Лабораторная работа №2 (м219) Торможение двигателя постоянного тока в функции времени

Цель работы: изучить принцип и схему торможения ДПТ в функции времени.

Таблица

Измерено
	Рабочее место №1	Рабочее место №2
RT, Ом	81÷1104	80÷1083
RЯ, Ом	67,5	74,5
nнач, об/мин	3000	3200

Тип двигателя: СЛ-221

U_ян = 110В

n_ян = 3600-4600 об/мин

I_ян = 0,35 А

J_дв = 0,00055 кг*м²

η = 33%

Параметры нагрузки:

М_с = 0,1-0,12 Н*м

J_{системы} =0,0009397 кг ∙ м²(см. ЛР №1)

Основные понятия

Управление в функции времени получило широкое применение в современных электроприводах постоянного и переменного тока, благодаря своим достоинствам: простоте схемы, надёжности и независимости её работы от колебаний нагрузки или напряжения.

Для двигателей постоянного тока независимого и параллельного возбуждения возможны следующие режимы работы: а) двигательный; б) режим генераторного торможения с отдачей энергии в сеть; в) режим торможения противовключением; г) режим динамического торможения.

После отключения ДПТ от источника электропитания якорь двигателя некоторое время продолжает вращаться по инерции, за счёт запасённой кинетической энергии. Часто требуется быстро и точно остановить вращаемый двигателем механизм или изменить направление его вращения. Торможение электродвигателей может быть произведено как с помощью механических тормозов, так и электрических, что предпочтительнее.

Для быстрого торможения двигателя его переводят в режим, когда электромагнитный момент становится тормозящим для якоря, т. е. когда момент и скорость направлены встречно. При этом механическая энергия вращения преобразуется в электрическую, рассеиваемую в виде теплоты в резисторах цепи якоря, или передаётся в сеть.

Генераторное торможение наступает при частоте вращения яко­ря, превышающей частоту вращения идеального холостого хода. В этом случае ЭДС якоря Е_я становится больше напряжения сети U и ток якоря изменяет направление по отношению к току в двигательном режиме:

.

В связи с изменением направления тока якоря меняет свое направление электромагнитный момент электродвигателя и становится тормозящим. Характеристики электродвигателя в этом режиме, являясь продолжением характеристик в двигательном режиме, располага­ются во втором квадранте осей координат (рис.2.1).

Торможение противовключением происходит в том случае, когда обмотки электродвигателя включены для одного направления вращения якоря, а под действием каких-либо внешних причин якорь вращается в противоположную сторону. В этом случае момент двигателя становится тормозящим.

Поскольку в режиме торможения противовключением вращение якоря происходит в сторону, противоположную по сравнению с вра-щением в двигательном режиме, то ЭДС якоря меняет свое направление и действует согласно с приложенным к цепи якоря напряжением:

Таким образом, ток якоря в режиме торможения противовключе-нием больше чем в двигательном режиме и его необходимо ограничивать. С этой целью в режиме противовключения в цепь якоря вводят добавочное сопротивление.

При использовании этого режима для останова двигателя в момент, когда его скорость станет равной нулю, цепь якоря необходимо отключить от сети, иначе произойдет реверс.

Характеристики электродвигателя в режиме противовключения располагаются в четвёртом квадранте и являются продолжением характеристик в двигательном режиме (см. рис. 2.1).

Динамическое торможение электродвигателя наступает при отключении обмотки якоря от сети и замыкании ее на некоторое сопротивление R_т. Обмотка возбуждения при этом остаётся подключенной к сети. Якорь продолжает вращаться за счёт сил инерции, двигатель переходит в генераторный режим, но энергия, вырабатываемая при этом, преобразуется в тепловую, выделяемую на R_т и R_Я.

В режиме динамического торможения ЭДС якоря не изменяет своего направления по сравнению с двигательным режимом, но так как напряжение сети равно U = 0, то ток якоря, изменив свое направление, действует согласно с ЭДС. В этом режиме ток якоря:

где R_∑ = R_Я + R_Т.

Тормозной момент:.

Рис. 2.1. Электромеханические характеристики ДПТ независимого возбуждения

Из последнего следует, что торможение якоря в этом режиме происходит до полной остановки.

Характеристики электродвигателя в режиме динамического торможения выходят из начала координат и располагаются во втором квадранте (см. рис.2.1).

После отключения ДПТ от источника электропитания якорь двигателя некоторое время продолжает вращаться по инерции, за счёт запасённой кинетической энергии. Часто требуется быстро и точно остановить вращаемый двигателем механизм или изменить направление его вращения. Торможение электродвигателей может быть произведено как с помощью механических тормозов, так и электрических, что предпочтительнее.

Для быстрого торможения двигателя его переводят в режим, когда электромагнитный момент становится тормозящим для якоря, т. е. когда момент и скорость направлены встречно. При этом механическая энергия вращения преобразуется в электрическую, рассеиваемую в виде теплоты в резисторах цепи якоря, или передаётся в сеть.

Динамическое торможение электродвигателя наступает при отключении обмотки якоря от сети и замыкании её на некоторое сопротивление R_Т. Обмотка возбуждения при этом остаётся подключённой к сети. Якорь продолжает вращаться за счёт силы инерции, двигатель переходит в генераторный режим, но энергия, вырабатываемая при этом, преобразуется тепловую, выделяемую на R_Т и R_Я.

В режиме динамического торможения ЭДС якоря не изменяет своего направления по сравнению с двигательным режимом, но так как напряжение сети равно U=0, то ток якоря, изменив своё направление, действует согласно с ЭДС. В этом режиме ток якоря I_Я= - E_Я/R_Σ,

где R_Σ=R_Я + R_Т.

Тормозной момент: - М_Т=С_м ∙ С_Е ∙ Ф² ∙ n/R_Σ.

Из последнего следует, что торможение в этом режиме происходит до полной остановки.

Торможение ДПТ в функции времени является одним из способов динамического торможения. Для осуществления данного принципа в схеме динамического торможения применяется электромагнитное реле времени. Торможение двигателя будет происходить до полной остановки.

Необходимая выдержка реле времени до полной остановки определяется по формуле.

t_рв = T_м * ln ,

где ω_нач – скорость вращения, с которой начинается торможение;

Δω_с – перепад угловой скорости при нагрузке М_С.

Электромеханическая постоянная времени Tм определяется по формуле:

,

где R- полное сопротивление якорной цепи, R=R_Я+R_Т;

J - момент инерции системы.

С_M – конструктивный коэффициент момента.

Перепад угловой скорости при нагрузке моментом М_С определяется по формуле:

.

Из выражения в номинальном режиме находим конструктивный коэффициент ЭДС .

Известно, что С_М = 9.55* ; выражаем частоту вращения n через угловую скорость.