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

17099. Обчислювальний процес, що розгалужується, з різними логічними умовами: оператор if... else, умовна операція (?:), оператор switch, оператор break, оператор goto 107 KB
  Лабораторна робота № 11 Тема: Обчислювальний процес що розгалужується з різними логічними умовами: оператор if... else умовна операція : оператор switch оператор break оператор goto Ціль роботи: Вивчити реалізацію в мові ветвящихся обчислювальних процесів . Навчитися писат
17100. Операції С, їхні пріоритети і використання. Перетворення типів 155 KB
  Лабораторна робота № 12 Тема: Операції С їхні пріоритети і використання.Перетворення типів Ціль роботи: Вивчити основні логічні арифметичні й інші операції С навчитися правильно складати вираження С вивчити пріоритети операцій С навчитися використовувати перетвор...
17101. Складання програм циклічної структури 72.5 KB
  Лабораторна робота № 13 Тема: складання програм циклічної структури. Ціль: навчитися складати програми циклічної структури застосовуючи різні типи операторів циклу в інтегрованому середовищі. Обладнання: ПК. Хід роботи. 1.Правила техніки безпеки при роботі в к
17102. Складання програм циклічної структури. Цикли з відомою та невідомою кількістю Повторів 105 KB
  Лабораторна робота № 14 Тема: склад програм циклічної структури. Цикли з відомою та невідомою кількістю Повторів. Мета: навчитися складати циклічні програми різних типів: з відомою та невідомою кількістю повторів. Обладнання: ПК. Хід роботи. Правила техніки
17103. Вкладені цикли. Упорядкування елементів масиву 49.5 KB
  Лабораторна робота № 15 Тема: Вкладені цикли. Упорядкування елементів масиву. Мета: навчитися складати програми упорядкування масивів Обладнання: ПК інструкция до практичної роботи. Обладнання:ПК Хід роботи Правила техніки безпеки в класі комп'ютерної технік
17104. Вкладені цикли. Рахування подвійної суми елементів 77.5 KB
  Лабораторна робота № 1617 Тема: Вкладені цикли. Рахування подвійної суми елементів. Мета:навчитися методиці підготовки та зміни змінних у вкладених циклах складати програми рахування подвійної суми. Обладнання: ПК інструкція до практичної роботи. Хід роботи. 1....
17105. Поняття алгоритму. Блок схема запису алгоритмів 95.5 KB
  Лабораторна робота № 1 Тема: Поняття алгоритму. Блок схема запису алгоритмів. Мета: ознайомитись з поняттям алгоритм розглянути властивості алгоритму способи запису алгоритмів ознайомитись з правилами креслення схем алгоритму. Обладнання: інструкція до пр...
17106. Загальна блок-схема 152.5 KB
  Лабораторна робота №2 Тема: Загальна блоксхема. Мета: розглянути схеми конструювання алгоритмів. Обладнання: інструкція до практичної роботи олівець лінійка. Хід роботи. 1.Правила Т/Б в кабінеті комп'ютерної техніки. Методичні вказівки. Алгоритми можна пре
17107. Циклічні алгоритми 61.5 KB
  Лабораторна робота № 3 Тема: Циклічні алгоритми. Мета: навчитися складати схеми циклічних алгоритмів. Обладнання: інструкція до практичної роботи олівець лінійка. Хід роботи. Правила Т/Б в кабінеті комп'ютерної техніки. Методичні вказівки. Базова ст...