- •Пермский Государственный Технический Университет
- •Механика электромеханической системы Кинематическая схема эл.Привода. Силы и моменты, действующие в системе эл.Привода.
- •Механические характеристики производственных механизмов. Для теории и практики эл.Привода большое значение имеют понятия механической характеристики рабочей машины.
- •Расчетные схемы выглядят так:
- •Уравнение движения и режимы работы эл.Привода как динамической системы.
- •Передаточные функции, структурные схемы и частотные характеристики механической части электропривода как объекта управления.
- •Движение инерционных масс эл.Привода с учетом упругих связей движущихся масс.
- •Динамические нагрузки эл.Приводов.
- •В уравнении жесткого приведенного механического звена величина
- •Определение наивыгоднейшего передаточного отношения.
- •Математическое описание процессов электромеханического преобразования энергии.
- •Понятие о электромеханических и механических характеристиках электродвигателей, их жесткости и режимы работы эмп.
- •Координатные преобразования переменных обобщенной электрической машины.
- •Выбор скорости к координатных осей u,V.
- •Фазные преобразования переменных обобщенной машины.
- •Электромеханические свойства двигателей. Математическое описание процессов преобразования энергии в двигателе постоянного тока независимого возбуждения.
- •Естественные и искусственные эл.Механические и механические характеристики двигателя независимого возбуждения в именованных и относительных единицах.
- •Реверсирование двигателя независимого возбуждения и механические характеристики для прямого и обратного напрявления вращения.
- •Тормозные режимы двигателя независимого и параллельного возбуждения.
- •Генераторное торможение с рекуперацией (отдачей) энергии в сеть.
- •Торможение противовключением.
- •Электродинамическое торможение.
- •Расчет механических характеристик двигателя независимого возбуждения.
- •Расчет сопротивлений для якорной цепи днв.
- •Динамические свойства днв при питании от источника напряжения.
- •Математическое описание процессов электромеханического преобразования энергии в двигателе постоянного тока последовательного возбуждения (дпв)
- •Естественные и искусственные электромеханические и механические характеристики дпв
- •Тормозные режимы дпв
- •Расчет искусственных электромеханических и механических характеристик дпв.
- •Расчет пусковых сопротивлений для дпв.
- •Механические характеристики двигателя смешанного возбуждения (дсв) и его тормозные режимы.
- •Расчет тормозных сопротивлений для двигателей постоянного тока.
- •Математическое описание процессов преобразования энергии в асинхронном двигателе.
- •Естественные механическая и эл.Механическая характеристика ад. Формула Клосса.
- •Искусственные механические характеристики ад при изменении параметров цепей статора, ротора и питающей сети.
- •3. Введение добавочного активного сопротивления в цепь ротора.
- •4. Изменение частоты питающей сети.
- •Тормозные режимы асинхронного двигателя.
- •2) Торможение с самовозбуждением
- •Расчет естественной и искусственных статистических механических характеристик ад
- •Расчет сопротивлений для роторной цепи ад.
- •Динамические свойства асинхронного эмп при питании от источника напряжения
- •Математическое описание и электромеханические свойства синхронного двигателя
- •Обобщенная эл.Механическая система эл.Привода с линейной (линеаризованной) механической характеристикой двигателя.
- •Статический (установившийся) режим работы электропривода и статическая устойчивость электропривода
- •Переходные режимы электроприводов Общая характеристика переходных процессов электроприводов, их классификация и методы расчета
- •Графический метод интегрирования уравнения движения (метод пропорций)
- •Графоаналитический метод интегрирования уравнения движения (метод последовательных интервалов)
- •Электромагнитные переходные процессы в цепях возбуждения и форсирование процессов возбуждения
- •Переходный процесс электропривода с двигателем независимого возбуждения при изменении магнитного потока
- •Переходные процессы при пуске и торможении электропривода с короткозамкнутым асинхронным двигателем (ад)
- •Характер изменения свободных составляющих и их затухание определяются корнями p1 и p2характеристического уравнения
- •Корень определяет установившийся режим т.К. Относится к изображению напряжения. Если учесть, что , топоэтому
- •Регулирование координат электропривода Требования к координатам электропривода и формированию его статических и динамических характеристик
- •Основные показатели способов регулирования координат электропривода
- •Системы управляемый преобразователь – двигатель (уп – д).
- •Система генератор – двигатель (гд).
- •Расчет статических электромеханических и механических характеристик в системе гд
- •Система тиристорный преобразователь – двигатель (тп – д).
- •Торможение и реверсирование двигателя в системе тп-д и статические механические характеристики реверсивного вентильного электропривода
- •Расчет статических механических характеристик в системе тп-д
- •Коэффициент мощности и основные технико-экономические показатели вентильного электропривода
- •Частотное управление асинхронными двигателями
- •Законы частотного регулирования
- •Статические механические характеристики ад при частотном управлении.
- •Система пч-ад (преобразователь частоты - асинхронный двигатель)
- •Обобщенная линеаризованная система уп-д
- •Регулирование момента (тока) электропривода Задачи регулирования момента (тока) электропривода
- •Реостатное регулирование момента (тока) двигателей
- •Релейное автоматическое регулирование тока и момента ад изменением импульсным методом сопротивления в цепи выпрямленного тока ротора
Естественные и искусственные эл.Механические и механические характеристики двигателя независимого возбуждения в именованных и относительных единицах.
Обычно двигатель с независимым возбуждением работает при Ф=const. После преобразований математическое описание процессов в ДНВ можно представить в виде следующего ур-я механической характеристики..
Подставив сюда значение , получим уравнение электромеханической характеристики..
В установившимся режиме .
Поэтому уравнение статических характеристик имеют вид:
При Uя=constи ф=constони представляют прямые, отсекающие на оси ординат величину, соответствующую скорости идеального холостого хода.
Характеристика двигателя, соответствующие отсутствию в якорной цепи добавочного сопротивления при Uя =constи ф=const, являются естественными. Наклон их определяется только величинами.
Модуль статической жесткости механической характеристики можно найти из уравнения момента, взяв производную по скорости
Используя понятие жесткости, уравнения статических механической и электромеханической характеристик можно представить в следующих видах:
;
;
Чем выше модуль статической естественной характеристики, тем стабильнейпри широких пределах изменения нагрузки.Другой оценкой стабильности рабочейявляется статизм механической характеристики, количественной оценкой которой является номинальный перепад скорости..
Относительный перепад скорости на естественной характеристике:
для двигателей средней и большой мощности составляет (1,53)%.
Выше написанные уравнения достаточно точно описывают статические характеристики ДНВ, имеющих компенсационную обмотку (КО).Двигатели малой мощности и значительная часть двигателей средней мощности (<100кВт.) такой обмотки не имеют. Поэтому приведенные выше уравнения описывают естественные характеристики лишь приближенно.
На вид естественных механической и электромеханический характеристик значительное влияние оказывает реакция якоря, т.к. даже при наличии КО она полностью компенсируется только при номинальной нагрузке. Вследствие реакции якоря при росте нагрузки (тока) поток машины уменьшается и наоборот. В результате с ростом нагрузки (тока) момент двигателя растет не пропорционально току, а в меньшей степени, что вызывает отклонение характеристик от линейных (см. пунктирные характеристики на рис.).
В механических характеристиках из – за размагничивающего действия реакции якоря могут появляться участки с положительной жесткостью (см. “а-б” на графике). Сказывается явление опрокидывания регулирования. Это может привести к неустойчивой работе электропривода.
Реакция якоря, кроме того, уменьшает перегрузочную способность двигателя. Так, при токе, допустимому по условиям коммутации, поток двигателя снижается на10-20%, пропорциональность между Iя и М нарушается и перегрузочная способность двигателя без КО при прочих равных условиях ниже, чем у двигателей с КО. Реакция якоря неблагоприятно сказывается и на динамических свойствах эл.привода. Поэтому в двигателях без КО мощностью до 100кВт применяются стабилизирующие обмотки, размещаемые на сердечниках главных полюсов. Они включаются цепь якоря последовательно и создают небольшую МДС, компенсирующую действие реакции якоря. Но двигатели с такими обмотками нельзя применять для реверсивных эл.приводов, т.к. при изменении направления вращения ток якоря имеет противоположное направление и стабилизирующая обмотка будет усугублять действие реакции якоря, ибо ее МДС будет действовать против МДС основных полюсов.
Механические характеристики ДНВ имеет вид прямой, проходящей черезII,I и IV, квадранты лишь тогда, когда они представляют зависимостьот электромагнитного момента. Если же изобразить зависимостьот момента на валу Мв, то это будет ломаная линия. При работе машины в двигательном режиме, а в тормозном (генераторном). Если вычертить характеристику, а затем прибавить или вычестьМ при=0, получим зависимость- ломаная 2. При=0 возникает скачок на величину 2М и скорость реального холостого хода0рставится меньше скорости0идеального холостого хода.
Часто для удобства расчетов и сравнения характеристик двигателей различной мощности уравнение механической характеристики представляют в относительных единицах. Применение их делает ненужным переход от одних единиц измерений к другим, проще сравнивать варианты расчетов, выполненных для двигателей, отличающихся по своим номинальным данным. Характеристики двигателей, различных по своим номинальным данным, становятся универсальными. За базовые величины принимаются номинальные значенияUн,Iн, Фн, Ен, Мни т.д. За базовую единицу скорости ДНВ, АД и СД – принимается скорость0, а для двигателей последовательного возбуждения -н. За базовую единицу сопротивления принимается сопротивление якорной цепи, которое при неподвижном якоре иUн ограничивает ток в якоре доIян. Его называют номинальным сопротивлением. Схематично это можно представить так.
Численно оно равно . Напряжения, ЭДС, токи и т.д. в относительных единицах представляются следующим образом:(для двигателей последовательного и смешанного возбуждения):. Для получения уравнения механической характеристики ДНВ в относительных единицах разделим обе части уравненияна0и сделаем преобразования..Т.к. у ДНВ при Ф=constМIя, тои.
При изменении параметров двигателя, сети, или при использовании специальных схем включения характеристики двигателя будут искусственными. Так, при изменении сопротивления в якорной цепи уменьшается жесткость характеристик . Семейство механических характеристик, соответствующих различным значениямRдоб, изображено на следующем рис., причемRд3>Rд2>Rд1. В частном случае приU=0когда якорь замкнут на некоторое сопротивление, все характеристики пересекаются в начале координат (см. рис.). Из графиков видно, что увеличение сопротивления якорной цепи вызывает уменьшение скорости двигателя. Это объясняется тем, что при этом увеличивается падение напряжения на якоре и при каждом данном моменте сопротивления уменьшается ток, а следовательно и момент двигателя.
При изменении напряжения, подводимого к якорю двигателя, изменяется0. Жесткость характеристик остается неизменной. Семейство механических характеристик, соответствующих различным напряжениям на зажимах двигателя изображено на рис. Отсюда видна возможность регулирования скорости двигателя изменением подводимого напряжения. Но для этого необходимо питать двигатель от источника регулируемого напряжения
Для обеспечения оптимальных условий работы некоторых производственных механизмов в соответствие с требованиями технологического процесса иногда возникает необходимость повышения рабочей скорости сверх основной. При U=constэтого можно достичь путем ослабления магнитного потока двигателя. Его ослабление вызывает увеличение0, т.к., но одновременно уменьшается жесткость характеристик. В результате меньшей жесткости характеристик будет иметь место и большее падение скорости при одном и том же значении Мс.
Если новое, уменьшенное значение потока, равно , где<1, то новое увеличенное значение скорости идеального холостого хода.
При прежнем значении нагрузки, значит момента двигателя изменяется, ток якоря (возрастает), что видно из уравнения момента .
т.к. уменьшается ЭДС.
Уравнение механической характеристики двигателя при ослабленном потоке имеет вид
.
Для рассмотрения особенностей механических характеристик при ослабленном Ф, рассмотрим уравнение электромеханической характеристики и выражение для тока якоря.
; .
Из него следует, что при пуске двигателя в ход, т.е. при=0, ток якоря не зависит от Ф, а определяется лишь величинойUиRЯ:.
Следовательно, характеристики для всех значений Ф пересекаются в одной точке на оси абсцисс и имеют вид, изображенный на рис. Соответствующие механические характеристики для этих значений Ф приведены рядом.
Видно, что точки пересечения характеристик не совпадают. При этом при нагрузках, соответствующих значениям слева от точек пересечения, скорость двигателя возрастает, а при нагрузках соответствующих значениям справа от точек пересечения – скорость уменьшается. Это явление, как известно, называется, опрокидыванием регулирования. Причиной является то, что при неизменном Мс ослабление Ф влияет на скорость в 2-х направлениях одновременно. С одной стороны оно вызывает увеличение скорости, с другой обуславливает снижение вследствие увеличения падения напряжения из-за роста тока (последний растет из-за уменьшения ЭДС). В точках пересечения характеристик оба этих фактора уравновешивают друг друга и несмотря на ослабление потока скорость не изменяется. Обычно при нормальных нагрузках точки пересечения характеристик находятся в зоне больших токов (нагрузок), недопустимых по условиям коммутации. Однако, при значительном сопротивлении в цепи якоря или при сильно пониженном напряжении это явление может иметь место.