- •1. Основные сведения об электро-
- •1.2. Краткий исторический обзор развития
- •2. Механика электропривода
- •2.1. Уравнение движения
- •2.2. Приведенное механическое звено
- •2.3. Совместная работа электродвигателя и
- •2.3.1. Механические характеристики рабочего
- •2.3.2. Механические характеристики электродвига-
- •2.4. Установившийся режим работы электро-
- •3. Механические и электромеханичес-
- •3.1. Электромеханическое преобразование электрической энергии в механическую
- •3.2. Механические и электромеханические характе
- •3.2.1. Построение механических и электромеха-
- •3.2.2. Механическая и электромеханическая характеристики в относительных единицах
- •3.2.3. Искусственные электромеханические и
- •3.2.3.1. Реостатные характеристики
- •3.2.3.2. Изменение магнитного потока
- •3.2.3.3. Изменение питающего напряжения
- •3.2.4. Режимы работы электродвигателя и
- •3.2.4.1. Двигательный режим работы
- •3.2.4.2. Режимы торможения двигателя постоянного тока независимого возбуждения
- •3.2.5. Режим пуска дпт нв
- •3.3. Механические и электромеханические харак
- •3.3.1 Искусственные характеристики дпт пв
- •3.3.2. Тормозные режимы электродвигателя постоян-
- •3.3.3 Режим реостатного пуска дпт пв
- •3.4. Электромеханические и механические
- •3.5. Электромеханические и механические
- •3.5.1. Общие сведения
- •3.5.2. Электромеханические и механические характеристики асинхронного двигателя
- •3.5.3. Построение механических и электромехани-
- •3.5.4. Искусственные характеристики
- •3.5.4.1 Реостатные характеристики
- •3.5.4.2.Изменение напряжения питания
- •3.5.4.3.Изменение числа пар полюсов
- •3.5.4.4 Изменение частоты питающей сети
- •3.5.5. Механические характеристики асинхрон-
- •3.5.5.1 Рекуперативное торможение
- •3.5.5.2. Торможение противовключением
- •3.5.5.3. Динамическое торможение
- •3.5.6. Реостатный пуск асинхронного двигателя
- •3.6. Механическая и угловая характеристики
- •3.5.1. Электромеханическое преобразование энергии
- •3.5.2. Пуск синхронного двигателя
- •3.5.3. Режимы торможения сд
- •3.5.4. Компенсация реактивной мощности
- •3.7 Механические характеристики
- •3.7.1. Многодвигательные электроприводы с
- •3.7.2. Многодвигательные электроприводы с
- •4. Переходные процессы в электро-
- •4.1. Общие сведения о переходных процессах
- •4.1.1. Время ускорения и замедления привода
- •4.1.2 Графическое и графо – аналитическое ре-
- •4.2. Механические переходные процессы
- •4.2.1. Механические переходные процессы при линей-
- •4.2.2. Механические переходные процессы в ре-
- •4.2.3. Механические переходные процессы в режиме
- •4.2.4. Переходные процессы при реостатном пуске
- •4.2.5. Переходные процессы при линейном изменении
- •4.2.5.1. Пуск на холостом ходу
- •4.2.5.2. Пуск двигателя при реактивном стати-
- •4.2.5.3. Переходные процессы при торможении
- •4.2.6. Механические переходные процессы при не-
- •4.3. Электромагнитные переходные процессы
- •4.3.1. Форсирование эпп в обмотке возбуждения
- •4.4. Электромеханические переходные
- •4.4.1. Электромеханические переходные процессы при
- •4.4.2. Переходные процессы при изменении магнитно-
- •4.4.3. Переходные процессы при экспоненциальном
- •4.5. Тепловые переходные процессы
- •5. Выбор мощности
- •5.1. Режимы работы электроприводов
- •5.1.1. Длительный режим работы (s1)
- •5.1.2. Кратковременный режим работы (s2)
- •5.1.3. Повторно-кратковременный режим
- •5.2. Нагрузочные диаграммы электроприводов
- •5.3. Выбор мощности электродвигателя для
- •5.3.1. Метод средних потерь
- •5.3.2. Методы эквивалентных величин
- •5.4. Выбор мощности электродвигателя
- •5.5. Выбор мощности электродвигателя для
- •3.7. Механические характеристики многодвигатель-
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14.
3.2. Механические и электромеханические характе
ристики электрических машин постоянного тока
с независимым (параллельным) возбуждением
Рассмотрим простейшую электрическую принципиаль-ную схему включения двигателя постоянного тока независи-мого возбуждения (рис. 3.2). К якорю электродвигателя прикладывается напряжение сети постоянного тока Uc = U, которое в установившемся режиме уравновешивается ЭДС (Е) двигателя и падением напряжения в цепи якоря (Iя ·Rяц).
Рис.3.2. Схема электродвигателя постоянного тока с не-
зависимым возбуждением
Для улучшения процесса коммутации тока и получе-
ния благоприятной коммутации в машине предусмотрены добавочные полюса (ДП), обмотки которых включаются
27
последовательно в цепь якоря. Компенсационная обмотка (КО) закладывается в пазы на главных полюсах и компенсирует реакцию якоря. Указанные обмотки играют вспомогательную роль, поэтому учитываются только ак-тивными сопротивлениями и индуктивностями указанных
обмоток ДП и КО.
Работа электродвигателя постоянного тока в общем
случае характеризуется следующими основными величинами:
М – электромагнитный момент, развиваемый электродви-
гателем, Н·м;
Мc – момент сопротивления (статический момент), создаваемый производственным механизмом, Н·м;
iя – ток якоря электродвигателя, А;
U – напряжение, приложенное к якорной цепи, В;
e – электродвижущая сила машины постоянного тока (для электродвигателя ее называют противо –ЭДС, так как в электродвигателе она направлена навстречу напряжению U и препятствует протеканию тока), В;
Ф – магнитный поток, создаваемый в электродвигателе при протекании тока по обмотке возбуждения, Вб;
Rя – сопротивление цепи якоря, Ом;
ω – угловая скорость (частота) вращения якоря электродвигателя, с-1 (вместо ω часто употребляется величина n, об/мин), связь между которыми выражается равенством n = 60·ω/(2).
Для вывода электромеханической ω = f1(Iя ) и ме-ханической характеристик ω = f2(M) двигателя постоянного тока с независимым (параллельным) возбуждением (ДПТ НВ) воспользуемся уравнением электрического равновесия для цепи якоря
U = iя ·Rяц + Lяц ·diя/dt + e, (3.1)
где Rяц=Rя+Rдя+Rдп+Rко,- сопротивление цепи якоря, Ом;
Rя – сопротивление обмотки якоря, Ом;
Rдя – добавочное сопротивление в цепи якоря, Ом;
Rдп, Rко – соответственно, сопротивления обмоток
28
дополнительных полюсов и компенсационной обмотки, Ом;
Lяц = Lя+Lдп+Lко , Гн;
Lя, Lдп, Lко – соответственно индуктивности обмоток яко-
ря, дополнительных полюсов и компенсационной об мотки,
Гн.
В уравнении (2.5): iя ·Rяц – падение напряжения на активных
сопротивлениях, Lяц ·diя/dt – ЭДС самоиндукции цепи якоря,
e – ЭДС якоря, равная e = КФ·ω.
Уравнение электрического равновесия для обмотки
возбуждения
Uв = iв ·Rв + Lв ·diв/dt. (3.2)
Наконец, электромагнитный момент двигателя
М = КФ ·iя . (3.3)
Уравнение электрического равновесия цепи якоря можно преобразовать, подставив в него оператор p = d/dt,
U = Rяц (1+ Tяц ·p) iя + e, (3.4)
где Tяц= Lяц/ Rяц– электромагнитная постоянная якорной цепи, составляющая для двигателей 0,02 … 0,1 с.
Аналогично для обмотки возбуждения уравнение(3.2) примет вид
Uв = Rв (1+ Тв р)iв , (3.5)
где Тв– электромагнитная постоянная обмотки возбуждения, которая для двигателей мощностью 1…1000 кВт составляет 0,2…4 с.
Согласно принципиальной электрической схеме ДПТ НВ (рис. 3.2) и приведенным значениям электромагнитных постоянных времени следует, что его управление осуществляется по двум каналам: инерционному – путем изменения тока в обмотке возбуждения и быстродействующему – за счет регулирования напряжения на якоре. В последнем случае электрическая машина работает при постоянном магнитном потоке
Подставив в уравнение (3.4) значение ЭДС и проведя соответствующие преобразования относительно частоты враще
29
ния ω, получим динамическую электромеханическую характеристику электродвигателя постоянного тока независимого (параллельного) возбуждения.
ω= U/ КФ – iя(1+ Tяц ·p) Rяц /КФ (3.6)
Выразив величину тока якоря через электромагнитный
момент (3.3) и подставив значение тока в уравнение (3.5), найдем динамическую механическую характеристику двигателя постоянного тока с независимым (параллельным) возбуж- дением.
ω= U/(КФ) – М(1+ Tяц ·p) Rяц /(КФ)2 (3.7)
Динамические электромеханическая и механическая характеристики применяются для изучения динамических свойств
двигателя, например при наличии периодической состаляю-щей в нагрузке на валу ДПТ НВ.
В установившемся режиме, когда оператор р=0, по-лучают статическую электромеханическую характеристику (зависимость скорости электропривода от тока электродвига-тельного устройства)
ω= U/ КФ – Iя· Rяц /КФ (3.8)
и статическую механическую характеристику (зависимость скорости электропривода от электромагнитного момента, развиваемого электродвигательным устройством)
ω= U/ (КФ) – М·Rяц /(КФ)2 . (3.9)
Различают естественные и искусственные меха-нические и электромеханические характеристики.
Естественными характеристиками двигателя являются механические (электромеханические) при номинальных значениях напряжения, потока и отсутствии внешних резисторов в якорной цепи и, соответственно, искусственными будут являться механические (электромеханические) характеристики при отличных от номинального значения напряжения сети, по-
тока двигателя (например, при введении внешнего резистора в цепь обмотки возбуждения) или при введении внешнего резистора в якорную цепь.
30
Анализируя уравнения (3.8) и (3.9), видим, что это уравнение прямой линии, пересекающей ось скоростей в точке ω0 .
Величина U/(КФ) = ωо называется скоростью идеально-
го холостого хода, когда ток якоря равен нулю. При М = Мс # 0 соотношения IяRя/(КФ) = МсRя/(КФ)2 = с называют статическим перепадом скорости относительно ω0 , вызванное наличием статического момента на валу двигателя.
Таким образом, уравнение для скорости двигателя может быть записано так:
ω = ω0 - ∆ωс. (3.10)
Для механической и электромеханической характеристик
существует еще одна характерная точка – точка режима короткого замыкания (такой режим работы двигателя, при котором частота вращения якоря, подключенного к источнику напряжения, равна нулю). Приравняв выражения (3.8) и (3.9) нулю, получим ток короткого замыкания
Iкз = U/Rя (3.11)
и момент короткого замыкания
Мкз = , (3.12)
из которых видно, что ток короткого замыкания не завсит от
потока, а момент короткого замыкания прямо про-порционален потоку.