Avtoargon.ru

АвтоАргон
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Основные теоретические положения

Основные теоретические положения

Важное свойство ДПТ с независимым возбуждением от постоянных магнитов состоит в том, что результирующий момент сил от всех проводников якоря, называемый электромагнитным моментом двигателя M, пропорционален току якоря Iя, потребляемому двигателем от источника питания:

,

где k m — коэффициент пропорциональности, называемый постоянной момента двигателя. Его размерность [Нм/А]. По законам электромагнитной индукции в проводнике, движущемся в магнитном поле, возникает электродвижущая сила. Суммарная ЭДС катушек якоря E через коллектор и щетки прикладывается к внешним выводам двигателя. В двигательном режиме работы эта ЭДС направлена против внешнего напряжения U я, подведенного к якорю от источника питания. Поэтому ЭДС двигателя часто называется противоЭДС. Она прямо пропорциональна угловой скорости вращения вала двигателя w дв[рад/с]:

,

где k ω — коэффициент пропорциональности, называемый постоянной ЭДС двигателя. Его размерность [Вс/рад].

Природа электромагнитных явлений в ДПТ такова, что если используется система единиц СИ, то значения коэффициентов k ω и km численно равны.

Уравнения, описывающие электрические процессы в ДПТ

В электрической якорной цепи двигателя протекает ток I я под действием напряжения постоянного тока Ua источника питания и противоЭДС двигателя.

Рис. 1

Эта цепь характеризуется параметрами: активным сопротивлением R я [Ом] и индуктивностью L я [Гн] якорной обмотки. Вращающийся ротор, обладающий моментом инерции Ja [Нм с 2 /рад] , приводится в движение одновременным действием электромагнитного момента двигателя M дв и момента внешних сил M вн, приложенного к валу двигателя.

Исходные дифференциальные уравнения ДПТ составляются на основании законов физики. Для электрической цепи используется второй закон Кирхгофа, согласно которому можно записать уравнение

,

где член R я I я характеризует падение напряжения на активном сопротивлении якорной цепи в соответствии с законом Ома, а член L я ( dI я/ dt ) отражает наличие ЭДС самоиндукции, возникающей в обмотке при изменении тока якоря. В представленном уравнении не учитывается падение напряжения на щетках, зависящее нелинейно от тока якоря, но имеющее, как правило, относительно небольшое значение по сравнению с напряжением U я .

Дифференциальное уравнение, характеризующее процессы в механической части двигателя, составляется на основании второго закона Ньютона:

,

где M вн — момент внешних сил, действующий относительно оси вращения вала двигателя. В этом уравнении не учитывается действие сил трения, возникающих при вращении ротора, но оказывающих относительно слабое действие на ускорение вала ДПТ.

Используя вышеприведенные формулы и приводя дифференциальные уравнения к нормальной форме Коши, получим описание ДПТ в форме:

Для исследования процессов с помощью ЭВМ удобно использовать структурное представление математической модели ДПТ. Для этого преобразуем полученную систему линейных дифференциальных уравнений по Лапласу при нулевых начальных условиях. В результате получим систему алгебраических уравнений:

в которых s — переменная Лапласа, а величины I я( s ), w дв( s ), U я( s ), M вн( s ) — изображения по Лапласу переменных I я , w дв, U я, M вн соответственно. После эквивалентных преобразований эти уравнения могут быть представлены в форме:

где Тэ = L я / R я — электромагнитная постоянная времени якорной цепи двигателя.

По уравнениям с помощью системы SIMULINK может быть сформирована структурная схема ДПТ для его математического моделирования (рис.1).

Важным параметром ДПТ, определяющим его динамические свойства, является электромеханическая постоянная времени двигателя:

.

Зависимость между электромагнитным моментом двигателя и частотой вращения ротора в установившемся режиме при постоянных U я и M вн называется механической характеристикой двигателя. Уравнение механической характеристики имеет вид:

.

При пуске двигателя, когда скорость равна нулю, развивается пусковой момент

.

Частота вращения вала двигателя при отсутствии сопротивления называется частотой вращения холостого хода

.

Краткие теоретические сведения. В электроприводах постоянного тока в настоящее время используются двигатели постоянного тока с независимым возбуждением (ДПТ НВ)

В электроприводах постоянного тока в настоящее время используются двигатели постоянного тока с независимым возбуждением (ДПТ НВ). Схема включения ДПТ НВ приведена на рисунке 8. Особенностью этого двигателя является то, что якорь ДПТ и обмотка возбуждения получают питание от различных (независимых) источников энергии.

Для анализа работы ДПТ НВ в установившемся режиме работы используют его статические электромеханические и механические характеристики.

Статическая электромеханическая характеристика ДПТ НВ w=f(Iя) представляет собой зависимость угловой скорости от тока якоря в установившемся режиме работы. Электромеханическая характеристика позволяет оценить загрузку двигателя по току.

Выражение статической электромеханической характеристики ДПТ НВ для двигательного режима работы имеет вид:

, (1)

где UЯ – напряжение на якоре, В;

RЯ – сопротивление якорной цепи для нагретого состояния, Ом;

Читать еще:  Что такое удельный импульс ионного двигателя

IЯ – ток якорной цепи, А;

Рисунок 8 – Схема включения ДПТ НВ

k – конструктивный коэффициент двигателя;

Ф – полезный поток, Вб;

k×Ф – коэффициент ЭДС и момента (электромагнитного); при номинальном и неизменном потоке возбуждения (k×Фном=Сном).

Статическая механическая характеристика ДПТ НВ w=f(М) представляет собой зависимость угловой скорости от момента в установившемся режиме работы. Механическая характеристика позволяет определить скорость, с которой будет вращаться вал двигателя при изменении нагрузки на валу. Статическая механическая характеристика – есть множество точек установившегося режима работы электрической машины. По статической механической характеристике анализируют установившиеся режимы работы привода.

Выражение статической механической характеристики ДПТ НВ для двигательного режима работы имеет вид:

. (2)

В выражениях (1) и (2) угловая скорость w является функцией; IЯ и М являются аргументами, а все остальные величины, входящие в выражения характеристик, называют параметрами двигателя.

Статические характеристики (электромеханические и механические) рассчитанные и построенные при номинальных параметрах для нормальной схемы включения ДПТ НВ (отсутствуют добавочные сопротивления) носят название естественные характеристики. Выражения естественных статических электромеханической и механической характеристик имеют вид:

, (3)

. (4)

Параметры, входящие в выражения этих характеристик определяются следующим образом:

– номинальное напряжение на якоре задается в справочниках и указывается на табличке двигателя;

– сопротивление якорной цепи определяется выражением:

, (5)

где RОЯ – сопротивление обмотки якоря, Ом;

RОДП – сопротивление обмотки дополнительных полюсов, Ом;

RКО – сопротивление компенсационной обмотки, Ом;

RЩК – сопротивление щеточного контакта, Ом;

1,2 – коэффициент приведения сопротивлений к нагретому состоянию (в случае класса изоляции В).

Если сопротивления обмоток якоря, добавочных полюсов и компенсационной обмотки приведены в справочнике уже для нагретого состояния, то при расчете сопротивления якорной цепи следует вместо коэффициента 1,2 использовать коэффициент равный 1.

У двигателей небольшой мощности компенсационная обмотка может отсутствовать, тогда при расчете сопротивления якорной цепи в формуле (5) следует положить RКО = 0.

Сопротивление щеточного контакта определяется по формуле:

, (6)

где DUЩ – падение напряжения на щеточном контакте, В; (DUЩ = 0,6 В – для медно-графитовых щеток, DUЩ = 2 В – для графитовых щеток);

IЯном – номинальный ток якоря двигателя, А.

Обычно номинальный ток якоря приводится в справочнике или на табличке двигателя. Если ток якоря номинальный неизвестен, то его можно определить по формуле:

, (7)

где Р2ном – номинальная мощность на валу двигателя, Вт;

hном – номинальный коэффициент полезного действия, о.е.;

RОВ – сопротивление обмотки возбуждения, Ом.

В случае, если в справочнике не заданы сопротивления обмоток двигателя, то сопротивление якорной цепи можно оценить по приближенной формуле, считая, что половина всех потерь в двигателе приходится на долю переменных потерь:

; (8)

Коэффициент ЭДС и момента может быть определен из выражения естественной электромеханической характеристики, записанной для номинального режима работы двигателя. Выражение для определения этого коэффициента имеет вид:

, (9)

где wном – номинальная угловая скорость вала (якоря) двигателя, рад/с.

В справочнике и на табличке двигателя обычно указывается номинальная частота вращения вала двигателя nном [об/мин]. Угловая скорость и частота вращения связаны следующим выражением:

. (10)

При изменении хотя бы одного из параметров, входящих в выражения механической и электромеханической характеристик (напряжения на якоре, потока двигателя, добавочных сопротивлений) получают характеристики отличные от естественной. Такие характеристики называют искусственными. Естественная характеристика у двигателя одна, искусственных – множество. Искусственная характеристика, полученная введением в цепь якоря добавочного сопротивления (реостата) носит название – реостатная механическая (или электромеханическая) характеристика. Реостатная статическая механическая характеристика имеет вид:

, (11)

где RЯдоб – величина добавочного сопротивления, Ом.

Характеристики, полученные уменьшением напряжения на якоре ДПТ НВ или ослаблением потока, называют искусственными характеристиками при пониженном напряжении и искусственными характеристиками при ослабленном потоке соответственно.

Чтобы определить величину сопротивления, включенного в цепь якоря, нужно в выражение реостатной характеристики вместо w и М подставить их значения для заданного статического режима работы wС и МС и решить относительно RЯдоб. Аналогично поступают для определения требуемого напряжения или требуемого потока двигателя, для обеспечения работы привода с требуемой скоростью при заданном моменте нагрузки.

Формулы для определения требуемого добавочного сопротивления и требуемого напряжения на якоре имеют вид:

, (12)

. (13)

Из анализа выражений электромеханической и механической характеристик видно, что они линейны. Для двигательного режима работы ДПТ НВ угловая скорость и ток (момент) имеют одинаковые знаки. Характеристики двигательного режима работы располагаются в I–III квадрантах плоскости (w, М). Так как характеристики линейны, то для построения их достаточно рассчитать две точки. Подставляя в выражение требуемой характеристики два значения тока (момента) определяют угловые скорости, соответствующие этим токам (моментам). По полученным двум точкам на плоскости <(w, IЯ) или (w, М)> строят требуемую электромеханическую или механическую характеристику. Обычно для расчета первой точки электромеханической (механической) характеристики принимают IЯ=0 (М=0), при этом скорость вала двигателя будет равна скорости идеального холостого хода (w=w). Скорость идеального холостого хода определяется выражением:

Читать еще:  4 х тактный двигатель внутреннего сгорания схема

. (14)

Для расчета второй точки электромеханической (механической) характеристики принимают номинальное значение тока (момента) двигателя и рассчитывают угловую скорость.

При расчете статических механических характеристик двигателя следует иметь ввиду различие между моментом двигателя электромагнитным и моментом на его валу. Это разные моменты. Ввиду наличия механических потерь в двигателе (трение в подшипниках, вентиляционные потери) момент электромагнитный отличается от момента на валу на величину момента потерь вращения. Соотношение электромагнитного момента, момента на валу и момента потерь вращения имеет вид:

, (15)

где М – электромагнитный момент двигателя, Н×м;

МВ – момент на валу двигателя, Н×м;

DМ – момент потерь вращения, Н×м.

В выражении (15) знак «+» относится к двигательному, знак «–» – к тормозным режимам работы.

При совместном рассмотрении механических механизма w=f(MC) и характеристик двигателя w=f(MВ), в качестве последней следует рассматривать зависимость угловой скорости в функции момента на валу. Вместе с тем, эта зависимость имеет разрыв первого рода, обусловленный влиянием момента потерь вращения. Поэтому при решении задач в области автоматизированного электропривода лучше рассматривать механические характеристики двигателя w=f(M) (где М – электромагнитный момент), отнеся момент потерь вращения DМ, если его величина существенная (>5% от номинального момента), к нагрузке МС, или пренебрегая им в случае его малости (

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Двигатель — постоянный ток — независимое возбуждение

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения , скорость вращения которого регулируется напряжением на якоре. [1]

Двигатели постоянного тока независимого возбуждения используются в механизмах ЭТУ в тех случаях, когда необходимо глубокое регулирование скорости при высоком качестве переходных процессов. [2]

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения питается через две группы тиратронов. Одна пара TI и Г3 служит для питания обмотки якоря, вторая пара Т3 я Т — для питания обмотки возбуждения. [3]

Двигатели постоянного тока независимого возбуждения применяются, главным образом там, где по условиям работы требуется глубокое и плавное регулирование скорости, а также в тех случаях, когда необходима работа привода с низкой скоростью. [4]

Для двигателей постоянного тока независимого возбуждения при постоянной величине магнитного потока ф фном момент пропорционален току, поэтому можно пользоваться эквивалентным моментом. [6]

Для двигателя постоянного тока независимого возбуждения — это скорость идеального холостого хода, определяемая соотношением f / max / C, для гидропривода — скорость, развиваемая исполнительным органом при полном открытии каналов в распределителе, полном использовании давления питания и отсутствии силы сопротивления. [7]

Для двигателя постоянного тока независимого возбуждения величины U , R и Ф постоянны; поэтому для данной точки присоединения реле, когда Rx также постоянно, зависимость Upn — f ( w) линейна. [9]

Регулирование скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения изменением магнитного потока как в двигательном, так и в генераторном режимах представляет собой однозонное регулирование вверх. Поскольку номинальное значение магнитного потока является наибольшим, то изменение потока возможно лишь в сторону уменьшения по сравнению с номинальным. Последнее приводит к увеличению скорости двигателя во всех режимах работы. [10]

Механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения , управляемого тиристор-ным выпрямителем, напоминают характеристики в системе Г — Д ( рис. 4.13), однако они отличаются рядом особенностей. [12]

Схема включения двигателя постоянного тока независимого возбуждения при импульсном регулировании напряжения показана на рис. 4.18, а. Диод V, шунтирующий якорь двигателя, создает цепь для протекания тока якоря под действием ЭДС самоиндукции, возникающей в индуктивности обмотки якоря в период разомкнутого состояния ключа / С. Это создает условия для непрерывного протекания тока якоря, что существенно уменьшает его пульсации и устраняет коммутационные перенапряжения на ключе К, и обмотке якоря. [13]

Такую характеристику имеют двигатели постоянного тока независимого возбуждения , рабочая часть характеристики асинхронного двигателя — до точки критического скольжения. [14]

Составим структурную схему двигателя постоянного тока независимого возбуждения при скорости выше основной и при управлении по якорю и по потоку. [15]

Изучение принципа действия двигателя постоянного тока с независимым возбуждением

Страницы работы

Содержание работы

Исследование двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

Читать еще:  Где на хендай элантре находится датчик температуры двигателя

1.Цель работы.

Целью работы является изучение принципа действия двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, исследование его механических характеристик, его регулировочных свойств и способов регулирования частоты вращения.

2. Краткие теоретические сведения.

Двигатель постоянного тока (ДПТ) состоит из:

— неподвижной части – статора

— вращающейся части – ротора.

Для создания магнитного потока на внутренней поверхности статора укрепляют четное число полюсов с расположенными на них обмотками возбуждения, по которым пропускают постоянный ток.

Ротор в ДПТ выполняет функцию якоря – элемент машины, вырабатывающий электродвижущую силу (ЭДС).

Якорь расположен на валу ДПТ и выполнен из пакета тонких (0,3-0,5мм) листов электротехнической стали с пазами, в которых располагается обмотка якоря (ОЯ), присоединенная к коллекторным пластинам коллектора, выполняющего функцию механического инвертора (преобразователя постоянного напряжения в переменное).

На коллектор налагается система щеток, являющихся токосъемником с вращающегося коллектора.

В зависимости от схемы включения обмоток возбуждения различают ДПТ с независимым, параллельным и последовательным возбуждением.

При независимом возбуждении обмотки возбуждения (ОВ) питаются от постоянного источника электрической энергии постоянного напряжения.

При параллельном возбуждении – обмотка возбуждения включается параллельно обмотке якоря.

При последовательном — последовательно обмотке якоря.

Анализ режимов работы двигателя можно произвести на базе основных уравнений, описывающих его работу.

U = Ея + IяКя; (1)

Ея = СеФ п; (2)

М = СмФ1я; (3)

где U — напряжение питания двигателя;

Ея — противо — э.д.с., индуктируемая в обмотке якоря;

Iя — ток якоря;

Rя сопротивление обмотки якоря;

Се — конструктивная постоянная двигателя:

Р число пар главных полюсов двигателя;

N — число активных проводников якоря;

А число параллельных ветвей обмотки якоря;

n частота вращения якоря;

М электромагнитный момент двигателя;

См моментная постоянная двигателя:

См =—— ; (5)

Ф магнитный поток обмотки возбуждения.

Из первого уравнения легко определить ток якоря:

U Ея

В начальный момент пуска двигателя, когда n = 0, в соответствии с уравнением Ея = СеФn = 0, ток якоря в режиме пуска равен:

Iяп =—— ,

и т.к. сопротивление якорной цепи мало, ток Iяп может достигать опасной для двигателя величины, поэтому силовые двигатели постоянного тока запускают либо с помощью пускового реостата, либо с помощьюрегулятора который ограничивает пус­ковой ток до безопасного значения (обычно до (2,5. 3)Iян). И только по мере разгона двигателя, сопровождаемого увеличением Ея, сопротивление пускового реостата уменьшается до 0.В этом случае пусковой ток определяется так:

Iяп =——- ; (6)

Rя + Rп

Для обеспечения по возможности быстрого пуска при ограниченном токе якоря, ток возбуждения при пуске делают максимальным ( для увеличения потока Ф и, следовательно, увеличения Ея),

полностью выводя регулировочный реостат в цепи возбуждения двига­теля.

Из выражения для электромагнитного момента следует, что для изменения направления вращения двигатель можно использовать:

1)изменить направление тока якоря, не изменяя направление тока возбуждения;

2)изменить направление тока возбуждения, не изменяя направле­ние тока якоря.

Основные характеристики двигателя — механическая, регулировоч­ная и рабочие.

Механическая характеристика двигателя постоянного тока неза­висимого возбуждения:

Уравнение механической характеристики:

U (Rя + Rд)M
n=—- _ — ———_= n 0 — ▲ n (7)

Се ФСеСмФ 2

Здесь n0 – частота вращения ротора при идеальном холостом ходу (m=0)

▲n – изменение частоты вращения под воздействием момента.

Рн
Мн = 9,55———— ; (8)

Из уравнения механической характеристики следует, что регули­ровать частоту вращения ДПТ можно изменением подводимого напряже­ния, изменением тока возбуждения и изменением величины добавочного сопротивления в цепи якоря.

Семейства механических характеристик при использовании перечисленных способов регулирования оборотов показаны на рис.1а,б,в.

Uя3 Ф3 Rq3

M M M

Uя3>Uя2>Uя1 Ф3 nн .

Кроме того, недостатком способа является изменение жесткости механической характеристики при изменении магнитного потока (рис 1б)

Регулирование оборотов изменением напряжения Uя используется наиболее часто потому, как позволяет регулировать обороты ниже номинальных. Недостатком способа является необходимость регулирования полной мощности двигателя.

Регулировочные свойства двигателя обычно характеризуются ре­гулировочной характеристикой п = f(IB) либо Iя = f(Iв) при U= Uhи постоянной нагрузке на валу двигателя , в частности в режиме хо­лостого хода.

Мощность Р1 потребляемую двигателем электрической энергии из сети вычисляют по формуле:

P1 = Uя(Iя+Iв) (10)

Мощность Р2 на валу двигателя определяют методом нагрузочного генератора, соединенного с исследуемым двигателем муфтой.

Измеряя мощность генератора

Ро = UoIo, (11)

работающего при напряжении Uoи токе Iо, и зная его к. п. д. для различных нагрузок, т.е. зависимость ц(Ро), находят мощность на валу двигателя так:

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector