Vikupautomsk.ru

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

Расчет механической характеристики асинхронного электродвигателя для работы в составе приводов буровых установок

Расчет механической характеристики асинхронного электродвигателя для работы в составе приводов буровых установок

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 15.09.2020 2020-09-15

Статья просмотрена: 64 раза

Библиографическое описание:

Филин, В. А. Расчет механической характеристики асинхронного электродвигателя для работы в составе приводов буровых установок / В. А. Филин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 38 (328). — С. 15-19. — URL: https://moluch.ru/archive/328/73610/ (дата обращения: 30.08.2021).

В статье представлен расчет механической характеристики асинхронного электродвигателя в составе буровой установки. Целью работы является построение механической характеристики асинхронного электродвигателя с помощью программы. В ходе работы выполняется построение зависимостей частоты вращения от момента, зависимостей момента от скольжения на основе аналитического метода и математического моделирования.

Ключевые слова: асинхронный двигатель, механическая характеристика, электрический привод.

Ярко выраженной тенденцией производства электроприводов буровой установки является все более широкое применение асинхронных двигателей (АД). [6] Во многом это связанно с конструктивными особенностями АД, а именно простая конструкция, низкая стоимость из-за небольшого количества цветного металла, неприхотливые эксплуатационные условия. Основным соображением для проектировщика асинхронного двигателя является конструкция двигателя с высоким пусковым моментом, лучшим КПД и коэффициентом мощности.

Но требования к энергоэффективности из года в год ужесточаются, что заставляет производителей идти на вынужденную модернизацию имеющихся моделей либо проектировать абсолютно новые. Для правильной эксплуатации двигателя силового привода важно знать, как будут меняться его основные параметры, т. е. крутящий момент М, частота вращения n и мощность N, в зависимости от нагрузки и изменения напряжения и частоты тока в питающейся сети.

Расчет механической характеристики возможно произвести тремя способами: аналитический методом, на основе формул и зависимостей, построение математической модели, экспериментальное исследование.

Основные параметры АД при частоте сети 50 Гц

Наименование параметра

Значение параметра

Полезная мощности, кВт

Частота вращения (синхронная), об/мин

Частота вращения, об/мин

Отношение макс. момента к номинальному, о.е.

Моменты, создаваемые двигателем и исполнительным органом рабочей машины, могут иметь разные значения при различных частотах вращения. При выборе электродвигателя необходимо, чтобы его электромеханические свойства соответствовали технологическим требованиям приводимой им рабочей машины. К электромеханическим свойствам в первую очередь относится механическая характеристика. Механической характеристикой электродвигателя называют зависимость между частотой вращения вала двигателя и развиваемым им n = f(М) . Вместо частоты вращения вала n можно записать ω = f(М) , так как эти величины пропорциональны ω = πn/30 . [1] Под скольжением подразумевается величина в относительных единицах, которая характеризует отставание скорости вращения ротора от синхронной скорости вращения поля статора, создаваемого трехфазной обмоткой [2]

Скольжением асинхронной машины выражается отношением:

Электромагнитный момент М на валу асинхронной машины пропорционален величине магнитного потока и активной составляющей тока в обмотке ротора, которая зависит от величины скольжения.

где m — число фаз обмотки статора; U — фазное напряжение сети; R c -активное сопротивление фазы обмотки статора; R p — активное сопротивление фазы обмотки ротора, приведённое к статору; Х с — индуктивное сопротивление фазы обмотки статора; Х р — индуктив­ное сопротивление фазы обмотки ротора, приведённое к статору.

Критическое скольжение по параметрам обмоток двигателя определяется по формуле

Подставив (2) и (3) получим выражение для определения критического момента

Номинальный момент АД (Н∙м) вычисляется по формуле

где P ном — номинальная мощность двигателя, n ном — номинальная частота вращения.

Для расчета механической характеристики АД мощностью более 100 кВт пользуются упрощенной формулой Клосса.

