описываются теми же уравнениями, что и для двигателя постоянного тока с независимым возбуждением (3.8 и 3.9) с той лишь разницей, что поток Ф является функцией тока якоря (рис. 3.15) и сопротивление якорной цепи R_дв является суммой сопротивлений обмотки якоря и обмотки возбуждения.

Для построения естественных механической и электромеханической характеристик используются универсальные рабочие характеристики (рис. 3.16).

Среди универсальных рабочих характеристик уже имеется электромеханическая характеристика  = f(I_я), а для расчета механической характеристики  = f(М) используется зависи -

49

мость М = f(I_я). При аппроксимации кривой намагничивания линейной зависимостью в области малых значений I_я (I_я  0,3I_н) электромеханическая и

М, , I в относительных единицах

Рис. 3.16. Универсальные характеристики ДПТ ПВ

механическая характеристики описываются гиперболической зависимостью, асимптотой которой является ось скоростей. Действительно, в области значений токов (отрезок ОА рис. 3.15) зависимость Ф = f(I) выражается через коэффициент ап- проксимации α, определяемый углом наклона аппроксимируемой линейной зависимостью ( отрезок ОС ), т.е. Ф = α I_я. После

подстановки значения Ф в выражение (3.8) получаем уравнение

электромеханической характеристики

; (3.30)

Подставляя значение Ф в выражение (3.3), получаем

---

Смотрите также файлы

• Б1.В.16 Латинский язык (РПД).pdf

• Создание системы для мониторинга и анализа средств контроля и управления доступом в РУП ПО 'Белоруснефть'.rtf

• Технология продукции общественного питания.zip

• Третий всемирный курултай казахов.zip

• Основы охраны труда.zip