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

69111. Основні концепції об’єктно-орієнтованої методології програмування. Базові поняття об’єктна-орієнтованого програмування. Класи і об’єкти в мові Pascal 79.5 KB
  Методологія об’єктно-орієнтованого програмування виникла як результат природної еволюції мов структурного програмування. 3 погляду цієї методології програма є сукупністю об’єктів, кожен об’єкт є екземпляром певного класу, а класи утворюють ієрархію успадкування
69112. Одномірні масиви. Поняття масиву та його властивості. Базові операції обробки одновимірних масивів 214.5 KB
  Характерною ознакою простих типів даних є те, що вони атомарні, тобто не містять як складові елементи дані інших типів. Типи даних, що не эадовольняють зазначеній властивості, називаються структурованими. У мові Раsсаl означено такі структуровані типии: масиви, рядки, множини, записи та файли.
69113. Багатовимірні масиви. Оголошення багатовимірних масивів. Доступ до елементів. Базові операції їх обробки двовимірних масивів. Двовимірні масиви в задачах 96.5 KB
  Як було зазначено вище, одновимірні масиви застосовуються для зберігання послідовностей. Проте для багатьох структур даних зображення у вигляді послідовності є неприйнятним. Наприклад, результати матчів футбольного чемпіонату найзручніше подавати у вигляді квадратної таблиці.
69114. Рядки. Поняття рядка та оголошення змінних рядкового типу. Операції над рядками та рядкові вирази. Процедури та функції обробки рядків 79 KB
  Один з різновидів одновимірних масивів — масив символів, або рядок, — посідає особливе місце у багатьох мовах програмування. І це не випадково, адже алгоритми перетворення рядків застосовуються для вирішення вкрай широкого кола задач: редагування та перекладу текстів, алгебричних перетворень формул...
69115. Записи. Запис та його оголошення. Доступ до компонентів та операцій над записами. Масиви записів. Записи з варіантами 100 KB
  Визначальною характеристикою масиву є однорідність, тобто однотипність його елементів. Проте реальний світ насичений неоднорідними структурами даних. Прикладами таких структур можуть стати: календарна дата, що скла-дається з номера дня, номера року та назви місяця...
69116. Множини. Поняття множин та множинного типу даних. Оголошення змінних множинного типу. Операції над множинами 96.5 KB
  Математичне поняття множини широко використовується в задачах, для яких існує ефективне програмне розв’язання. Так, у багатьох комбінаторних задач серед усіх підмножин деякої множини необхідно знайти ті, які задовольняють певну умову. При розв’язанні задач на графах користуються поняттями...
69117. Фізичний і логічний файли. Технологія роботи з файлами. Тинпи файлів і оголошення файлових змінних. Установка відповідності між фізичним і логічним файлами. Системні операції з файлами 141 KB
  Дані, що використовувались у задачах із попередніх розділів, існували протягом одного сеансу роботи певної програми. Такі дані зберігаються в оперативній пам’яті комп’ютера. Проте бльшість програм оперує із даними, що залишаються доступними як після завершення роботи програми, так і після перевантаження...
69118. Буферізація даних. Натипізовані файли 56 KB
  При зчитувані даних із файла зна чення його чергового компонента копіюється в поточний елемент буфера. У відповідь на цей запит операційна система виділяє буфер із буферного пула і в нього зчитується певна кількість блоків даних із фізичного файла.
69119. Динамічні змінні та динамічна пам’ять. Розподіл оперативної пам’яті. Поняття покажчика та його оголошення. Стандартні функції для роботи з адресами 93.5 KB
  Змінні величини, що розглядались у попередніх розділах, були статичними. Статичні змінні характеризуються тим, що їх значення зберігаютъся в ділянках оперативної пам’яті, які визначаються на етапі компіляції программ і не змінюються під час її виконання.