Значение пускового момента АД можно определить постановкой s = 1 в формулу (2) или по данным каталога, используя формулу M п = K м M ном , где K м — кратность пускового момента по отношению к номинальному.

Уравнения (6) в достаточной мере описывает механические свойства АД. В асинхронных электродвигателях с короткозамкнутым ротором в той или иной мере наблюдается явление вытеснения тока в стержнях ротора, в связи с чем их параметры непостоянны и механические характеристики значительно отличаются от характеристик, рассчитанных по формулам Клосса. В частности, у некоторых электродвигателей с КЗ ротором при малых скоростях вращения наблюдается снижение момента, вызванное влиянием высших гармоник поля. [3]

Численные расчетные значения вращающегося момента

s , о.е

М расч , кН∙м

n , об/мин

Выдвигаем гипотезу, что при математическом моделировании будет более высокая точность расчета механической характеристики.

Для достижения поставленных задач воспользуемся пакетом прикладных программ Elcut Студенческая версия. Elcut — это программное обеспечение для моделирования мультифизических задач. К его преимуществам относятся довольно простой процесс моделирования, дружественный интерфейс и незначительное потребление ресурсов. Также стоит отметить: это ПО является продуктом отечественной компании, что благоприятно сказывается на его доступности в условиях сложной политической обстановки. [5]

Расчет машины проводился методом конечных элементов. В основе электромагнитного расчета лежит модель, включающая в себя геометрию машины, магнитные и электрические свойства её активных материалов, режимные параметры и действующие нагрузки. В ходе расчёта определяются индукции и токи в сечениях модели. Затем определяются силы и моменты, а также энергетические показатели. [4]

Численные моделируемые значения вращающегося момента

s , о.е

М мод , кН∙м

n , об/мин

Рис. 1. Механическая характеристика асинхронного двигателя

В результате моделирования получен график зависимости медной обмотки статора и ротора (рис 2.). Программа выполняет расчет сил и моментов. Полученные значения переносим в MS Excel, так как функционал программы не позволяет работать с графиками. Итоговый вариант представлен на рис. 1. Электромагнитное поле создается током, протекающим в трехфазной обмотке статора. При изменении фазы тока наблюдается изменение плотности тока в обмотке ротора. На основании изменения фазы тока в обмотке статора, меняется плотность тока. В связи с выше сказанным, можно сделать вывод о правильности построения модели.

В ходе построения механических характеристик двумя способами совпадают до значения номинального момента. Последующим наиболее значимым отклонением является пусковой и критический момент.

Пусковой момент полученный при моделировании составляет М мод = 9,35 кН∙м что меньше расчетного пускового момента М расч = 11,14 кН∙м . Критическое скольжение отличается s к.рас = 0,131 , s к.мод = 0,159 . Предполагаю, что из-за эффекта вытеснения тока, связанного с влиянием высших гармоник поля.

Читать еще:  Что представляет из себя турбированный двигатель

Рис. 2. Построение механической характеристики в Elcut

В статье представлено построение механической характеристики асинхронного электродвигателя двумя методами: аналитический и математическое моделирование. Примером был выбран АД используемый в приводе трансмиссионного вала буровой установки.

В ходе расчетов были выявлены следующие последовательности: разница номинального момента между аналитическим и моделированным показателем составляет 3 %, критический момент — 2,9 %. В свою очередь пусковой момент — 16 %. Малое значение пускового момента оказывает влияние на величину критического момента.

На основании этого можно сделать вывод, что механическая характеристика АД, полученная в процессе моделирования, соответствует теории и является более корректной, чем характеристика, построенная аналитическим методом.

Приведите вывод уравнения электромеханической характеристики ДПТ параллельного возбуждения.

Выражение электромеханической характеристики двигателя может быть получено из уравнения равновесия напряжений, составленного для якорной цепи

U = I · R + Е = I · R + kфω, (2.1)

где U – приложенное к якорю напряжение; I – ток в якорной цепи; R = Rд + Rа – сопротивление якорной цепи, состоящее в общем случае из сопротивлений добавочного резистора Rд и якоря Ra = ra + rд.п. + rko; здесь ra, rд.п., rko – соответственно сопротивления обмотки якоря, дополнительных полюсов и компенсационной обмотки; ф – магнитный поток; ω – угловая частота вращения якоря двигателя; k – коэффициент, зависящий от конструктивных данных двигателя. Уравнение для угловой частоты вращения двигателя может быть определено из выражения (2.1):

Если учесть, что момент, развиваемый двигателем, связан с током якоря зависимостью М = kф · I, H·м, то, подставив значение тока из (2.3) в выражение (2.2), можно перейти от электромеханической характеристики ω = f ( I ) к механической – ω = f (M)

Коэффициент kф для двигателей с независимым возбуждением можно принять независящим от нагрузки, если пренебречь реакцией якоря, тогда при ω = const зависимость электромагнитного момента, согласно выражению (2.3), будет иметь вид прямолинейной зависимости (рис. 2.2).

Приведите механические характеристики асинхронного двигателя при частотном способе регулирования. Достоинства и недостатки.

Достоинствачастотного способа регулирования следующие:

 плавность регулирования и высокая жесткость механических характеристик, что позволяет регулировать скорость в широком диапазоне;

 экономичность регулирования, определяемая тем, что двигатель работает с малыми значениями абсолютного скольжения и потери в двигателе не превышают номинальных.

Недостаткамичастотного регулирования:

 сложность и высокая стоимость (особенно для приводов большой мощности) преобразователей частоты

 сложность реализации в большинстве схем режима рекуперативного торможения.

приведены механические характеристикиасинхронного двигателя при частотном регулировании: а) приU1/f1 = const; б) при U1/ 1f = const, где f1>f2>f3

Приведите естественную механическую характеристику асинхронного электродвигателя и отметьте на ней характерные точки.

Механической характеристикой двигателя называется зависимость частоты вращения ротора от момента на валу n = f (M2). Так как при нагрузке момент холостого хода мал, то M2 ≈ M и механическая характеристика представляется зависимостью n = f (M). Если учесть взаимосвязь s = (n1 — n) / n1, то механическую характеристику можно получить, представив ее графическую зависимость в координатах n и М (рис. 1).

Рис. 1. Механическая характеристика асинхронного двигателя n1- точка синхр.ск. вращен.эд М=0 Нм n1=60 f1/p w1=2Пf1/p

Nн-точка номинальной работы эд (Мн, nн,wн) wн=П nн/30 Мн=Рн/wн

Nк-точка мах или критическогомомента эд(Ммах=Мкр, nкр) Ммах=Мкр=Мкр*Мн Sкр=Sн(Мкр+ ) 4-я точка (Мтип, nтип) Мтип=Мтип1*Мн nтип=n1(1-Sтип) Sтип=0,84-0,86 5-я точка(Мп, nп) Sп1=1 Мп=Мп1*Мн

Дата добавления: 2018-02-15 ; просмотров: 1176 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Наблюдатель скорости вращения асинхронного двигателя

  • Авторы:Стариков А.В. 1 , Стрижакова Е.В. 1 , Беляева О.С. 1 , Карим Альтахер А.А. 2
  • Учреждения:
    1. Самарский государственный технический университет
    2. Ульяновский государственный технический университет
  • Выпуск: Том 28, № 4 (2020)
  • Страницы: 155-166
  • Раздел:Электротехника
  • URL:https://journals.eco-vector.com/1991-8542/article/view/61170
  • Цитировать

Полный текст

  • Аннотация
  • Полный текст
  • Об авторах
  • Список литературы
  • Дополнительные файлы
  • Статистика

Аннотация

Статья посвящена математическим основам создания бездатчиковых систем стабилизации скорости асинхронных двигателей со скалярным управлением. Существует большое количество применений электроприводов переменного тока, где требуется именно скалярное управление, а применение датчиков скорости невозможно по техническим или экономическим причинам. Большинство же современных наблюдателей скорости асинхронного двигателя предназначены для электроприводов с векторным управлением и базируются на решении дифференциальных уравнений с применением фильтров Калмана или адаптивной модели асинхронного двигателя. В статье рассматривается новый подход к созданию наблюдателя скорости, основанный на решении алгебраического уравнения механической характеристики асинхронного двигателя. Проанализировано изменение скорости ротора двигателя под действием момента нагрузки и вариации напряжения статора. Введен в рассмотрение коэффициент, связывающий скорость асинхронного двигателя с напряжением. Показано, что его величина зависит от начальных условий и момента нагрузки. Учтена нелинейная связь момента, развиваемого двигателем, с током статора. В результате найдена аналитическая зависимость, связывающая скорость асинхронного двигателя с действующими значениями напряжения и тока статора и частотой этих величин. Проведена оценка адекватности полученной формулы для расчета скорости асинхронного двигателя в системе скалярного частотного управления. Приведены результаты натурных экспериментов, которые показывают, что максимальная погрешность вычисления скорости по найденной аналитической зависимости не превышает 4,3 %. Сделан вывод о целесообразности применения полученной формулы в наблюдателе скорости асинхронного двигателя электропривода со скалярным управлением.

Ключевые слова

Полный текст

Создание электроприводов с асинхронными исполнительными двигателями, обладающих большим диапазоном регулирования, требует применения датчиков скорости. Однако существуют области применения, в которых установка датчиков скорости нецелесообразна по экономическим соображениям или вообще невозможна по конструктивным особенностям объекта автоматизации. Примером последнего являются погружные асинхронные двигатели в приводах центробежных насосов, применяемых для механизированной добычи нефти. В связи с этим актуальной задачей является косвенное измерение скорости асинхронного двигателя с помощью так называемых наблюдателей, которые фактически являются цифровыми вычислительными устройствами или алгоритмами.

Существует большое количество работ, посвященных проблеме создания наблюдателей скорости асинхронных двигателей [1–4]. Большинство из них базируется на векторном представлении таких величин, как напряжение, ток и потокосцепление и предназначено для создания бездатчиковых систем векторного управления асинхронными двигателями. Однако существует множество приложений, например при механизированной добыче нефти, транспортировке грузов ленточными конвейерами, охлаждении газа на компрессорных станциях, когда требуется скалярное управление и в то же время необходима информация о скорости вращения асинхронного двигателя. Действительно, при механизированной добыче нефти погружными центробежными насосами принципиально принимается линейный или квадратичный закон изменения напряжения в функции частоты, что прописано в нормативных документах и подразумевает скалярное управление асинхронным двигателем. С другой стороны, информация о скорости вращения ротора погружного двигателя позволяет выбрать оптимальное значение напряжения питания, получаемое от промысловой подстанции. В многодвигательных электроприводах ленточных конвейеров также имеется необходимость косвенного измерения скорости вращения, поскольку в этом случае можно избежать упругих колебаний ленты транспортера. Причем приводы конвейеров, как правило, не требуют большого диапазона регулирования скорости, поэтому применение векторного управления нецелесообразно.

Читать еще:  Штуцер вентиляции картера двигателя для чего он

В связи с этим целью проводимого исследования является получение аналитических зависимостей, позволяющих с определенной степенью точности рассчитать скорость вращения асинхронного двигателя при скалярном частотном управлении.

Обычно для создания бездатчиковых электроприводов используют наблюдатели состояния на основе фильтра Калмана или адаптивной модели асинхронного двигателя [1, 5–8]. В основу этих наблюдателей положены принципы решения дифференциальных уравнений, описывающих движение электрической машины переменного тока. При этом появляется необходимость многократного цифрового дифференцирования сигналов датчиков напряжений и токов, что значительно усложняет вычислительные процедуры и приводит к появлению ошибок расчета скорости, связанных с погрешностью первичных измерителей и квантованием сигналов по времени и уровню.

Поэтому для решения поставленной задачи предлагается использовать следующее упрощенное представление об изменении скорости асинхронного двигателя на основе его механических характеристик (рис. 1). Будем считать, что при вариации напряжения U 1 на статорной обмотке двигателя (без изменения частоты) критическая скорость ω k , соответствующая критическому скольжению, остается неизменной, а критический момент изменяется пропорционально квадрату напряжения [9–3]. Известно, что скорость идеального холостого хода ω 0 асинхронного двигателя при изменении напряжения остается неизменной [9–14]. Падение скорости вращения ротора относительно ω 0 разделим на две составляющие: Δ ω 1 – падение скорости под действием момента нагрузки; Δ ω 2 – изменение скорости вследствие уменьшения (или увеличения) напряжения статора на величину Δ U 1 .

Рис. 1. Механические характеристики асинхронного двигателя при изменении напряжения

Предположим, что участок механической характеристики асинхронного двигателя при изменении момента от 0 до номинального значения M n o m можно аппроксимировать линейной зависимостью. Тогда падение скорости под действием нагрузки будет подчиняться выражению

Δ ω 1 = ω 0 − ω n o m M L M n o m (1)

где M L – момент нагрузки;

ω n o m – номинальная скорость двигателя.

Статическое изменение скорости под действием вариации напряжения статора предлагается вычислять с помощью линеаризованной математической модели асинхронного двигателя [15]. Применение метода аналогии позволяет получить передаточную функцию двигателя по отношению к изменению фазного напряжения статора. При этом вводится в рассмотрение коэффициент передачи асинхронного двигателя по отношению к Δ U 1 :

k d u U 1 = Δ ω 2 Δ U 1 = A 71 A 65 + A 62 A 76 A 71 A 84 + A 63 A 76 (2)

где A 62 = 1 + B 2 − D F A B − C D + A 20 A 30 ;

A 63 = ψ 2 y 0 A 20 + ψ 2 x 0 1 + B 2 − D F 1 + B 2 T 2 ;

A 65 = A 30 1 + B 2 ψ 1 y 0 − B F ψ 2 x 0 − F ψ 2 y 0 + + 1 + B 2 − D F C − A B ψ 2 x 0 − A + B C ψ 2 y 0 ;

A 71 = 1 + B 2 − D F 2 + A 20 2 ;

A 76 = 1 + B 2 − D F 1 + B 2 ψ 1 x 0 − F ψ 2 x 0 + B F ψ 2 y 0 − − A 20 1 + B 2 ψ 1 y 0 − B F ψ 2 x 0 − F ψ 2 y 0 ;

A 76 = 1 + B 2 − D F 1 + B 2 ψ 1 x 0 − F ψ 2 x 0 + B F ψ 2 y 0 − − A 20 1 + B 2 ψ 1 y 0 − B F ψ 2 x 0 − F ψ 2 y 0 ;

A 84 = 1 + B 2 ψ 2 y 0 1 + B 2 ψ 1 y 0 − F ψ 2 y 0 − B F ψ 2 x 0 T 2 ;

B = 2 π T 1 f 10 Z p ;

D = L 0 L 1 ;
F = L 0 L 2 ;

A 20 = H − T 2 ω 00 1 + B 2 + B D F ;

T 1 = Δ R 1 L 2 / ; T 2 = Δ R 2 / L 1 – электромагнитные постоянные времени цепей статора и ротора;

Δ = L 1 L 2 / − L 0 2 ; L 1 и R 1 – индуктивность и активное сопротивление цепи статора;

L 2 / и R 2 / – приведенные индуктивность и активное сопротивление цепи ротора;

L 0 – взаимная индуктивность;

ω 00 и f 10 , – начальные значения угловой скорости вращения магнитного поля и частоты питающего напряжения;

ψ 1 x 0 , ψ 1 y 0 , ψ 2 x 0 и ψ 2 y 0 – начальные условия проекций потокосцеплений статора и ротора на вращающуюся вместе с магнитным полем систему координат 0 x y .

Формула (2) позволяет рассчитать коэффициент k d u U 1 по известным параметрам Т-образной схемы замещения асинхронного двигателя и начальным условиям ω 00 , f 10 , ψ 1 x 0 , ψ 1 y 0 , ψ 2 x 0 и ψ 2 y 0 , которые могут быть получены методом математического моделирования конкретного типа двигателя, например при номинальных значениях частоты, напряжения и момента нагрузки.

Отличительной особенностью асинхронного двигателя является то, что он представляет собой нелинейный объект управления. Поэтому коэффициент k d u U 1 будет изменять свое значение в зависимости от начальных условий, причем следует отметить, что он существенно зависит от момента нагрузки. Проведенные исследования показали, что при M L = 0 этот коэффициент также будет равен нулю. Предполагая линейную зависимость k d u U 1 от момента нагрузки M L , можно рассчитать изменение скорости вращения ротора двигателя при вариации напряжения статора по формуле

Δ ω 2 = k d u U 1 Δ U 1 M L M n o m (3)

где используется значение k d u U 1 , определенное при номинальном моменте нагрузки M n o m .

В то же время величина k d u U 1 зависит от частоты и действующего значения питающего напряжения U 1 , причем, как показывают исследования, эта зависимость нелинейна. Если в частотном преобразователе используется линейный закон регулирования напряжения в функции частоты

где k U 1 – коэффициент пропорциональности, то приближенно зависимость коэффициента k d u U 1 от f 1 можно аппроксимировать формулой

k d u U 1 = k d u . n o m U 1 f 1 n o m f 1 a + b f 1 (4)

где f 1 n o m – номинальная частота;

k d u . n o m U 1 – значение коэффициента , рассчитанное при номинальной частоте питающего напряжения;

a и b – коэффициенты, определяемые в процессе идентификации зависимости.

Следует отметить, что величина Δ ω 1 всегда отрицательна, а знак Δ ω 2 зависит от знака приращения напряжения Δ U 1 относительно номинального значения.

Таким образом, с учетом (1), (3) и (4) скорость вращения ротора асинхронного двигателя будет определяться уравнением

ω = ω 0 − Δ ω 1 + Δ ω 2 = ω 0 − ω 0 50 − ω n o m − k d u . n o m U 1 f 1 n o m f 1 a + b f 1 Δ U 1 M L M n o m (5)

где ω 0 50 – скорость идеального холостого хода при номинальной частоте питающего напряжения.

Ток статора асинхронного двигателя связан с моментом на валу известной зависимостью [13]

I 1 = I 0 2 + I 1 n o m 2 − I 0 2 M L 2 M n o m 2 (6)

где I 1 n o m – номинальный ток статора; I 0 – ток холостого хода.

Из (6) можно найти связь между моментом нагрузки, током статора и номинальными характеристиками двигателя

M L = M n o m I 1 2 − I 0 2 I 1 n o m 2 − I 0 2 (7)

Подставив (7) в (5), получим выражения для расчета скорости

ω = ω 0 − ω 0 50 − ω n o m − k d u . n o m U 1 f 1 n o m f 1 a + b f 1 Δ U 1 I 1 2 − I 0 2 I 1 n o m 2 − I 0 2

С учетом того, что скорость идеального холостого хода связана с частотой питающего напряжения f 1 и числом пар полюсов Z p формулой

ω 0 = 2 π f 1 Z p ,

а ток холостого хода также зависит от частоты

I 0 = k U 1 f 1 R 1 + R 0 2 + 2 π f 1 L 1 2 ,

получим аналитическое выражение для расчета скорости асинхронного двигателя при скалярном частотном управлении

Читать еще:  Что такое перепрошивка двигателя на фольксваген

ω = 2 π f 1 Z p − ω 0 50 − ω n o m − k d u . n o m U 1 f 1 n o m f 1 a + b f 1 U 1 − k U 1 f 1 × × I 1 2 − k U 1 f 1 R 1 + R 0 2 + 2 π f 1 L 1 2 2 I 1 n o m 2 − k U 1 f 1 R 1 + R 0 2 + 2 π f 1 L 1 2 2 , (8)

где R 0 – активное сопротивление цепи намагничивания.

Формулу (8) можно использовать при создании наблюдателя скорости асинхронного двигателя при скалярном частотном управлении, который по измеренным (заданным) значениям частоты f 1 и действующим значениям фазного напряжения U 1 и тока I 1 статора вычисляет ω (рис. 2). Величины Z p , ω 0 50 , ω n o m , I 1 n o m , f 1 n o m , k U 1 определяются из технических характеристик исполнительного электродвигателя, коэффициенты k d u . n o m U 1 a и b рассчитываются на основании результатов математического моделирования.

Рис. 2. Упрощенная функциональная схема наблюдателя (вычислителя) скорости вращения асинхронного двигателя при скалярном частотном управлении

Параметры схемы замещения асинхронного двигателя R 1 , L 1 и R 0 могут быть найдены в справочниках по электрическим машинам.

Для оценки адекватности формулы (8) проведем сравнение результатов вычисления скорости ω c a l с данными, полученными на экспериментальной установке, оснащенной асинхронным двигателем А-51-4 и нагрузочной машиной постоянного тока. Скорость двигателя при проведении эксперимента регулировалась с помощью частотного преобразователя «Омега», а измерение скорости осуществлялось с помощью тахогенератора ТМГ 30.

Двигатель А-51-4 имеет следующие технические характеристики: номинальное фазное напряжение U 1 n o m = 220 В; мощность P 1 n o m = 4500 Вт; f 1 n o m = 50 Гц; Z p = 2 ; ω 0 50 = 157,08 рад/с; ω n o m = 130,9 рад/с; I 1 n o m = 9,4 А. Параметры Тобразной схемы замещения этого двигателя, полученные из данных каталога, имеют следующие значения: L 1 = 0,1839 Гн; R 1 = 1,513 Ом; L 2 / = 0,188 Гн; R 2 / = 1,158 Ом; L 0 = 0,1782 Гн, а постоянные времени цепей статора и ротора равны T 1 = 0,0099 c, T 2 = 0,0132 с. Следует отметить, что величина ω n o m = 146,6 рад/с взята не из паспортных данных двигателя, а из результатов натурных экспериментов.

Тахогенератор ТМГ 30 имеет выходное напряжение 280 В при скорости вращения 4000 об/мин, то есть имеет коэффициент передачи k s s = 1,496 рад/Вс, что позволяет определить угловую скорость ω exp в ходе эксперимента.

Моделирование уравнений движения асинхронного двигателя А-51-4 в программной среде Matlab Simulink при номинальных значениях напряжения, частоты и момента нагрузки показало, что установившиеся значения (начальные условия) потокосцеплений равны ψ 1 x 0 = 1,431 Вс, ψ 1 y 0 = − 1,289 Вс, ψ 2 x 0 = 1,328 Вс, ψ 2 y 0 = − 1,309 Вс, при этом ω 00 = 153,631 рад/с. Расчет по формуле (2) с этими начальными условиями дает нам величину k d u . n o m U 1 = 0,033 рад/Вс. Компьютерное моделирование при разных частотах и действующих значениях напряжения (табл. 1) позволило идентифицировать график зависимости k d u U 1 от f 1 частоты и определить величины необходимых для применения формулы (8) коэффициентов, которые оказались равными a = 1,2 и b = 1 Гц.

Результаты компьютерного моделирования асинхронного
двигателя А-51-4 при разных частотах и действующих значениях
напряжения статора

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) В этом двигателе (рисунок 1) обмотка возбуждения подключена к отдельному источнику питания. В цепь обмотки возбуждения включен регулировочный реостат rрег, а в цепь якоря — добавочный (пусковой) реостат Rп. Характерная особенность ДПТ НВ — его ток возбуждения Iв не зависит от тока якоря Iя так как питание обмотки возбуждения независимое.

Схема двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)

Механическая характеристика двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)

Уравнение механической характе­ристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения имеет вид

где: n — частота вращения вала двигателя при холостом ходе. Δn — изменение частоты вращения двигателя под действием механической нагрузки.

Из этого уравнения следует, что механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) прямолинейны и пересекают ось ординат в точке холостого хода n (рис 13.13 а), при этом изменение частоты вращения двигателя Δn, обусловленное изменением его механической нагрузки, пропорционально сопротивлению цепи якоря Rа =∑R + Rдоб. Поэтому при наименьшем сопротивлении цепи якоря Rа = ∑R, когда Rдоб = 0, соответствует наименьший перепад частоты вращения Δn. При этом механическая характеристика становится жесткой (график 1).

Механические характеристики двигателя, полученные при номинальных значениях напряжения на обмотках якоря и возбуждения и при отсутствии добавочных сопротивлений в цепи якоря, называют естественными рисунок 13.13, а (график 1 Rдоб = 0 ).

Если же хотя бы один из перечисленных параметров двигателя изменен (напряжение на обмотках якоря или возбуждения отличаются от номинальных значений, или же изменено сопротивление в цепи якоря введением Rдоб), то механиче­ские характеристики называют искусственными .

Искусственные механические характеристики, полученные введением в цепь якоря добавочного сопротивления Rдоб, называют также реостатными (графики 2 и 3).

При оценке регулировочных свойств двигателей постоянного тока наибольшее значение имеют механические характеристики n = f(M). При неизменном моменте нагрузки на валу двигателя с увеличением сопротивления резистора Rдоб частота вращения уменьшается. Сопротивления резистора Rдоб для получения искусственной механической характеристики, соответствующей требуемой частоте вращения n при заданной нагрузке (обычно номинальной) для двигателей независимого возбуждения:

где U — напряжение питания цепи якоря двигателя, В; Iя — ток якоря, соответствующий заданной нагрузке двигателя, А; n — требуемая частота вращения, об/мин; n — частота вращения холостого хода, об/мин.

Частота вращения холостого хода n представляет собой пограничную частоту вращения, при превышении которой двигатель переходит в генераторный режим. Эта частота вращения превышает номинальную nном на столько, на сколько номинальное напряжение Uном подводимое к цепи якоря, превышает ЭДС якоря Ея ном при номинальной нагрузки двигателя.

На форму механических характеристик двигателя влияет величина основного магнитного потока возбуждения Ф. При уменьшении Ф (при возрастании сопротивления резистора rpeг) увеличивается частота вращения холостого хода двигателя n и перепад частоты вращения Δn. Это приводит к значительному изменению жесткости механической характеристики двигателя (рис. 13.13, б). Если же изменять напряжение на обмотке якоря U (при неизменных Rдоб и Rрег), то меняется n, a Δn остается неизменным [см. (13.10)]. В итоге механические характеристики смещаются вдоль оси ординат, оставаясь параллельными друг другу (рис. 13.13, в). Это создает наиболее благоприятные условия при регулировании частоты вращения двигателей путем изменения напряжения U, подводимого к цепи якоря. Такой метод регулирования частоты вращения получил наибольшее распространение еще и благодаря разработке и широкому применению регулируемых тиристорных преобразователей напряжения.

Используемая литература: — Кацман М.М. Справочник по электрическим машинам

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector