Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

ДПТ последовательного возбуждения

ДПТ последовательного возбуждения

В этом двигателе обмотка возбуждения включена последова­тельно в цепь якоря (рис. 29.9, а), поэтому магнитный поток Ф в нем зависит от тока нагрузки I = Ia = Iв. При небольших нагрузках магнитная система машины не насыщена и зависимость магнитно­го потока от тока нагрузки прямо пропорциональна, т. е. Ф = kф Ia (kф — коэффициент пропорциональности). В этом случае найдем электромагнитный момент:

Формула частоты вращения примет вид

На рис. 29.9, б представлены рабочие характеристики M = F(I) и n= (I) двигателя последовательного возбуждения. При больших нагрузках наступает насыщение магнитной системы двигателя. В этом случае магнитный поток при возрастании нагрузки практически не изменяется и характеристики двигате­ля приобретают почти прямолинейный характер. Характери­стика частоты вращения двигателя последовательного возбуж­дения показывает, что частота вращения двигателя значительно меняется при изменениях нагрузки. Такую характеристику принято называть мягкой.

Рис. 29.9. Двигатель последовательного возбуждения:

а — принципиальная схема; б — рабочие характеристики; в — механические характеристики; 1 — естественная характеристика; 2 — искусственная характе­ристика

При уменьшении нагрузки двигателя последовательного воз­буждения частота вращения резко увеличивается и при нагрузке меньше 25% от номинальной может достигнуть опасных для дви­гателя значений («разнос»). Поэтому работа двигателя последова­тельного возбуждения или его пуск при нагрузке на валу меньше 25% от номинальной недопустима.

Для более надежной работы вал двигателя последовательного возбуждения должен быть жестко соединен с рабочим механиз­мом посредством муфты и зубчатой передачи. Применение ремен­ной передачи недопустимо, так как при обрыве или сбросе ремня может произойти «разнос» двигателя. Учитывая возможность ра­боты двигателя на повышенных частотах вращения, двигатели по­следовательного возбуждения, согласно ГОСТу, подвергают ис­пытанию в течение 2 мин на превышение частоты вращения на 20% сверх максимальной, указанной на заводском щите, но не меньше чем на 50% сверх номинальной.

Механические характеристики двигателя последовательного возбуждения n=f(M) представлены на рис. 29.9, в. Резко падающие кривые механических характеристик (естественная 1 и искус­ственная 2) обеспечивают двигателю последовательного возбуж­дения устойчивую работу при любой механической нагрузке. Свойство этих двигателей развивать большой вращающий момент, пропорциональный квадрату тока нагрузки, имеет важное значе­ние, особенно в тяжелых условиях пуска и при перегрузках, так как с постепенным увеличением нагрузки двигателя мощность на его входе растет медленнее, чем вращающий момент. Эта особенность двигателей последовательного возбуждения является одной из причин их широкого применения в качестве тяговых двигателей на транспорте, а также в качестве крановых двигателей в подъем­ных установках, т. е. во всех случаях электропривода с тяжелыми условиями пуска и сочетания значительных нагрузок на вал двига­теля с малой частотой вращения.

Номинальное изменение частоты вращения двигателя после­довательного возбуждения

где n[0,25] — частота вращения при нагрузке двигателя, составляю­щей 25% от номинальной.

Частоту вращения двигателей последовательного возбуждения можно регулировать изменением либо напряжения U, либо маг­нитного потока обмотки возбуждения. В первом случае в цепь якоря последовательно включают регулировочный реостат Rрг (рис. 29.10, а). С увеличением сопротивления этого реостата уменьшаются напряжение на входе двигателя и частота его вра­щения. Этот метод регулирования применяют главным образом в двигателях небольшой мощности. В случае значительной мощно­сти двигателя этот способ неэкономичен из-за больших потерь энергии в Rрг . Кроме того, реостат Rрг , рассчитываемый на рабочий ток двигателя, получается громоздким и дорогостоящим.

При совместной работе нескольких однотипных двигателей частоту вращения регулируют изменением схемы их включения относительно друг друга (рис. 29.10, б). Так, при параллельном включении двигателей каждый из них оказывается под полным напряжением сети, а при последовательном включении двух дви­гателей на каждый двигатель приходится половина напряжения сети. При одновременной работе большего числа двигателей воз­можно большее количество вариантов включения. Этот способ регулирования частоты вращения применяют в электровозах, где установлено несколько одинаковых тяговых двигателей.

Изменение подводимого к двигателю напряжения возможно при питании двигателя от источника постоянного тока с регулируемым напряжением (например, по схеме, аналогичной рис. 29.6, а). При уменьшении подводимого к двигателю напряжения его механические характеристики смещаются вниз, практически не меняя своей кривизны (рис. 29.11).

Читать еще:  Датчик температуры двигателя грейт вол сейф

Рис. 29.11. Механические характеристики двигателя последовательного возбуждения при изменении подводимого напряжения

Регулировать частоту вращения двигателя изменением маг­нитного потока можно тремя способами: шунтированием обмотки возбуждения реостатом rрг, секционированием обмотки возбужде­ния и шунтированием обмотки якоря реостатом rш. Включение реостата rрг, шунтирующего обмотку возбуждения (рис. 29.10, в), а также уменьшение сопротивления этого реостата ведет к сниже­нию тока возбуждения Iв = Ia — Iрг, а следовательно, к росту частоты вращения. Этот способ экономичнее предыдущего (см. рис. 29.10, а), применяется чаще и оценива­ется коэффициентом регули­рования

Обычно сопротивление рео­стата rрг принимается таким, чтобы kрг >= 50%.

При секционировании об­мотки возбуждения (рис. 29.10, г) отключение части витков об­мотки сопровождается ростом частоты вращения. При шунти­ровании обмотки якоря реоста­том rш (см. рис. 29.10, в) увели­чивается ток возбуждения Iв = Ia+Iрг, что вызывает уменьшение частоты вращения. Этот способ регулирования, хотя и обеспечивает глубокую регулировку, неэкономичен и применяется очень редко.

Рис. 29.10. Регулирование частоты вращения двигателей последователь­ного возбуждения.

Механические характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения в двигательном режиме

Для электродвигателя последовательного возбуждения, принципиальная схема включения которого представлена на рис. 4.1, уравнение электромеханической характеристики, так же как и для двигателя независимого возбуждения, имеет вид

, (4.1)

где – суммарное сопротивление якорной цепи, состоящее из сопротивления обмотки якоря, обмотки возбуждения и сопротивления внешнего резистора х.

Рисунок 4.1 – Схема включения двигателя постоянного тока последовательного возбуждения.

В отличие от двигателя независимого возбуждения здесь магнитный поток является функцией тока якоря . Эта зависимость носит название кривой намагничивания (рис. 4.2). Так как нет точного аналитического выражения для кривой намагничивания, то трудно дать и точное аналитическое выражение для механической характеристики двигателя последовательного возбуждения.

Если для упрощения анализа пренебречь насыщением магнитной системы и предположить линейную зависимость между потоком и током якоря , то момент двигателя

. (4.2)

Подставив в равенство для угловой скорости двигателя значение тока из (4.2), получим выражение для механической характеристики

. (4.3)

Отсюда следует, что при ненасыщенной магнитной цепи двигателя механическая характеристика изображается кривой (рис. 4.3), для которой ось ординат является асимптотой. Особенностью механической характеристики двигателя последовательного возбуждения является ее большая крутизна в области малых значений момента.Значительное увеличение угловой скорости при малых нагрузках обусловливается соответствующим уменьшением магнитного потока.

Рисунок 4.2 – Кривая намагничивания двигателя постоянного тока последовательного возбуждения.

Рисунок 4.3 – Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока последовательного возбуждения.

Уравнение (4.3) дает лишь общее представление о механической характеристике двигателя последовательного возбуждения. При расчетах этим уравнением пользоваться нельзя, так как машин с ненасыщенной магнитной системой обычно в современной практике не строят. Вследствие того, что действительные механические характеристики сильно отличаются от кривой, выраженной уравнением (4.3), построение характеристик приходится вести графо-аналитическими способами. Обычно построение искусственных характеристик производится на основании данных каталогов, где приводятся естественные характеристики и .

Для серии двигателей определенного типа эти характеристики могут быть даны в относительных единицах и . Такие характеристики, называемые универсальными, представлены на рис. 4.4.

В каталогах дается зависимость момента па валу двигателя от тока. При построении механических характеристик принимается зависимость угловой скорости от электромагнитного момента. Это практически допустимо ввиду небольшой разницы между электромагнитным моментом и моментом на валу.

Рисунок 4.4 – Зависимость момента и угловой скорости от тока якоря двигателя постоянного тока последовательного возбуждения (в относительных единицах).

Для построения искусственных (реостатных) характеристик можно воспользоваться следующим методом.

Уравнение естественной характеристики

, (4.4)

где , или

. (4.5)

В случае включения в якорную цепь дополнительного резистора двигатель будет работать на реостатной характеристике, для которой

. (4.6)

При делении (4.5) на (4.4) получим

, (4.7)

. (4.8)

или в относительных единицах

, (4.9)

где – суммарное сопротивление якорной цепи в относительных единицах; ; и .

