67519

Уравнения и характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Управление напряжением якоря

Лекция

Производство и промышленные технологии

Механические характеристики двигателя рассматривались без учета реакции якоря, т.е. влияния тока якоря на основной магнитный поток. Различают поперечную, продольную и коммутационную реакции якоря. Поперечную реакцию якоря можно учесть зависимостью...

Русский

2014-09-11

131.5 KB

0 чел.

ГЛАВА I

УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ

ЛЕКЦИЯ 2

Уравнения и характеристики двигателя постоянного тока

независимого возбуждения. Управление напряжением якоря

Схема включения электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения показана на рис. 2.1. Здесь Uя, Iянапряжение и ток обмотки якоря; Uв, Iвнапряжение и ток обмотки возбуждения. Уравнение баланса напряжений и выражения для противо-ЭДС  Eя и электромагнитного момента  M  имеют вид:

             (2.1)

              (2.2)

              (2.3)

Здесь rя – активное сопротивление обмотки якоря; Ф – основной магнитный поток; ω – частота вращения якоря; с – конструктивный коэффициент.

Рис. 2.1. Схема включения двигателя постоянного тока

независимого возбуждения

Подставляя в равенство (2.1) выражение для противо-ЭДС Eя, получаем уравнения электромеханической и механической характеристик:

               (2.4)

              (2.5)

Обозначая

 

получаем уравнения электромеханической и механической характеристик:

            (2.6)

            (2.7)

где ω0 – частота вращения холостого хода (идеального).

Эти  характеристики  представлены  на рис. 2.2  и  рис. 2.3. Как видно, это прямые, имеющие отрицательный наклон и проходящие через точку (0, ω0). Частота вращения холостого хода 0, пусковой ток Iп и пусковой момент Mп определяются выражениями:

       

Электромагнитный момент М, момент механических потерь в двигателе (момент холостого хода) М0 и момент на валу  М2  связаны уравнением

M2 = MM0 sign (  ).

На рис. 2.3 показана характеристика  ( M2 ). При > 0 она проходит левее характеристики ( M ), а при   < 0  – правее. Точка пересечения характеристики ( M2 ) с осью дает частоту реального холостого хода . Для простоты принято, что величина момента холостого хода не зависит от величины скорости вращения.

Рис. 2.2. Электромеханическая характеристика

Рис. 2.3. Механические характеристики

На рис. 2.4 показана механическая характеристика ( M2 ) и отмечены точки, соответствующие различным режимам работы. При частоте вращения, превышающей частоту идеального холостого хода 0, наблюдается рекуперативное торможение (точки 1, 2). При этом момент на валу и ток якоря отрицательные, энергия передается в сеть.  В точке 3  электромагнитный момент и ток яко-

Рис. 2.4. Двигательный и тормозные режимы работы.

ря равны нулю, а момент на валу равен моменту потерь со знаком минус. Точка 4 является точкой реального холостого хода, при котором момент на валу равен нулю, а электромагнитный момент и ток якоря положительны. В точках 5, 6 наблюдается двигательный режим, при этом механическая мощность на валу положительна.

При пуске двигателя = 0, ток якоря имеет значение Iп, а электромагнитный момент – значение Mп. Момент на валу при этом может принимать множество значений от  Mп M0 до  Mп + M0 . Точки 7, 8 соответствуют вращению с малой частотой в положительном и отрицательном направлениях. Точки 9, 10 получаются при вращении якоря в отрицательном направлении – это торможе-ние противовключением, когда момент нагрузки превышает пусковой момент.

При замыкании обмотки якоря накоротко, т.е. при Uя = 0, механическая характеристика ( M ) проходит через начало координат. Такой режим называ-ется динамическим торможением (точки 11, 12).

На рис. 2.5 показана схема замещения цепи якоря. Она состоит из источника ЭДС  Eя и активного сопротивления rя.

Рис. 2.5. Схема замещения цепи якоря

Управление напряжением якоря

При управлении напряжением меняют напряжение якоря Uя . При этом в уравнении (2.7) изменяется частота холостого хода ω0 , а коэффициент kM остается постоянным. Следовательно, получается семейство механических характеристик в виде параллельных прямых (см. рис. 2.6). Для определения частоты вращения воспользуемся уравнением механики:

где  Jмомент инерции ротора двигателя и исполнительного механизма; М – электромагнитный момент; Мс   статический момент исполнительного механизма.

Рис. 2.6. Механические характеристики при управлении напряжением

В установившемся режиме частота вращения постоянна, угловое ускорение равно нулю и выполняется равенство

 М = Мс .

На рис. 2.6. приведена механическая характеристика исполнительного механизма ИМ и показаны точки ее пересечения с механическими характеристиками двигателя при разных напряжениях якоря.

Механические характеристики двигателя рассматривались без учета реакции якоря, т.е. влияния тока якоря на основной магнитный поток. Различают поперечную, продольную и коммутационную реакции якоря. Поперечную реакцию якоря можно учесть зависимостью

           (2.8)

Вместе с формулами

            (2.9)

        (2.10)

получается группа формул, позволяющая построить механические характеристики при разных напряжениях питания. Задаемся током якоря, по формуле (2.8) находим магнитный поток Ф, по формуле (2.9) электромагнитный момент, а по формуле (2.10) – частоту вращения. Полученные механические характеристики показаны на рис. 2.7. Здесь же приведена кривая магнитного потока.

Рис. 2.7. Механические характеристики двигателя постоянного тока

независимого возбуждения с учетом поперечной реакции якоря

Механические характеристики построены для напряжений якоря

Следует обратить внимание, что характеристики имеют разную форму и одна характеристика не получается из другой смещением по вертикали.

Вопросы для самопроверки

1. Какой режим называется двигательным и какой – тормозным ?

2. Объясните режим холостого хода (идеальный и реальный) и пусковой режим.

3. От чего зависит частота холостого хода и пусковой момент ?

4. Объясните, почему при увеличении частоты вращения электромагнитный момент и ток якоря уменьшаются.

5. Объясните связь между электромагнитным моментом, моментом холостого хода и моментом на валу.

6. Объясните три тормозных режима работы двигателя.

7. Опишите условия, при которых возможно торможение рекуперативное, противовключением и динамическое торможение.

8. Объясните, почему при управлении напряжением получаются параллельные механические характеристики.

9. Почему при увеличении тока якоря уменьшается основной магнитный поток?

10. Почему механические характеристики имеют разный наклон при различных значениях электромагнитного момента, если учитывать поперечную реакцию якоря?


Iя

Uв

Iв

ω0

0

Iя

Iп

ω

ω0

0

M, M2

Mп

ω

M0

 M0

ω(M)

ω(M2)

ω

0

 M2

Mп

ω

 M0

ω(M2)

 M0

Двигательный

      режим

 Рекупе-

ративное

торможение

Динамическое

   торможение

      Торможение

противовключением

ω0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Uя=Uн

Uя=0,8Uн

Uя=0,6Uн

Uя=0,4Uн

Uя=0,2Uн

Uя=0

Ф

Uя =Uн

Uя = Uн

Uя = 0

Uя =0,5Uн

ω

M

Uя = 0,5Uн

0

ω0

ИМ

Ф0

Ф

ω

0

M

Eя

rя

Iя

Uя


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

23350. Свободные колебания в R - L - C контуре 2.98 MB
  Цель работы: изучение влияния сопротивления электрического контура на характер свободных колебаний в нем и параметры затухания. Величина называется частотой затухающих колебаний. При  02 0 период затухающих колебаний практически можно вычислять по формуле : при этом погрешность вычисления периода будет менее 2 . 2 приведен график изменения заряда конденсатора от времени уравнение 4 из которого видно что амплитуда затухающих колебаний уменьшается во времени по экспоненциальному закону со скоростью определяемой...
23351. ЯВЛЕНИЕ РЕЗОНАНСА В ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ КОЛЕБАТЕЛЬНОМ КОНТУРЕ 207.5 KB
  2 Поскольку уравнение 2 можно записать в виде: 3 где =R 2L величина называемая коэффициентом затухания 02 = 1 LC собственная частота колебаний контура. При малых коэффициентах затухания 0 можно считать что резонансная частота приблизительно равна собственной частоте колебаний контура. Параметры резонансной кривой очень удобно выражать через величину добротности контура Q.
23352. ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 182 KB
  ОСНОВЫ ТЕОРИИ Как известно из теории при приложении к RLC цепи рис.1 переменного напряжения в цепи возникает переменный ток сдвинутый по фазе относительно напряжения .1 Величина амплитуды тока определяется соотношением : 1 где импеданс цепи переменного тока.
23355. Изучение дифракции света 358.5 KB
  Исследуя дифракцию излучения лазера на щели и дифракционной решетке определить длину волны излучения лазера. На экране наблюдается дифракционная картина чередующиеся светлые и темные полосы параллельные щели. Длина щели намного больше длины волны света поэтому дифракционная картина вдоль щели отсутствует. Результирующая освещенность любой точки экрана направление на которую составляет с нормалью n к поверхности щели угол определяется интерференцией всех вторичных волн.
23357. ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ПОЛЯРИЗАЦИИ СВЕТА 107.5 KB
  Направление плоскости поляризации можно изменить и контролировать с помощью лимба на поляризаторе. Снять с оптической скамьи анализатор и поляризатор. Поставить поляризатор и измерить фототок обусловленный плоскополяризованным светом ip .
23358. СЛОЖЕНИЕ ОДНОНАПРАВЛЕННЫХ И ВЗАИМНОПЕРПЕНДИКУЛЯРНЫХ КОЛЕБАНИЙ 383.5 KB
  СЛОЖЕНИЕ ОДНОНАПРАВЛЕННЫХ И ВЗАИМНОПЕРПЕНДИКУЛЯРНЫХ КОЛЕБАНИЙ. Цель работы: изучение эффектов возникающих при сложения однонаправленных и взаимно перпендикулярных гармонических колебаний. Представим каждое из колебаний как проекцию на ось X вектора длиной равной амплитуде вращающегося по часовой стрелке с угловой скоростью  рис. Тогда результат сложения колебаний можно представить как проекцию суммарного вектора .