Аналитические методы расчета переходных процессов Составление схемы электропривода

Курс лекций по электротехнике

Построение естественной механической характеристики двигателей постоянного тока с последовательным или смешанным возбуждением

Зависимость магнитного потока этих двигателей от нагрузки на валу является причиной нелинейности их электромеханических и механических характеристик. Это делает затруднительным и нецелесообразным расчет и построение указанных характеристик аналитическим методом.

Заводы - изготовители таких двигателей - дают снятые экспериментальным путем универсальные характеристики (выраженные в относительных единицах). Пользуясь ими, можно построить универсальную механическую характеристику, от которой затем можно перейти к характеристике выбранного двигателя. Для этого необходимо отложенные по осям величину I, М и ω умножить на их номинальные значения. При этом, как правило, возникает необходимость изменить масштабную сетку графика, поскольку прежняя будет соответствовать дробному значению величин, откладываемых по осям. Универсальные характеристики двигателей последовательного и смешанного возбуждения приведены на рис.9 и 10.

Пуск в ход двигателей достоянного тока

Для ограничения бросков пускового тока асинхронные двигателя с фазным ротором и большинство двигателей постоянного тока пускается в ход при введенном в цепь ротора (якоря) пусковом сопротивлении. Эти сопротивления разбивают на отдельные ступени, которые при пуске постепенно шунтируют и тем самым обеспечивают плавный пуск (разгон) двигателя. Большое количество пусковых ступеней увеличивает плавность пуска, но вместе с этим делает более сложной (а, следовательно, менее надежной) схему управления. Поэтому в схемах релейно-контактного управления обычно выбирают от двух до четырех пусковых ступеней.

Существует много различных методов расчета пусковых сопротивлений. Рассмотрим наиболее распространенные из них.

Пуск двигателя постоянного тока с независимым параллельнымвозбуждением

Для определения количества и величины ступеней пусковых сопротивлений можно воспользоваться графоаналитическим методом, при котором на основании естественной электромеханической характеристики  строят пусковую диаграмму двигателя (рис.11). Для построения пусковой диаграммы необходимо задаться максимальным пусковым током

и током переключения (минимальным пусковым током)

 

Общее сопротивление цепи якоря в момент пуска определится из выражения

где rН – пусковое сопротивление.

При построении пусковой диаграммы выход на естественную характеристику (точка к) должен сопровождаться броском тока равным значению I1. В противном случае необходимо задаться новыми значениями токов I1 и I2 и построить пусковую диаграмму при новых условиях пуска.

Из пусковой диаграммы двигателя находится количество (у нас три) и значения сопротивлений пусковых ступеней. Для Ф = const и тока I1 = const можно записать:

Таким образом, отрезок аБ, по построению равный ω0, в некотором масштабе представляет собой общее сопротивление якорной цепи RОБЩ, т.е.

откуда масштабный коэффициент

Из пусковой диаграммы с помощью масштабного коэффициента mR определяются сопротивления пусковых ступеней:

Тогда, очевидно, .

Для проверки расчета можно использовать соотношение

Тепловая модель двигателя. Стандартные режимы

В тепловом отношении электрическая машина – сложный объект: она неоднородна по материалу, имеет рассредоточенные внутренние источники тепла, интенсивность которых зависит от режима, теплоотдача зависит от скорости и т.п. Именно эта сложность побуждает пользоваться на практике для относительно грубых оценок предельно простой моделью, построенной в предположении, что машина – однородное тело с постоянной теплоемкостью С, Дж/°С, с одинаковой  температурой во всех точках J, с теплоотдачей во внешнюю среду Аt, пропорциональной коэффициенту теплоотдачи А, Дж/с×°С, и разности t температуры машины J и окружающей среды Jос , т.е. t  = J - Jос, °С.

Тогда уравнение теплового баланса для некоторого интервала времени dt будет

.                                                                           (7.1)

Разделив обе части на А dt, получим:

или

                                                                ,                                                                      (7.2)

где Tт = C/A  – тепловая постоянная времени;

tкон = DР/А – конечное (установившееся) значение превышения температуры.

Мы вновь обнаружили, как и в п. 5.2, что при одном накопителе энергии, в данном случае тепловой, переменная, характеризующая ее запас, изменяется по экспоненте, являющейся решением (7.2):

                                                                .                                     (7.3)

Уравнение (7.2) позволяет представить динамическую тепловую модель двигателя в виде передаточной функции

                                                                .                                           (7.4)

Отметим, что постоянная времени Тт, вообще говоря, - не постоянная: в начальной части нагрева, когда греются лишь активные части, главным образом медь обмоток, и тепло не успевает распространиться по всему телу машины, процесс идет быстрее, чем по (7.3), т.е. Тт¢ < Тт – пунктир на рис. 7.6.

Рис. 7.6. Характеристики нагревания – охлаждения

электрической машины

Пуск двигателя постоянного тока с последовательным и смешанным возбуждением Наиболее распространенным методом определения пусковых сопротивлений этих двигателей является метод лучевой диаграммы

Пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором Различают прямой пуск и пуск при пониженном напряжении. Прямой пуск асинхронных двигателей возможен в тех случаях, когда он вызывает провал напряжения питающей сети не более чая 15% UH. В противном случае надо осуществлять пуск при пониженном напряжении

Регулирование скорости двигателей постоянного тока Для электроприводов тележки грузоподъемных механизмов обычно используются двигатели параллельного возбуждения, и заданные режимы работы они обеспечивают на естественной или реостатных характеристиках.

Динамическое торможение асинхронных двигателей Наибольшее распространение в грузовых электроприводах имеет, очевидно, торможение асинхронных двигателей противовключением, которое не требует дополнительных устройств, а осуществляется переключением на обратное вращение. Однако наряду с этим способом достаточно широкое применение находит и динамическое торможение.

Переходные режимы и их влияние на работу электропривода При неизменных управляющем и возмущающем воздействиях система обычно находится в равновесном состоянии, т.е. работает с постоянной скоростью. Такой режим называется установившимся. Изменение электромагнитного или статического момента вызывает появление так называемого избыточного, или динамического, момента, который в зависимости от его знака вызывает разгон или затормаживание электропривода. Процесс перехода электропривода от одного установившегося состояния (режима) к другому носит название переходного процесса (режима).


Составление схемы электропривода