Порядок построения реостатной характеристики сводится к тому, что, задаваясь некоторыми произвольными значениями тока , по имеющейся естественной характеристике находят . Затем по (4.9) при определенном (для которого строится реостатная характеристика) и том же определяют искомое значение . Таким же образом для других значений определяют искомые значения скорости , и т. д. На рис. 4.5 показаны естественная характеристика двигателя последовательного возбуждения и реостатная , построенные по указанному методу. Пользуясь кривой (рис. 4.4) и электротехническими характеристиками, легко построить механические характеристики двигателя .

Читать еще:  Волга с крайслеровским двигателем глохнет на холостых

На рис. 4.6 приведены естественная и реостатные механические характеристики двигателя последовательного возбуждения, построенные в относительных единицах. С увеличением сопротивления скорость двигателя при том же моменте уменьшается и характеристика смещается вниз. Жесткость характеристики уменьшается с ростом дополнительного сопротивления в якорной цепи.

Рисунок 4.5 – Естественная и реостатная электромеханические характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения (в относительных единицах).

Рисунок 4.6 – Естественная и реостатные механические характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения (в относительных единицах).

Особенностью механических характеристик рассматриваемого двигателя является невозможность получения режима идеального холостого хода. При нагрузке ниже 15-20 % номинальной работа двигателя практически недопустима из-за чрезмерного увеличения скорости якоря.

Исследование характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Задание 1

Исследование статических и динамических характеристик в одномассовой электромеханической системе с двигателем постоянного тока независимого возбуждения

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения подключен по схеме, приведенной на рис. 1.

Вышеприведенная система математически описывается системой дифференциальных уравнений:

где U я , U в , – напряжение на обмотке якоря и возбуждения (ОВД),

i я , i в , – ток якоря и обмотки возбуждения,

R я  , R в – сопротивление якоря и обмотки возбуждения,

L я , L в – индуктивность якоря и обмотки возбуждения,

Ф – магнитный поток обмотки возбуждения,

K – конструктивный коэффициент,

М – электромагнитный момент двигателя,

М с — момент статического сопротивления двигателя,

J  — момент инерции двигателя,

По приведенным уравнениям составим математическую модель двигателя постоянного тока независимого возбуждения ( рис. 2).

Исходные данные для двигателя П 61 мощности P Н = 11 кВт:

номинальное напряжение питания U н =220 В,

номинальная скорость вращения n = 1500 об/мин,

номинальный ток в цепи якоря I я. н. = 59,5 А,

сопротивление цепи якоря R Я  = 0,187 Ом,

сопротивление обмотки возбуждения R В = 133 Ом,

число активных проводников якоря N = 496,

число параллельных ветвей якоря 2 a = 2,

число витков полюса обмотки возбуждения w в =1800,

полезный магнитный поток одного полюса Ф = 8,2 мВб,

номинальный ток возбуждения обмотки возбуждения

максимальная допускаемая частота вращения 2250 об/мин,

момент инерции якоря J 1 = 0,56 кг  м 2 ,

двигатель двухполюсный 2 P n =2,

масса двигателя Q = 131 кг.

Произведем необходимые расчеты.

Конструктивный коэффициент двигателя

Постоянная времени цепи возбуждения

Постоянная времени цепи якоря

Коэффициент К ф

Все полученные данные подставляем в структурную схему (рис. 2) и проведем ее моделирование с помощью программного пакета Matlab . Величины U я = U в = U с подаются на входы схемы ступенчатым воздействием. На выходе снимаем значение скорости вращения двигателя  1 . Динамическая характеристика двигателя (график изменения скорости  1 ( t ) при номинальных параметрах и М с =0) изображена на рис. 3. График показывает выход скорости на установившееся значение при включении двигателя.

График изменения скорости КФ( t ) приведен на рис. 4.

Рис. 3 – Переходная характеристика для одномассовой

системы в режиме холостого хода.

Рис. 4 – Процесс изменения КФ( t ).

Из графика находим:

Расчетное значение:

Как мы видим, расчетное значение значительно отличается от значения, полученного экспериментально при моделировании системы. Это объясняется тем, что расчеты мы выполняли по эмпирическим формулам и не учли все параметры модели. Однако для нас наиболее важно получить качественные характеристики, а не количественные. А это наша модель позволяет сделать.

Статическая характеристика двигателя – это изменение установившейся скорости вращения двигателя  1 при изменении тока якоря I я (электромеханическая характеристика) или нагрузки М с (механическая характеристика). Для получения электромеханической характеристики последовательно изменяют I c =0, I н А и снимают установившееся значение скорости  1 . По полученным значениям строят график.

Читать еще:  Что такое система охлаждения двигателя конденсатор

Таким образом получают естественную электромеханическую характеристику. Искусственные электромеханические характеристики получают при изменении U c , R я и Ф. Зависимость  1 от этих величин описывается формулой: Итак, значение  1 при I c =0, нами уже получено ранее (см. рис. 3). Теперь мы изменяем значение I c , которое становится равным I н =59,5 А и получаем переходный процесс (см. рис. 5).

Из графика находим:

.

Естественная электромеханическая характеристика приведена на рис. 6.

Для получения механической характеристики последовательно изменяют М с =0, М н Нм и снимают установившееся значение скорости  1 . По полученным значениям строят график. Таким образом получают естественную механическую характеристику. Искусственные механические характеристики получают при изменении U c , R я и Ф.

Зависимость  1 от этих величин описывается формулой:

.

Итак, значение  1 при М с =0, нами уже получено ранее (см. рис. 3). Теперь мы изменяем значение М с , которое становится равным М н =КФ I н .

Электромеханические и механические характеристики двигателей постоянного тока независимого возбуждения (дпт нв)

Электромеханические и электромагнитные процессы в ДПТ НВ (рисунок 1) описываются уравнениями электрического равновесия (Кирхгофа) цепей якоря и обмотки возбуждения, а также уравнением электромагнитного момента:

(2.1)

Из совместного решения системы уравнений (2.1) получаем уравнение электромеханической характеристики ω = f(I)

(2.2)

и уравнение механической характеристики ω = f(M)

. (2.3)

В установившемся режиме работы привода

,

и уравнения 2, 3 приобретают вид

(2.4)

(2.5)

Характеристики, построенные при номинальных значениях напряжения и потока и Rдоб =0, называются естественными, при UЯ ≠ UН, Ф ≠ ФН или Rдоб ≠ 0 – искусственными электромеханическими или механическими характеристиками. Характерными точками электромеханической характеристики (рисунок 2) являются точки идеального холостого хода (I = 0, ω = ω = UН/kФН), короткого замыкания (I = IК = UН/RЯΣ, ω = 0) и номинального режима (IЯ = IН, ω = ωН). По любой паре из этих координат можно построить характеристику.

Используя введенные значения жесткости характеристик

; (2.6)

можно записать следующие выражения для электромеханических и механических характеристик:

; ; (2.7)

Режимы работы привода, приведенные на рисунке 2, поясняются ниже.

В двигательном режиме работы (рисунок 3) ЭД потребляет энергию из электрической сети и передает на вал механическую энергию. В режимепротивовключения (рисунок 4) ЭД потребляет энергию, накопленную механизмом, и рассеивает в элементах двигателя и добавочных сопротивлениях. В режиме рекуперативного (генераторного) торможения (рисунок 5) ЭД потребляет энергию, накопленную механизмом, и передает ее в электрическую сеть.

Лекция 3Искусственные электромеханические и механические характеристики дпт нв. Режимы торможения дпт нв

Цель: изучить влияние на механические характеристики и режимы работы ЭП различных параметров

ПриRдоб ≠0 получаем искусственные реостатные электромеханичеcкие характеристики. Увеличение в (2.4, 2.5) RЯΣ приводит к уменьшению величины тока короткого замыкания (IК = UН/RЯΣ) при неизменной скорости холостого хода ω = UН/kФН (рисунок 3.1). При неизменном магнитном потоке Ф = ФН, механические характеристики будут аналогичны эл.механическим.

Магнитный поток машины можно изменять только в сторону уменьшения. При этом скорость холостого хода ω = UН/kФН возрастает при неизменном значении тока короткого замыкания IК = UН/RЯΣ (рисунок 3.2 – электромеханическая характеристика при Ф — var). Момент короткого замыкания МК =kФIК при Ф — var снижается. Механическая характеристика изображена на рисунке 3.3.

Напряжение, подаваемое на якорьмашины, можно изменять только в сторону уменьшения от номинального значения. При этом пропорционально напряжению снижаются и скорость холостого хода ω = UН/kФН , и значение тока короткого замыкания IК = UН/RЯΣ (рисунок 3.4 – электромеханическая характеристика при U — var). Момент машины М = kФI при Ф — const пропорционален току якоря и механическая характеристика имеет аналогичный вид.

В соответствии с рассмотренными режимами работы электропривода, следует выделить следующие способы торможения ДПТ НВ:

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector