Дисциплина : Автоматизированный электрический привод Лекция № 4

В ДВИГАТЕЛЬНОМ И ТОРМОЗНЫХ РЕЖИМАХ


Доцент кафедры к. т. н.
ГОРПИНЧЕНКО

Александр Владимирович

СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И СЕТИ»

двигательном режиме.
2. Механические характеристики ЭД независимого возбуждения при уменьшении магнитного

потока.
3. Механические характеристики ЭД независимого возбуждения при изменении напряжения питания.
4. Механические характеристики ЭД независимого возбуждения в тормозных режимах.

1

ВОПРОСЫ

ЛИТЕРАТУРА

М.Г.Чиликин, А.С.Сандлер
«Общий курс электропривода», стр. 29…31, 58...65.

от разных, независимых друг от друга источников напряжения U и

Uв, что позволяет отдельно регулировать напряжение на якоре двигателя и на обмотке возбуждения и выполнять их на разное номинальное напряжение.







Рисунок 1. Схема включения двигателя постоянного тока независимого возбуждения

двигательному режиму работы, когда электрическая энергия потребляется двигателем из сети

и преобразуется в механическую энергию, мощность которой равна Р = М ∙ Ω.
Аналитическое выражение механической характеристики может быть получено из уравнения равновесия напряжений для цепи якоря ЭД (рис 1).
В установившемся режиме работы ЭД напряжение U уравновешивается ЭДС (наведенной в якоре) Е и падением напряжения на сопротивлениях цепи якоря.
U = E +Ia R , (1)
 где: Ia - ток в якорной цепи двигателя, А
R = Ra+ Rд - суммарное сопротивление якорной цепи, Ом.
ЭДС определяется: Е = k ∙ Ω ∙ Ф, (2)

где: – конструктивный коэффициент (р – число пар полюсов двигателя; N - число активных проводников обмотки якоря;
а — число пар параллельных ветвей обмотки якоря);
Ф — магнитный поток двигателя, Вб
Ω — угловая скорость двигателя, рад/с.

(3)
Уравнение (3) представляет собой зависимость скорости двигателя от тока якоря. Такую зависимость Ω=f(I) называют электромеханической характеристикой двигателя.
Для получения уравнения механической характеристики необходимо найти зависимость скорости от момента двигателя.
Момент, развиваемый двигателем, связан с током якоря и магнитным потоком простой зависимостью, а именно:
  М = k∙Ф∙Iа (4)
Откуда , подставив его в уравнение (3) получим выражение

для механической характеристики:

(5)

якоря) уравнение (5) представляет собой уравнение прямой линии в координатах

Ω и М (рис. 2).
  Ω = a – вМ (6)










Рисунок 2

 При М = 0 имеем холостой ход ЭД и соответственно скорость

– скорость идеального холостого хода.

U=E0= k∙ Ω0∙Ф .

Второй член выражения

(5) характеризует перепад скорости Ω относительно скорости идеального холостого хода Ω0 – ΔΩ
(7)

Коэффициент характеризует крутизну

механической характеристики, т.е. определят её жесткость.
Таким образом Ω = Ω0 – ΔΩ = Ω0 – tgα ∙ M (8)
Из выражения видно, что при неизменных
Ф и Rа крутизна, а значит и жесткость характеристик зависит только от величины Rд.

отсутствии внешних резисторов в якорной цепи и номинальных значениях напряжения

и магнитного потока двигателя.

Характеристики, получаемые при Rд > 0 называются искусственными (реостатными) характеристиками.

хода) при М = 0.

Наклон же характеристик будет зависеть от

Rд (чем больше значение Rд, тем мягче характеристика).

ЭД параллельного возбуждения имеет аналогичные электромеханические и механические характеристики если ЭД получает питание от мощной сети (U = сonst) и при пренебрежении реакцией якоря (Ф = сonst).

.
Из выражения механической характеристики следует, что при
уменьшении потока Ф

скорость идеального хх возрастает
также возрастает и крутизна механической характеристики










Рисунок 4.

2. Механические характеристики ЭД независимого возбуждения
при уменьшении магнитного потока.

=0 и Е = k∙Ф∙Ω = 0) и не зависит

от Ф,

поэтому момент стоянки Мк = k ∙ Ф ∙ Iк пропорционален Ф.
 
Уменьшение Ф можно использовать для регулирования Ω. По оси моментов всё семейство механических характеристик может быть разбито на 3-и зоны:
– I-я зона. При Ф↓ Ω↑ возможно регулирование Ω ослаблением потока Ф.

– II-я зона. Ф = var не приводит к существенным изменению Ω .

– III-я зона. В ней лежат значения моментов, при которых Ф↓ и вызывает Ω ↓ (зона опрокидывания регулирования).

этом скорость будет изменяться пропорционально U:

, а крутизна характеристик будет неизменна, так как

не зависит от U.


Изменением U можем регулировать Ω.






Рисунок 5.

3. Механические характеристики ЭД независимого возбуждения
при изменении напряжения питания.

тормозных режимов с соответствующей механической характеристикой.
Различают следующие тормозные режимы:
1) генераторное

торможение с отдачей энергии в сеть
(рекуперативное торможение);

2) торможение противовключением;

3) динамическое торможение.
 
Рассмотрим механические характеристики ЭД независимого возбуждения в тормозных режимах.

4. Механические характеристики ЭД независимого возбуждения
в тормозных режимах.

оказывается выше скорости идеального холостого хода: Ω > Ω0 .

В этом случае двигатель начинает работать в режиме генератора, преобразовывая механическую энергию со стороны рабочего механизма в электрическую и отдавая её в сеть.
Ток изменяет своё направление, так как при Ω > Ω0 E > U.

, следовательно, изменяется знак и момент ЭД, т.е. он становится тормозным: М = – k∙Ф∙Iа.

(9)
Характеристика является продолжением характеристики двигательного режима во 2-м квадранте.

Генераторное торможение возможно в подъёмных механизмах при спуске груза и является весьма экономичным, так как сопровождается отдачей энергии в сеть.

момента или сил инерции двигатель вращается в сторону противоположную действию

электромагнитного момента.
Это может происходить, в приводе подъёмника. Когда двигатель включен на подъём, а момент развиваемый грузом заставляет привод вращаться в сторону спуска груза.
Такой же режим получается и при переключении обмотки двигателя для быстрой остановки на противоположное направление вращения.
В первом случае (если при подъёме груза включить в цепь якоря резистор R ) торможение осуществляется по стрелке
А → а → b → c (рис.7) до установившейся скорости спуска в точку с, где Мт = Мс (прямая 2). Уравнение механической характеристики при этом имеет вид, как и для двигательного режима
(10)

, т.е. увеличится по сравнению с двигательным режимом.

На рис. 8 (а, б) схематически показаны физические величины, характеризующие этот тормозной режим.

включением резистора Rт , то характеристика изображается прямой (3) на

рис. 7.
Торможение осуществляется по стрелке A→ a → d → е.
В точке «е» ЭД необходимо отключить от сети, иначе произойдёт реверс.
Для этого случая уравнение механической характеристики будет
(11)

якоря от сети и включением её на тормозной резистор Rт

.
Двигатель начинает работать в режиме генератора независимого возбуждения, преобразовывая запасённую кинетическую энергию в электрическую, которая расходуется на нагрев обмотки якоря и резистора Rт. (рис.10).










Рисунок 10

рис.7.
(12)
Ток якоря определяется по формуле

при этом Мт

= – k∙Ф∙Iа.
Торможение осуществляется по стрелке А → f → 0 (рис.7)

 







Рисунок 11