Реферат Курсовая Конспект
Электромеханические системы - раздел Механика, Министерство Образования И Науки Рф ...
|
Министерство образования и науки РФ
Пермский Государственный Технический Университет
Кафедра микропроцессорных средств автоматизации
Электромеханические системы
Конспект лекций для студентов АТП, КСК
Пермь, 2010
Содержание
Введение. 5
Глава 1. Трансформаторы.. 8
1.1. Назначение и принцип действия трансформатора. 8
1.2 Устройство трансформатора. 10
1.2.1 Устройство магнитопровода трансформаторов. 10
1.2.2 Устройство обмоток трансформаторов. 11
1.3. Магнитные потоки и ЭДС обмоток трансформатора. 13
1.4 Холостой ход трансформатора. 15
1.4.1 Ток холостого хода. 15
1.4.2 Векторная диаграмма трансформатора при холостом ходе. 16
1.4.3 Опыт холостого хода трансформатора. 17
1.4.4 Схема замещения трансформатора при холостом ходе и определение параметров цепи намагничивания zm, rm, xm. 18
1.4.5 Потери при холостом ходе трансформатора. 18
1.5 Работа однофазного трансформатора под нагрузкой. 19
1.5.1 Приведение параметров вторичной обмотки к первичной. 19
1.5.2 Физические процессы в трансформаторе при нагрузке. 19
1.5.3 Векторная диаграмма трансформатора при нагрузке. 20
1.5.4 Схема замещения трансформатора при нагрузке. 22
1.6 Режим короткого замыкания трансформатора. 23
1.6.1 Векторная диаграмма трансформатора при коротком замыкании. 23
1.6.2 Схема замещения трансформатора при коротком замыкании и определение параметров короткого замыкания zк, rк, xк 24
1.6.3 Треугольник короткого замыкания. 25
1.7 Совмещение режимов холостого хода и короткого замыкания. 26
1.8 Относительное изменение вторичного напряжения трансформатора при нагрузке. 26
1.9 Потери и коэффициент полезного действия трансформатора. 28
1.10. Трехфазные трансформаторы.. 30
1.10.1 Устройство трехфазных трансформаторов и их особенности. 30
1.10.2 Группы соединения трансформаторов. 32
1.10.3 Параллельная работа трансформаторов. 34
1.10.4 Холостой ход трехфазного трансформатора. 34
Глава 2. Асинхронные машины.. 36
2.1 Устройство и принцип действия асинхронного двигателя. 36
2.2 Обмотки машин переменного тока. 38
2.3 Электродвижущая сила (ЭДС) обмотки машин переменного тока. 39
2.4. Режимы работы асинхронной машины.. 41
2.4.1 Двигательный режим работы.. 41
2.4.2 Генераторный режим работы.. 43
2.4.3 Режим противовключения. 43
2.5 Привидение параметров роторной обмотки к статорной. 44
2.6 Явления связанные с вращением ротора асинхронного двигателя. 45
2.7 Приведение асинхронного двигателя к эквивалентному трансформатору. 46
2.8 Векторная диаграмма асинхронного двигателя. 47
2.9 Схемы замещения асинхронной машины.. 48
2.10 Вращающий (электромагнитный) момент асинхронной машины.. 50
2.10.1 Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя. 50
2.10.2 Вращающий электромагнитный момент асинхронного двигателя. 51
2.10.2 Максимальный (критический) момент асинхронной машины.. 53
2.10.3 Расчетная формула момента асинхронного двигателя. 54
2.11 Рабочие характеристики асинхронного двигателя. 55
2.12 Пуск трехфазных асинхронных двигателей. 56
2.12.1 Пуск под номинальным напряжением (прямой пуск). 56
2.12.2 Пуск при пониженном напряжении. 56
2.12.3 Пуск асинхронного двигателя с фазным ротором.. 58
2.13 Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей. Естественные и искусственные механические характеристики. 59
2.13.1 Изменение напряжения подводимого к статору. 59
2.13.2 Изменение частоты питающей сети. 60
2.13.3 Введение добавочного активного сопротивления в цепь статора. 61
2.13.4 Введение добавочного активного сопротивления в цепь ротора. 61
2.14 Тормозные режимы асинхронного двигателя. 62
2.14.1 Торможение с рекуперацией энергии в сеть. 62
2.14.2 Торможение противовключением.. 62
2.14.3 Динамическое торможение. 63
Глава 3. Машины постоянного тока. 66
3.1 Устройство и принцип действия машин постоянного тока. 66
3.2 Обмотки якоря машин постоянного тока. 68
3.3 Электродвижущая сила (ЭДС) обмотки якоря. 70
3.4 Реакция якоря в машинах постоянного тока. 70
3.5 Генераторы постоянного тока. 73
3.5.1 Энергетическая диаграмма генератора независимого возбуждения. 73
3.5.2 Электромагнитный момент генератора постоянного тока. 74
3.5.3 Генератор независимого возбуждения. 75
3.5.4 Генератор параллельного возбуждения. 77
3.5.5 Генератор последовательного возбуждения. 80
3.6 Двигатели постоянного тока. 80
3.6.1 Энергетическая диаграмма двигателя постоянного тока. 81
3.6.2 Пуск двигателей постоянного тока. 82
3.6.3 Реверсирование двигателя постоянного тока. 82
3.6.4 Классификация двигателей постоянного тока. 83
3.6.4.1 Двигатель параллельного (независимого) возбуждения. 83
3.6.4.2 Двигатель последовательного возбуждения. 85
3.6.5 Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока. 86
3.6.5.1 Регулирование сопротивлением в цепи якоря. 86
3.6.5.2 Регулирование за счет изменения магнитного потока. 87
3.6.5.3 Регулирование изменением подводимого напряжения. 87
3.6.6 Тормозные режимы двигателя постоянного тока. 89
3.6.6.1 Генераторное торможение с рекуперацией (отдачей) энергии в сеть. 89
3.6.6.2 Торможение противовключением.. 90
3.6.6.3 Электродинамическое торможение. 91
Введение
Почти вся электроэнергия на Земле вырабатывается электрическими машинами (генераторами), а затем большая ее часть, электрическими двигателями преобразуется в механическую энергию. Электрические машины во многом определяют технический уровень промышленного производства. Без электрической энергии нельзя представить современное промышленное и сельскохозяйственное производство и жизнь цивилизованного общества.
Широкое применение электрической энергии имеет место благодаря возможности удобного ее распределения, передача на большие расстояния и высокому КПД при преобразовании в другие виды энергии. Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях электрическими машинами – генераторами, преобразующими механическую энергию в электрическую. Основная часть электроэнергии (до 80%) вырабатывается на тепловых электростанциях, где при сжигании химического топлива (уголь, торф, газ) нагревается вода и переводится в пар высокого давления. Последний попадает в турбину, где, расширяясь, приводит ротор турбины во вращение (тепловая энергия в турбине преобразуется в механическую). Вращение ротора турбины передается на вал генератора (турбогенератора). В результате электромагнитных процессов, происходящих в генераторе, механическая энергия преобразуется в электрическую.
Процесс выработки электроэнергии на гидравлических электростанциях состоит в следующем: вода, поднятая плотиной на определенный уровень, сбрасывается на рабочее колесо турбины. Турбина вращается и вращает вал электрического генератора, в котором механическая энергия преобразуется в электрическую. В процессе потребления электрической энергии происходит ее преобразование в другие виды энергии. Около 70% электроэнергии используется для приведения в движение станков, механизмов, транспортных средств, т. е., для преобразования ее в механическую энергию. Это преобразование осуществляется электрическими машинами – электродвигателями.
Электродвигатели – основной элемент электропривода рабочих машин. Хорошая управляемость электрической энергией, простота ее распределения позволили широко применить в промышленности многодвигательный электропривод рабочих машин. Электродвигатели широко применяются на транспорте в качестве тяговых двигателей электровозов, электропоездов, троллейбусов, трамваев и др.
За последнее время значительно возросло применение электрических машин малой мощности – микромашин мощностью от долей до нескольких сот Ватт. Такие электрические машины используются в устройствах автоматики и вычислительной технике.
Особый класс электрических машин составляют двигатели для бытовых электроустройств – пылесосы, холодильники, вентиляторы и др. Мощность этих двигателей невелика (от единиц до сотен Ватт), конструкция проста и надежна, и изготовляют их в больших количествах.
Электрическую энергию, вырабатываемую на электростанциях, необходимо передать в места ее потребления, прежде всего в крупные промышленные центры страны, которые удалены от мощных электростанций на многие сотни, а иногда и на тысячи километров. Передачу электроэнергии на большие расстояния осуществляют при высоком напряжении (до 500 кВ и более), чем обеспечиваются минимальные электрические потери в линиях электропередачи.
Поэтому в процессе передачи и распределения электрической энергии приходится неоднократно понижать и повышать напряжение. Этот процесс выполняется посредством электромагнитного устройства, называемого трансформатором.
Трансформатор не является электрической машиной, он преобразует лишь напряжение электрической энергии. Кроме того, трансформатор – это статическое устройство, и в нем нет никаких движущихся частей. Однако электромагнитные процессы, протекающие в трансформаторах, аналогичны процессам, происходящим при работе электрических машин. Более того, электрическим машинам и трансформаторам свойственна единая природа электромагнитных и энергетических процессов, возникающих при взаимодействии магнитного поля и проводника с током.
Электрические машины – Электромеханические преобразователи энергии
Подавляющее большинство электромеханических преобразователей имеют вращательное движение. Обычно в электрических машинах имеет место взаимное перемещение проводников, в которых проходит электрический ток.
В электромеханических преобразователях энергии, взаимно перемещающиеся части разделены воздушным зазором. В воздушном зазоре сосредоточена энергия электромагнитного поля, связывающего вращающуюся и неподвижную обмотки. Именно в воздушном зазоре происходит преобразование энергии из электрической в механическую и обратно.
История развития электромеханики свидетельствует о существовании двух крайних подходов к теории электромеханического преобразования энергии: на базе теории поля и теории цепей. Теория поля развивается на основе уравнений Максвелла, а теория цепей – на основе уравнений Кирхгофа.
Третий, наиболее прогрессивный подход к анализу процессов электромеханического преобразования энергии – комбинированный подход, сочетающий теорию поля и теорию цепей. Магнитное поле не отделимо от токов, его создающих, а токи не могут существовать без магнитного поля. Третий метод, объединяющий два фундаментальных метода, и составляет теоретическую основу, когда исходя, из картины поля в воздушном зазоре записывают уравнения напряжений, а через токи или потокосцепления выражаются уравнения электромагнитного момента.
Электромеханическое преобразование энергии в индуктивных электрических машин происходит в воздушном зазоре – пространстве, где сосредоточена энергия магнитного поля. Зная картину поля, можно определить напряжение, токи, моменты, потери, электрические параметры и другие величины в установившемся и переходных процессах.
Однако определить магнитное поле в любом электромеханическом преобразователе – трудная задача, решить которую сложно даже с помощью вычислительной техники.
Преобразование энергии из электрической в механическую и обратно невозможно без участия электромагнитного поля. В машине должен быть воздушный немагнитный зазор, в котором создается поле, обеспечивающее накопление магнитной энергии, численно равной преобразуемой энергии.
Законы Электромеханики
Первый Закон
Электромеханическое преобразование энергии не может осуществляться с коэффициентом полезного действия 100%.
Электромеханические преобразователи – сложные преобразователи, в которых преобразование электрической энергии (Рэл) в механическую (Рмех) и обратно происходит с обязательным выделением тепловой энергии (Рт). В каждой машине имеются потери в стали, обмотках, механические потери. Поэтому КПД всегда меньше 100%. Для электрической машины КПД можно определить как отношение полезной мощности к мощности, подводимой к электрической машине.
Для генератора .
Для двигателя .
Третий закон
Электромеханическое преобразование энергии осуществляется полями, неподвижными относительно друг друга. Результирующее поле в машине создается полями статора и ротора.
Ротор может вращаться с той же скоростью, что и поле, или с другой скоростью, однако поля ротора и статора в установившемся режиме неподвижны относительно друг друга.
Глава 1. Трансформаторы
Устройство трансформатора
Основные части трансформаторов – обмотки и магнитопровод. Магнитопровод состоит из стержней и ярм. На стержнях располагают обмотки, а ярма служат для соединения магнитопровода в замкнутую систему. Для изготовления магнитопроводов трансформаторов применяют тонколистовую электротехническую сталь. При частоте переменного тока 50 Гц применяют листы (полосы) толщиной 0,5 или 0,35 мм. При частотах 400 Гц и более применяют листы (полосы) толщиной 0,2–0,08 мм. При частотах 1000 Гц и выше магнитопроводы изготавливают из железоникелевых сплавов типа пермаллой, характеризующихся улучшенными по сравнению с электротехническими сталями свойствами: более высокой магнитной проницаемостью и меньшей коэрцитивной силой.
Холостой ход трансформатора
Работа однофазного трансформатора под нагрузкой
Схема замещения трансформатора при нагрузке
Трансформатор представляет собой две независимые электрические цепи, связь между ними электромагнитная. Для упрощения расчета трансформатора применяют схемы замещения – эти схемы эквивалентны реальным трансформаторам. Т.к. вторичная обмотка приводится к первичной, то обе обмотки можно совместить в одну по которой протекает ток I0. В этом случае объединенная обмотка играет роль намагничивающего контура, который создает основной магнитный поток, рис. 1.11.
Рис. 1.11. Схема замещения трансформатора при нагрузке
Схема замещения должна отвечать основным уравнениям ЭДС и МДС реального трансформатора. Схема позволяет анализировать работу реального трансформатора, т.е. по заданному току определяем
Треугольник короткого замыкания
Используя схему замещения трансформатора при коротком замыкании, получим треугольник короткого замыкания.
Рис. 1.16. Треугольник короткого замыкания
Из треугольника следует
1)
2)
3)
Обычно треугольник короткого замыкания строится для номинального тока и стороны его выражены в процентах от номинального напряжения.
Uк – представляет собой полное падение напряжения в обеих обмотках трансформатора.
Трехфазные трансформаторы
Глава 2. Асинхронные машины
Обмотки машин переменного тока
В статоре расположены три фазы, сдвинутые на 120° электрических градусов каждая фаза на полюсном делении занимает часть.
Обозначим:
Z1 – число пазов статора
2p – число полюсов
p – число пар полюсов
m1 – число фаз
Число пазов на полюс и фазу (лежит в пределах 1 ¸ 9):
(2.3)
Число пазов равно:
(2.4)
Режимы работы асинхронной машины
Разберемся, в каких пределах будет изменяться скольжение асинхронной машины и рассмотрим три её режима работы.
Генераторный режим работы
Если, например, под действием спускаемого груза раскрутить ротор до скорости больше синхронной, то машина перейдет в генераторный режим.
n2 > n1, S < 0 – скольжение отрицательное.
В этом режиме механическая мощность (P2) будет преобразована в электрическую (P1), которая будет отдаваться в сеть, а реактивная мощность (Q) будет потребляться для создания магнитного потока Ф (см. рис 2.7).
Режим противовключения
Если, например, в приводе имеется большой маховик, то если отключить двигатель, маховик будет вращаться длительное время до остановки, но если же мы переключим две фазы асинхронного двигателя, то его момент будет направлен против вращения маховика и время останова его резко сократится.
В этом режиме будет потребляться электрическая мощность (P1, Q) из сети и механическая мощность (P2) с вала и вся эта мощность будет теряться в роторе (см. рис 2.7).
Режим противовключения – тяжелый режим для асинхронной машины. Поэтому, если используется двигатель с фазным ротором, то на период работы в цепь ротора включают значительное сопротивление для ограничения тока. Если же используется короткозамкнутый двигатель, то пускают его при пониженном напряжении.
Ниже на рисунке представлены все три режима работы асинхронной машины.
Рис 2.7. Режимы работы асинхронной машины
Векторная диаграмма асинхронного двигателя
Запишем основные уравнения ЭДС и токов для асинхронного двигателя и на основании этих уравнений построим векторную диаграмму, рис. 2.10. Из построения векторной диаграммы видно, что она во многом аналогична векторной диаграмме трансформатора при нагрузке.
1) (2.32)
2) (2.33)
3) (2.34)
Рис. 2.10 Векторная диаграмма асинхронного двигателя
Вращающий (электромагнитный) момент асинхронной машины
Расчетная формула момента асинхронного двигателя
Расчетная формула момента показывает, что момент асинхронного двигателя пропорционален потоку и активной составляющей тока ротора.
Запишем известное выражение момента:
.
Для вывода расчетной формулы используем нижнюю часть векторной диаграммы асинхронного двигателя, рис. 2.18.
Рис 2.18 Нижняя часть векторной диаграммы асинхронного двигателя
; ; ; тогда: , где тогда:
, (2.56)
т.е. момент зависит от потока и активной составляющей тока ротора.
Пуск трехфазных асинхронных двигателей
Основные величины, которые определяют режим пуска, являются пусковой ток Iп и пусковой момент Мп. При пуске возникают большие токи, которые снижают напряжение в сети, а у асинхронных двигателей . В короткозамкнутых асинхронных двигателях пусковой ток , а пусковой момент Мп мал. У двигателей с фазным ротором пусковой ток , пусковой момент Мп – большой. Поэтому при тяжелых условиях пуска применяют двигатель с фазным ротором.
Способы пуска асинхронных двигателей .
1. Пуск под номинальным напряжением.
2. Пуск при пониженном напряжении:
а) Реакторный
б) Автотрансформаторный
в) Пуск посредством переключения обмотки статора со звезды на треугольник.
3. Пуск двигателя с фазным ротором.
Пуск под номинальным напряжением (прямой пуск)
Прямой пуск асинхронных двигателей простой и нет необходимости в дополнительной аппаратуре.
Недостатки:
а) большие пусковые токи, что снижает напряжение в сети, а
б) большие ударные электромагнитные моменты
в) большие динамические усилия возникают в обмотках статора.
Поэтому асинхронные двигатели большой мощности пускаются при пониженном напряжении.
Пуск асинхронного двигателя с фазным ротором
Пуск этого двигателя происходит при полном напряжении. Но за счёт введения активного сопротивления в роторную цепь увеличиваем пусковой момент и уменьшаем пусковой ток (рис. 2.23).
Рис. 2.23. Пусковая диаграмма АДФР
Пуск производится в несколько ступеней. Это делается для того, чтобы уменьшить время пуска.
Введение добавочного активного сопротивления в цепь статора.
Для ограничения величины пускового тока АД с короткозамкнутым ротором иногда в цепь статора вводят добавочное активное или индуктивное сопротивления.
При этом уменьшаются критический момент и критическое скольжение в двигательном режиме. Скорость, соответствующая критическому скольжению, несколько возрастает. Семейства механических характеристик для этих случаев изображены на рисунках.
Рис. 2.27. Механические характеристики АД при введении добавочного активного сопротивления в цепь статора |
Введение добавочного активного сопротивления в цепь ротора
Рис. 2.28. Механические характеристики АД при введении добавочного активного сопротивления в цепь статора |
Тормозные режимы асинхронного двигателя.
АД может работать в трех тормозных режимах:
а) режим с рекуперацией (отдачей) энергии в сеть;
б) режим противовключения;
в) режим динамического торможения.
Динамическое торможение
При отключении обмотки статора АД от сети, сохраняется лишь незначительный магнитный поток от остаточного намагничивания стали статора. ЭДС наводимая во вращающемся роторе и ток в роторе будут весьма малыми. Взаимодействие тока ротора с потоком от остаточного намагничивания не может создать сколько-нибудь значительного электромагнитного момента. Поэтому для получения должного тормозного момента необходимо искусственно создать надлежащий магнитный поток статора. Это может быть достигнуто подачей в обмотки статора постоянного тока или подключением к ним конденсаторов или тиристорного преобразователя частоты, обеспечивающего протекание по обмоткам статора емкостного тока, т.е. опережающего тока, создающего эффект емкости. В 1-м случае будет иметь место режим динамического торможения с независимым возбуждением, во 2-м – с самовозбуждением.
А) торможение с независимым возбуждением постоянным током
При динамическом торможении с независимым возбуждением обмотки статора отключаются от сети трехфазного тока и подключаются к источнику постоянного тока. Этот ток создает неподвижный в пространстве магнитный поток, который при вращении ротора наведет в последнем ЭДС. Под действием ЭДС в обмотках ротора потечет ток, от взаимодействия которого с неподвижным потоком возникает тормозной момент. Двигатель превращается в синхронный генератор с неявновыраженными полюсами, работающий при переменной скорости.
Симметричное включение 3-х обмоток статора в сеть постоянного тока невозможно без их переключений. Обычно используется одна из схем, приведенных на рис.
Рис. 2.30. Схемы подключения обмоток статора к источнику постоянного тока
Поскольку при питании постоянным током обмотки обладают только омическим сопротивлением, для получения нужного значения тока достаточно небольшого по величине напряжения. В качестве источника постоянного тока для двигателей небольшой и средней мощности используются полупроводниковые выпрямители, а для крупных двигателей могут использоваться специальные генераторы постоянного тока низкого напряжения.
Механические характеристики при различном значении постоянного тока и различном сопротивлении роторной цепи изображены на рисунке. Кривые 1 и 2 соответствуют одинаковому значению сопротивления цепи ротора и различным значениям постоянного тока в статоре, а кривые 3 и 4 – тем же значениям постоянного тока, но большему сопротивлению цепи ротора.
Рис. 2.31. Механические характеристики АД в режиме динамического торможения с независимым возбуждением |
Б) торможение с самовозбуждением
Этот способ торможения иногда применяется в установках с АДКЗР. Суть его заключается в том, что статор двигателя отключается от сети и к его обмоткам подключается батарея конденсаторов.
Машина будет работать самовозбужденным асинхронным генератором с отрицательным скольжением по отношению к магнитному полю, созданному в статоре свободными токами низкой частоты. Поэтому на валу двигателя возникает тормозной момент, величина которого тем больше, чем больше начальное значение отрицательного скольжения.
Рис. 2.32. Схема подключения АД в режиме динамического торможения с самовозбуждением |
Механические характеристики асинхронной машины в режиме торможения с самовозбуждением для различных значений емкости приведены на рисунке. Максимум тормозного момента при уменьшении емкости перемещается в область более высоких скоростей, причем он может в 5-8 раз превышать номинальный момент двигателя.
Рис. 2.33. Механические характеристики АД в режиме динамического торможения с самовозбуждением |
Глава 3. Машины постоянного тока
Электродвижущая сила (ЭДС) обмотки якоря
При вращении якоря секции проходят под полюсами, при этом в них наводится ЭДС . Но индукция по всей площади полюсного деления не одинакова, к краям она уменьшается из-за большого сопротивления воздуха. Поэтому в расчетах берется средняя индукция. Обмотка якоря имеет проводников. Если обмотка якоря имеет параллельных ветвей, то на одну параллельную ветвь будет приходиться проводников. Поэтому для определения ЭДС обмотки якоря достаточно определить ЭДС одной параллельной ветви. Общая ЭДС ветви будет определяться суммой ЭДС в отдельных проводниках.
, (3.5)
где , – число оборотов в минуту.
Выразим величину ( ) через число полюсов ( ) и полюсное деление ( ), тогда:
, (3.6)
где – поток одного полюса, , – коэффициент зависящий от конструкции двигателя.
Окончательно получаем следующее выражение для ЭДС якоря:
. (3.7)
Генераторы постоянного тока
Генератор постоянного тока преобразует механическую энергию в электрическую. В зависимости от способов соединения обмоток возбуждения с якорем генераторы классифицируются:
1. Генератор независимого возбуждения (рис. 3.6, a).
2. Генераторы с самовозбуждением:
а) генератор параллельного возбуждения (рис. 3.6, б).
б) генератор последовательного возбуждения (рис. 3.6, в).
в) генератор смешанного возбуждения (рис. 3.6, г).
Рис. 3.6. Классификация генераторов постоянного тока
Энергетическая диаграмма генератора независимого возбуждения
– механическая мощность на валу
– электромагнитная мощность
– отдаваемая электрическая мощность
– потери магнитные, механические, электрические, потери в щеточном контакте.
Рис. 3.7 Энергетическая диаграмма генератора независимого возбуждения
Рис. 192 |
(3.8)
(3.9)
Разделив уравнение на ток якоря , получим:
или (3.10)
Энергетическая диаграмма двигателя постоянного тока
Энергетическая диаграмма двигателя постоянного тока параллельного возбуждения представлена на рис. 3.17.
Рис. 3.17 Энергетическая диаграмма двигателя постоянного тока параллельного возбуждения
– электрическая потребляемая мощность двигателем;
– электромагнитная мощность;
– механическая мощность;
– потери в обмотке возбуждения;
– общий ток потребляемый из сети;
– разделив уравнение на ток , получим
, откуда
Пуск двигателей постоянного тока
Схема пуска, скоростные характеристики и временная диаграмма переходного процесса пуска двигателя постоянного тока представлены на рис. 3.18.
Рис. 3.18 Схема пуска, скоростные характеристики и временная диаграмма переходного процесса пуска двигателя постоянного тока
Уравнение равновесного состояния ЭДС двигателя , откуда ток равен: . При пуске двигателя ,следовательно и пусковой ток может быть больше номинального в 8÷10 раз. Это может привести к круговому огню на коллекторе и механической поломке двигателя. Поэтому, для ограничения пускового тока до используют пусковые реостаты, либо пусковые станции и ток при этом равен .
По мере разгона якоря в нем наводится, ЭДС и ток якоря уменьшается. Поэтому, после разгона якоря пусковые сопротивления в цепи якоря выводятся.
Классификация двигателей постоянного тока
Двигатели постоянного тока классифицируются в зависимости от способа соединения обмотки возбуждения с якорем:
1. Двигатель параллельного (независимого) возбуждения (если обмотка возбуждения запитана от отдельного источника напряжения, то такой двигатель называется двигателем независимого возбуждения).
2. Двигатель последовательного возбуждения.
3. Двигатель смешанного возбуждения.
Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока
С точки зрения регулирования частоты вращения, двигатель постоянного тока является универсальным. Можно регулировать скорость за счет изменения сопротивления в цепи якоря, магнитного потока и подводимого напряжения. Это видно из формулы: .
Регулирование сопротивлением в цепи якоря
Уравнения токов до и после введения сопротивления
, , откуда , т. е. ток и момент уменьшается ( ) .
При этом и скорость уменьшается. С уменьшением скорости ток якоря возрастает, и он достигнет исходного тока якоря, но при меньшей скорости .
Регулирование частоты вращения сопротивлением в цепи якоря осуществляется в сторону уменьшения скорости, рис. 3.25.
Рис. 3.25 Скоростные характеристики при изменении сопротивления в цепи якоря.
Но так как ток якоря протекает по Rр, то увеличиваются общие потери, и снижается КПД. При постоянном токе, за счет увеличения падения напряжения , скорость двигателя уменьшается.
Регулирование за счет изменения магнитного потока
Ток якоря до и после изменения потока , , их отношение . Уравнение моментов . Уменьшим поток на , т. е. , ЭДС якоря . Напряжение примем за единицу, тогда .
Ток якоря возрос в 3,3 раза, тогда , то и (возрастает).
С увеличением скорости вращения, ток якоря будет уменьшаться, но он будет больше исходного , т. к. уменьшен поток. При уменьшении потока частота вращения возрастает, рис. 3.26.
Рис. 3.26 Скоростные характеристики при ослаблении магнитного потока. |
Регулирование изменением подводимого напряжения
Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения производится следующими способами:
1) Система генератор-двигатель (Г-Д).
2) Тиристорный преобразователь – двигатель (ТП-Д).
3) Широтно-импульсное регулирование.
Система генератор-двигатель (Г-Д)
В системе Г-Д в качестве управляемого преобразователя используется генератор постоянного тока (ГПТ) независимого возбуждения, приводимый во вращение асинхронным или синхронным двигателем. Принципиальная схема системы изображена на рис. 3.27. В качестве приводного двигателя рабочей машины используется двигатель постоянного тока (ДПТ) независимого возбуждения.
Пуск системы осуществляется включением сетевого (гонного) двигателя, вращающего генератор. Приводной двигатель перед этим должен быть полностью возбужден, т.е. его магнитный поток должен быть номинальным. Напряжение на обмотке возбуждения генератора постоянного тока должно быть равно 0. При подаче напряжения на обмотку возбуждения генератора и его увеличении, он будет развивать ЭДС, появится напряжение на якоре ДПТ и последний будет разгоняться. При номинальном возбуждении генератора, напряжение на якоре ДПТ номинальное.
Рис. 3.27 Схема и механические характеристики системы Г-Д
Питание обмотки возбуждения ГПТ в современных системах Г-Д, осуществляется от тиристорного или транзисторного возбудителя (ТВ). Семейство механических характеристик двигателя в системе Г-Д, соответствующее различным значениям ЭДС генератора изображено на рис.
Система тиристорный преобразователь-двигатель (ТП-Д)
В системе Г-Д используется большое число машин, что увеличивает стоимость установки и снижает надежность.
Поэтому в последнее время для регулируемого напряжения все чаще используются статические преобразователи на базе тиристоров, рис.3.28
Рис. 3.28 Система тиристорный преобразователь – двигатель.
Увеличивая угол управления α – площадь полупериода уменьшается, уменьшается среднее значение напряжения – Uср, а следовательно уменьшается скорость вращения.
Широтно-импульсное регулирование
Рис. 3.28 Широтно-импульсное регулирование скорости ДПТ
Изменяя время импульса tи изменяется скважность ,где tи – время импульса; tп – время паузы.
Рис. 236 |
Как видим, изменяя среднее значение напряжения, можно регулировать частоту вращения двигателя. Эта система широко используется вместо контактарно-резисторных систем.
Тормозные режимы двигателя постоянного тока
Процессы торможения для значительного числа электроприводов являются очень ответственными, т.к. нечеткая работа, а тем более отказ в работе тормозного устройства, могут привести к серьезным авариям. Почти во всех рабочих механизмах с электроприводом используется электрическое торможение. Возможны следующие тормозные режимы электродвигателей:
1. Генераторное с рекуперацией энергии в сеть;
2. Торможение противовключением;
3. Электродинамическое, называемое обычно просто динамическим, торможение.
Все тормозные режимы являются генераторными.
– Конец работы –
Используемые теги: электромеханические, системы0.051
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Электромеханические системы
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов