Arskama.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электромагнитная схема двигателя параллельного возбуждения

§34. Схемы электродвигателей и их характеристики

Свойства электродвигателей постоянного тока определяются в основном способом включения обмотки возбуждения. В зависимости от этого различают электродвигатели:

с независимым возбуждением: обмотка возбуждения питается от постороннего источника постоянного тока (возбудителя или выпрямителя) ;

с параллельным возбуждением: обмотка возбуждения подключена параллельно обмотке якоря;

с последовательным возбуждением: обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря;

со смешанным возбуждением: он имеет две обмотки возбуждения, одна подключена параллельно обмотке якоря, а другая — последовательно с ней.

Все эти электродвигатели имеют одинаковое устройство и отличаются лишь выполнением обмотки возбуждения. Обмотки возбуждения указанных электродвигателей выполняют так же, как у соответствующих генераторов.

Электродвигатель с независимым возбуждением. В этом электродвигателе (рис. 125, а) обмотка якоря подключена к основному источнику постоянного тока (сети постоянного тока, генератору или выпрямителю) с напряжением U, а обмотка возбуждения — к вспомогательному источнику в напряжением UB. В цепь обмотки возбуждения включен регулировочный реостат Rрв, а в цепь обмотки якоря — пусковой реостат RП. Регулировочный реостат служит для регулирования частоты вращения якоря двигателя, а пусковой — для ограничения тока в обмотке якоря при пуске. Характерной особенностью электродвигателя является то, что его ток возбуждения Iв не зависит от тока Iя в обмотке якоря (тока нагрузки). Поэтому, пренебрегая размагничивающим действием реакции якоря, можно приближенно считать, что и поток двигателя Ф не зависит от нагрузки. При этом условии согласно формулам (63′) и (65) получим, что зависимости электромагнитного момента М и частоты вращения п от тока Iя будут линейными (рис. 126, а). Следовательно, линейной будет и механическая характеристика двигателя — зависимость п (М) (рис. 126,б).

При отсутствии в цепи якоря реостата с сопротивлением RП скоростная и механическая характеристики будут жесткими, т. е. с малым углом наклона к горизонтальной оси, так как падение напряжения Iя ? Rя в обмотках машины, включенных в цепь якоря, при номинальной нагрузке составляет лишь 3—5 % от UHOM. Эти характеристики (прямые 1 на рис. 126, а и б) называются естественными. При включении в цепь якоря реостата с сопротивлением RП угол наклона этих характеристик возрастает, вследствие чего можно получить семейство реостатных характеристик 2, 3 и 4, соответствующих различным

Рис. 125. Принципиальные схемы электродвигателей с независимым (а) и параллельным (б) возбуждением

Рис. 126. Характеристики электродвигателей с независимым и параллельным возбуждением: а — скоростные и моментная; б — механические; в — рабочие

значениям Rп1, Rп2 и Rп3. Чем больше сопротивление Rп, тем больший угол наклона имеет реостатная характеристика, т. е. тем она мягче.

Регулировочный реостат Rрв позволяет изменять ток возбуждения двигателя Iв и его магнитный поток Ф. Как следует из формулы (65), при этом будет изменяться и частота вращения п. В цепь обмотки возбуждения никаких выключателей и предохранителей не устанавливают, так как при разрыве этой цепи резко уменьшается магнитный поток электродвигателя (в нем остается лишь поток от остаточного магнетизма) и возникает аварийный режим. Если электродвигатель работает при холостом ходе или небольшой нагрузке на валу, то частота вращения, как следует из формулы (65), резко возрастает (двигатель идет вразнос). При этом сильно увеличивается ток в обмотке якоря Iя [см. формулу (66)] и может возникнуть круговой огонь. Во избежание этого защита должна отключить электродвигатель от источника питания. Резкое увеличение частоты вращения при обрыве цепи обмотки возбуждения объясняется тем, что в этом случае резко уменьшаются магнитный поток Ф (до значения потока Фост от остаточного магнетизма) и э. д. с. Е и возрастает ток Iя. А так как приложенное напряжение U остается неизменным, то частота вращения п будет увеличиваться до тех пор, пока э. д. с. Е не достигнет значения, приблизительно равного U (что необходимо для равновесного состояния электрической цепи якоря, при котором E=U — Iя ? Rя).

При нагрузке на валу, близкой к номинальной, электродвигатель в случае разрыва цепи возбуждения остановится, так как электромагнитный момент, который может развить двигатель при значительном уменьшении магнитного потока, уменьшается [см. формулу (63′)] и станет меньше нагрузочного момента на валу. В этом случае так же резко увеличивается ток Iя [так как в формуле (64) э. д. с. Е будет равна нулю], и машина должна быть отключена от источника питания.

Следует отметить, что частота вращения n соответствует идеальному холостому ходу, когда двигатель не потребляет из сети электрической энергии и его электромагнитный момент равен нулю. В реальных условиях в режиме холостого хода двигатель потребляет из сети ток холостого хода I, необходимый для компенсации внутренних потерь мощности (см. § 25), и развивает некоторый момент М, требуемый для преодоления сил трения в машине. Поэтому в действительности частота вращения при холостом ходе меньше nо.

Зависимость частоты вращения n и электромагнитного момента М от мощности Р2 (рис. 126, в) на валу двигателя, как следует из рассмотренных соотношений, является линейной. Зависимости тока обмотки якоря Iя и мощности Р1 от Р2 также практически линейны. Ток Iя и мощность Р1 при Р2 = 0 представляют собой ток холостого хода I и мощность Р, потребляемую при холостом ходе. Кривая к. п. д. имеет характер, общий для всех электрических машин (см. § 37).

Электродвигатель с параллельным возбуждением. В этом электродвигателе (см. рис. 125, б) обмотки возбуждения и якоря питаются от одного и того же источника электрической энергии с напряжением U. В цепь обмотки возбуждения включен регулировочный реостат Rрв, а в цепь обмотки якоря — пусковой реостат Rп. В рассматриваемом электродвигателе имеет место, по существу, раздельное питание цепей обмоток якоря и возбуждения, вследствие чего ток возбуждения Iв не зависит от тока обмотки якоря Iв. Поэтому электродвигатель с параллельным возбуждением будет иметь такие же характеристики, как и двигатель с независимым возбуждением. Однако двигатель с параллельным возбуждением работает нормально только при питании от источника постоянного тока с неизменным напряжением.

При питании электродвигателя от источника с изменяющимся напряжением (генератор или управляемый выпрямитель) уменьшение питающего напряжения U вызывает соответствующее уменьшение тока возбуждения Iв и магнитного потока Ф, что приводит к увеличению тока обмотки якоря Iя [см. формулу (66) ]. Это ограничивает возможность регулирования частоты вращения якоря путем изменения питающего напряжения U. Поэтому электродвигатели, предназначенные для питания от генератора или управляемого выпрямителя, должны иметь независимое возбуждение.

Электродвигатель с последовательным возбуждением. Для ограничения тока при пуске в цепь обмотки якоря включен пусковой реостат Rп (рис. 127, а), а для регулирования частоты вращения

Рис. 127. Принципиальная схема электродвигателя с последовательным возбуждением (а) и зависимость его магнитного потока Ф от тока Iя в обмотке якоря (б)

Рис. 128. Характеристики электродвигателя с последовательным возбуждением: а — скоростные и моментная; б — механические; в — рабочие

параллельно обмотке возбуждения может быть включен регулировочный реостат Rрв. Характерной особенностью этого электродвигателя является то, что его ток возбуждения Iв равен или пропорционален (при включении реостата Rрв) току обмотки якоря Iя, поэтому магнитный поток Ф зависит от нагрузки двигателя (рис. 127,б).

При токе обмотки якоря Iя, меньшем (0,8—0,9) номинального тока Iном, магнитная система машины не насыщена и можно считать, что магнитный поток Ф изменяется прямо пропорционально току Iя. Поэтому скоростная характеристика электродвигателя будет мягкая — с увеличением тока Iя частота вращения n будет резко уменьшаться (рис. 128, а). Уменьшение частоты вращения n, как следует из формулы (65), происходит из-за увеличения падения напряжения Iя?Rя во внутреннем сопротивлении ? Rя цепи обмотки якоря, а также из-за увеличения магнитного потока Ф.

Читать еще:  Характеристики двигателя bmw n62

Электромагнитный момент М при увеличении тока Iя будет резко возрастать, так как в этом случае увеличивается и магнитный поток Ф, т. е. момент М будет пропорционален току Iя. Поэтому при токе Iя, меньшем (0,8-0,9) Iном, скоростная характеристика имеет форму гиперболы, а моментная — параболы.

При токах Iя > Iном зависимости М и п от Iя линейны, так как в этом режиме магнитная цепь будет насыщена и магнитный поток Ф при изменении тока Iя меняться не будет.

Механическая характеристика, т. е. зависимость п от М (рис. 128,6), может быть построена на основании зависимостей n и М от Iя. Кроме естественной характеристики 1, можно путем включения в цепь обмотки якоря реостата с сопротивлением Rп получить семейство реостатных характеристик 2, 3 и 4. Эти характеристики соответствуют различным значениям Rп1, Rп2 и Rп3; при этом чем больше Rп, тем ниже располагается характеристика. Механическая характеристика рассматриваемого двигателя мягкая и имеет гиперболический характер. При малых нагрузках магнитный поток Ф сильно уменьшается, частота вращения n резко возрастает и может превысить максимально допустимое значение (двигатель идет вразнос). Поэтому такие двигатели нельзя применять для привода механизмов, работающих в режиме холостого хода и при небольшой нагрузке (различные станки, транспортеры и пр.). Обычно минимально допустимая нагрузка для двигателей большой и средней мощности составляет (0,2-0,25) Iном. Чтобы предотвратить возможность работы двигателя без нагрузки, его соединяют с приводным механизмом жестко (зубчатой передачей или глухой муфтой); применение ременной передачи или фрикционной муфты недопустимо.

Несмотря на указанный недостаток, двигатели с последовательным возбуждением широко применяют, особенно там, где имеют место изменения нагрузочного момента в широких пределах и тяжелые условия пуска: во всех тяговых приводах (электровозы, тепловозы, электропоезда, электрокары, электропогрузчики и пр.), а также в приводах грузоподъемных механизмов (краны, лифты и пр.). Объясняется это тем, что при мягкой характеристике увеличение нагрузочного момента приводит к меньшему возрастаний тока и потребляемой мощности, чем у двигателей с независимым и параллельным возбуждением; поэтому двигатели с последовательным возбуждением лучше переносят перегрузки. Кроме того, эти двигатели имеют большой пусковой момент, чем двигатели с параллельным и независимым возбуждением, так как при увеличении тока обмотки якоря при пуске соответственно увеличивается и магнитный поток.

Если принять, например, что кратковременный пусковой ток может в 2 раза превышать номинальный рабочий ток машины, и пренебречь влиянием насыщения, реакцией якоря и падением напряжения в цепи его обмотки, то в двигателе с последовательным возбуждением пусковой момент будет в 4 раза больше номинального (в 2 раза увеличиваются и ток, и магнитный поток), а в двигателях с независимым и параллельным возбуждением — только в 2 раза больше. В действительности из-за насыщения магнитной цепи магнитный поток не увеличивается пропорционально току, но все же пусковой момент двигателя с последовательным возбуждением при прочих равных условиях будет значительно больше пускового момента такого же двигателя с независимым или параллельным возбуждением.

Зависимости п и М от мощности Р2 на валу электродвигателя (рис. 128, в), как следует из рассмотренных выше положений, являются нелинейными; зависимости P1, Iя и ? от Р2 имеют такую же форму, как и у двигателей с параллельным возбуждением.

Электродвигатель со смешанным возбуждением. В этом электродвигателе (рис. 129, а) магнитный поток Ф создается в результате совместного действия двух обмоток возбуждения — параллельной (или независимой) и последовательной, по которым проходят токи возбуждения Iв1 и Iв2 = Iя. Поэтому

Фпосл — магнитный поток последовательной обмотки, зависящий от тока Iя;

Фпар — магнитный поток параллельной обмотки, который не зависит от нагрузки (определяется током возбуждения Iв1).

Механическая характеристика электродвигателя со смешанным возбуждением (рис. 129,б) располагается между характеристиками двигателей с параллельным (прямая 1) и последовательным (кривая 2) возбуждением. В зависимости от соотношения магнитодвижущих сил параллельной и последовательной обмоток при номинальном режиме можно приблизить характеристики двигателя со смешанным возбуждением к характеристике 1 (кривая 3 при малой м. д. с. последовательной обмотки) или к характеристике 2
(кривая 4 при малой м. д. с. параллельной обмотки). Достоинством двигателя со смешанным возбуждением является то, что он, обладая мягкой механической характеристикой, может работать при холостом ходе, когда Фпосл = 0. В этом режиме частота вращения его якоря определяется магнитным потоком Фпар и имеет ограниченное значение (двигатель не идет вразнос).

Рис. 129. Принципиальная схема электродвигателя со смешанным возбуждением (а) и его механические характеристики (б)

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.

Читать еще:  Чем грозит низкая температура двигателя

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).

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.

Схема пуска двигателя постоянного тока параллельного возбуждения в функции времени.

Для двигателей постоянного тока применяются следующие виды автоматизированного пуска: а) непосредственный (прямой); б) в функции электродвижущей силы якоря; в) в функции тока; г) в функции времени. Во всех случаях, независимо от способа пуска, схема должна обеспечить защиту исполнительного механизма от больших ускорений, механических толчков и защиту электрического двигателя от недопустимых токов.

Наибольшее распространение на судах получил пуск в функции времени с применением электромагнитных или маятниковых реле времени и таймтакторов.

Пуск в функции времени можно осуществлять по одной из схем, данных на рис. При этом отдельные элементы схем работают в определенной последовательности по установленному графику времени, причем их работа не зависит от параметров электрической сети, частоты вращения или нагрузки двигателя, что является несомненным преимуществом таких схем.

На рисунке а приведена схема пуска в функции времени с помощью электромагнитных реле и контакторов ускорения.

Элементы схемы. Двигатель смешанного возбуждения, в цепь якоря которого включены две ступени пускового сопротивления СП; линейный контакт КЛ, имеющий два главных замыкающих контакта КЛ 1 и КЛ 2, два замыкающих блок — контакта — КЛ1, шунтирующий кнопку П, и КЛ2 в цепи катушек 2РУ, 1КУ, один размыкающий блок — контакт в цепи — катушки реле 1РУ; электромагнитные реле времени 1РУ и 2РУ, у каждого из которых есть по одному размыкающему с выдержкой времени при замыкании контакта в цепи контакторов ускорения 1КУ и 2КУ; контактор ускорения 1КУ с одним замыкающим главным контактором выключающим первую ступень пускового сопротивления СП, и одним размыкающий блок — контактом в цепи катушки реле 2РУ;

контактор ускорения 2КУ с замыкающим главным контактом, включающим вторую ступень пускового сопротивления СП; реле

максимальное РМ с одним размыкающим контактом в цепи катушки КЛ; предохранители Пр; разрядное сопротивление СР.

Работа схемы. При подаче напряжения на Л1 и Л2 двигатель получит возбуждение от обмотки ШОВ. Через размыкающий блок -контакт КЛ под напряжение будет включена катушка реле 1РУ, которая откроет свой размыкающийся с выдержкой времени при замыкании контакт 1РУ в цепи катушек контакторов 1КУ и 2КУ. Эта электрическая блокировка предусмотрена для того, чтобы при нажатии на кнопку «Пуск» не допустить прямого пуска двигателя и обеспечить необходимую выдержку срабатывания контактора 1КУ. Схема подготовлена к пуску. Нажав на кнопку >, подаем питание на катушку контактора КЛ, который, притянув свой якорь, замкнет замыкающие главные контакты. При этом образуется цепь главного тока через все пусковое сопротивление СП. Двигатель начнет разгон по первой искусственной характеристике. Одновременно происходит перезамыкание блок — контактов, КЛ1 шунтирует кнопку П; КЛ2 подает питание на катушку 2РУ, так как блок-контакт 1КУ замкнут; КЛ обрывает цепь питания катушки 1РУ.

Катушка реле 2РУ открывает размыкающийся с выдержкой времени при замыкании контакт в цепи катушки контактора 2|КУ, предохраняя его от преждевременного включения в работу. Так как обрывается цепь катушки 1РУ, то с выдержкой времени замыкается ее замыкающий контакт и получает питание катушка контактора ускорения 1КУ. Контактор 1КУ замкнет главный замыкающий контакт и выключит первую ступень сопротивления СП из работы. Одновременно блок -контакт 1КУ обесточит катушку реле 2РУ. Двигатель разгоняется по второй искусственной характеристике. Через заданный промежуток времени закроется контакт реле 2РУ, переключив катушку контактора 2КУ под напряжение. Контактор 2КУ сработает и своим контактом выключит вторую ступень сопротивления. Двигатель работает по естественной характеристике. Окончится процесс пуска двигателя.

Защита предусмотрена такая же, как у ранее рассмотренных схем, т. е. максимальная, минимальная и нулевая, с помощью предохранителей и разрядного сопротивления.

Особенностью схемы, изображенной на рисунке б, является включение катушки реле 2РУ. Выдержка времени этого реле получается вследствие циркуляции тока в замкнутом контуре при замыкании катушки контактом 1КУ накоротко. Реле срабатывает и размыкает свой контакт из-за разности потенциалов на зажимах катушки при прохождении пускового тока по сопротивлению СП. Хотя по мере разгона двигателя пусковой ток и уменьшается, магнитные силы катушки 2РУ удерживают контакт 2РУ разомкнутым и только после закорачивания катушки с выдержкой времени замыкается ее контакт. В остальном данная схема не отличается от предыдущей.

Схема, приведенная на с помощью таймтакторов, рисунок, в, предусматривает работу с помощью таймтакторов, отрегулированных на определенную выдержку времени. Роль электромагнитных реле в схеме выполняют удерживающие катушки 1ТУ и 2ТУ со своими контактами, а роль контакторов ускорения — втягивающие катушки 1ТУ и 2ТУ. Процесс пуска не отличается от рассмотренных, но количество примененных аппаратов уменьшилось. Схема, показанная на рисунке, е, ра6отает с использованием таймтакторов с одной катушкой

и еще более упрощается. При подаче напряжения на клеммы, Л1 и Л2 срабатывает таймтактор 1ТУ, так как его катушка получает питание через размыкающий блок — контакт линейного контактора КЛ. Открывается размыкающий (с выдержкой времени при замыкании) контакт 1ТУ, который отключает первую ступень пускового сопротивления СП, и закрывается замыкающий (с выдержкой времени при открывании) контакт в цепи катушки второго таймтактора 2ТУ. Таймтактор 2ТУ срабатывает, открывает свой размыкающий (с выдержкой времени при замыкании) контакт, выключающий вторую ступень пускового сопротивления, и закрывает замыкающий (с выдержкой времени при открывании) блок — контакт в цепи кнопки П. Тем самым обеспечивается невозможность пуска при выключенном пусковом сопротивлении. Схема подготовлена к пуску, который осуществляется нажатием на соответствующую кнопку. При нажатии на кнопку П катушка КЛ окажется подключенной к источнику питания и сработает. Якорь двигателя с замыканием контактов КЛ1 и КЛ2 подключается к сети через включенное полностью пусковое сопротивление СП. Двигатель начинает разгон. Одновременно шунтируется кнопка П и обесточивается таймтактор 1ТУ. С выдержкой времени закрывается размыкающий (с выдержкой времени при замыкании) контакт 1ТУ, который выключает первую ступень пускового сопротивления из работы. Двигатель увеличивает частоту вращения.

Читать еще:  Хороший двигатель м102 или нет

Размыкается с выдержкой времени контакт 1ТУ и обесточивается таймтактор 2ТУ. Последний с выдержкой времени закроет свой размыкающий контакт 2ТУ, который выключит вторую пусковую ступень сопротивления. Двигатель будет работать по естественной характеристике. Процесс пуска закончен.

Недостатком рассмотренных схем является существенное влияние на процесс пуска температуры нагрева катушек реле времени и таймтакторов, так как при нагревании увеличиваются их активные сопротивления, уменьшается выдержка времени при срабатывании. Другими словами, аппараты с нагретыми катушками срабатывают быстрее, чем с холодными, и уставку их времени срабатывания необходимо рассчитать исходя из температуры нагрева.

Моделирование и исследование двигателя постоянного тока параллельного возбуждения с последовательной стабилизирующей обмоткой

Лабораторная работа «Исследование двигателя постоянного тока параллельного возбуждения с последовательной стабилизирующей обмоткой возбуждения».

Лабораторная работа создана для студентов, изучающих дисциплины «Электрические машины», «Переходные процессы в электрических машинах». Модель реализована в MATLAB&Simulink на основе дифференциальных уравнений машины постоянного тока. Модель двигателя постоянного тока в отличие от стандартных встроенных моделей реализована с учётом нелинейности кривой намагничивания и нелинейной реакции якоря. Студент имеет возможность регулировать напряжение, нагрузку и сопротивления в цепях якоря и возбуждения.

Целью работы является изучение рабочих свойств и переходных процессов электродвигателя постоянного тока параллельного возбуждения с последовательной стабилизирующей обмоткой возбуждения в цепи обмотки якоря.

Описание интерфейса

Интерфейс лабораторной работы представлен на рисунке 1. В лабораторной работе предусмотрены регуляторы напряжения и момента сопротивления, показатели токов, напряжения, момента сопротивления и частоты вращения ротора, а также регуляторы сопротивлений в цепях возбуждения (Rв) и якоря (Rпр).

Рисунок 1. Интерфейс лабораторной работы.

Принципиальная схема стенда для исследования ДПТ параллельного возбуждения показана на рис. 2.

Рисунок 2. Электрическая схема стенда для исследования характеристик двигателя постоянного тока параллельного возбуждения.

Электродвигатель имеет цепь якоря, в которой последовательно включены обмотка якоря (ОЯ), обмотка добавочных полюсов (ОДП) и пускорегулирующий реостат RПР. Параллельно цепи якоря включена цепь возбуждения, в которой последовательно соединены обмотка параллельного возбуждения (ОШ — обмотка шунтовая) и реостат RB для регулирования тока возбуждения. В цепь якоря и цепь возбуждения включены амперметры, параллельно цепи якоря — вольтметр. Нагрузкой двигателя имитирует действие электромагнитного тормоза (ЭМТ).

Математическая модель двигателя постоянного тока параллельного возбуждения

Переходный электромеханический процесс в ДПТ параллельного возбуждения с последовательной стабилизирующей обмоткой в цепи якоря (рис. 3) при пренебрежении действием вихревых токов в элементах магнитопровода описывается системой из трёх дифференциальных уравнений (ДУ) первого порядка, включающих два уравнения равновесия напряжений для цепей якоря и возбуждения и уравнение движения якоря (уравнение моментов):

где U = Uн — номинальное напряжение сети, В; t — время, с; Ф = (Фм ‒ Фр.я) — результирующий магнитный поток, Вб; Фм = (Фв + Фс) — поток намагничивания, обусловленный магнитными потоками обмоток: возбуждения (ОВ) Фв и стабилизирующей (ОС) Фс, Вб; Фр.я — магнитный поток реакции якоря, Вб; iя = (U ‒ E ‒ Lяdiя/dt ‒ 2pσwcdФ/dt) /rя и iв = (Fμ/wв ‒ iяwc/wв) – токи в цепях якоря и возбуждения, A; Fμ = (Fв + Fc) — намагничивающая магнитодвижущая сила (МДС), созданная МДС обмоток: ОВ Fв = iвwв и ОС Fc = iяwc, A; wc и wв — числа витков обмоток ОС и ОВ соответственно; Е = СеnФ — ЭДС обмотки якоря (ОЯ), В; Мэ = СМФiя — электромагнитный момент двигателя, Н·м; Мс — момент сопротивления (нагрузки), Н·м; СМ и Сe — конструктивные постоянные двигателя; (Rя + rп) = rя — суммарное сопротивление в цепи якоря, включающее сопротивления обмоток ОЯ и ОС Rя и пусковое сопротивление rп, Ом; (Rв + Rд) = rв — суммарное сопротивление в цепи возбуждения, включающее сопротивление обмотки ОВ Rв и добавочное сопротивление rд, Ом; n = (U ‒ iяrя ‒ Lяdiя /dt ‒ 2pσwcdФ/dt) /(CeФ) = 30ω/π — частота вращения ротора, об/мин; ω = 2πn/60 = n/9,55 — угловая частота, 1/с; Lя — индуктивность в цепи якоря, Гн; J — суммарный момент инерции якоря и нагрузки, кг·м2; 2р — количество полюсов; σ — коэффициент рассеяния главных полюсов.

Рисунок 3. Электрическая схема двигателя постоянного тока.

Зависимость потока намагничивания Фμ = f(Fμ) является нелинейной функцией одной переменной МДС Fμ, а зависимость потока реакции якоря Фр.я = f(iя,iв) — нелинейная функция двух переменных ‑ токов iя и iв.

Индуктивность Lя зависит от насыщения магнитной цепи машины и в общем случае является переменной величиной, учёт зависимости которой значительно усложняет решение системы дифференциальных уравнений ДУ (1). В работе принимается, что индуктивность Lя равна среднему значению индуктивности за время переходного процесса. В этом случае система ДУ (1), записанная в нормальной форме Коши, имеет вид:

При исследовании переходных процессов используются относительные единицы (о.е.), позволяющие выводить на экран дисплея одновременно нескольких сопоставимых результатов решения ДУ и проводить их сравнительный анализ. Кроме этого количественная оценка результатов, полученных на двигателе одной мощности, может быть распространена на двигатели других мощностей аналогичной серии. В качестве базисных величин в данном случае целесообразно использовать номинальные значения: токов якоря iя.н и возбуждения iв.н, А; результирующего потока Фн, Вб; частоты вращения якоря n, об/мин; результирующей МДС Fн = iв.нwв, А, момента Мн, Н·м. Тогда в о.е. все величины ДУ будут безразмерны и равны:

i*я = iя /iя.н;
i*в = iв /iв.н;
Ф* = Ф/Фн;
Ф*μ = Фμ/Фн;
Ф*р.я = Фр.я/Фн;
n* = n/nн;
F* = F/Fн;
F*μ = Fμ/Fн;
М*э = Мэ/Мн;
М*с = Мс/Мн.
Система ДУ (2) в о.е., приведенная к виду, удобному для моделирования, запишется следующим образом:


где коэффициенты при переменных соответственно равны:

a3 = rя/Lя = (Rя + rп)/Lя;

a6 = rвiв.н/(2pσwвФн) = (Rв + rд) iв.н /(2pσwвФн);

а7 = 9,55СмФнiя.н /(Jnн) = 9,55Мн /(Jnн);

а9 = iя.нwc /(iв.нwв);

Ф* = (Ф*μ ‒ Ф*р.я) — результирующий поток;

F*μ = f(Ф*μ) — нелинейная зависимость МДС намагничивания от потока;

Ф*р.я = f(i*я, i*в) — нелинейная зависимость потока реакции якоря;

i*в = (F*μ ‒ a9i*я) — ток возбуждения;

М*э = Ф*i*я — электромагнитный момент;

Мс — момент сопротивления;

U — приложенное к двигателю напряжение.

Методические указания

1. Моделирование переходного электромеханического процесса в исследуемом ДПТ требует задания нелинейной зависимости МДС намагничивания Fμ от потока намагничивания Ф*μ в табличном виде, которая в о.е. измерения F*μ = f(Ф*μ) приведена в табл. 1.


2. Зависимость Фр.я = f(iя, iв) — нелинейная функция от токов iя и rв, реализация которой на ПК вызывает значительные трудности. Поэтому в работе использован переход от функции двух переменных Фр.я = f(iя, iв) к функции одной переменной Фр.я = f(iя), построенной для среднего значения тока iв в области iвmin

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector