Электромагнитный момент равен

(3.48)

В случае явнополюсной машины появляется еще дополнительный реактивный момент. Однако для практических расчетов им можно пренебречь и пользоваться формулой (3.48).

При = 90° момент имеет максимальное значение:

(3.49)

Поэтому искомое уравнение угловой характеристики принимает следующий вид:

(3.50)

С увеличением нагрузки угол возрастает. Из (3.50) видно, что вначале с увеличением угла растет и развивае­мый двигателем момент (рис. 3.33), что удовлетворяет требо­ванию устойчивой работы двигателя. В правой части гра­фика при > 90° условие устойчивой работы двигателя нарушается, так как при

увеличении нагрузки угол продолжает возрастать, а момент, развиваемый двигателем, уменьшается, вследствие чего двигатель выпадает из синхро­низма. Левая часть характеристики является рабочей частью, а правая, где угол изменяется от 90 до 180°, пред­ставляет собой неустойчивую часть характеристики.

Номинальному моменту двигателя М_номпрактически соответствует угол _НОМ ==30 25°. При этом кратность максимального момента к номинальному составляет:

.

Однако в специальных случаях применяют синхронные машины и с большей кратностью максимального момента, достигающей 3,5—4.

Синхронный двигатель может работать и в режиме гене­ратора параллельно с сетью при синхронной угловой ско­рости, когда нагрузочный момент на его валу будет иметь отрицательное значение, чему отвечает левая ветвь характе­ристики на рис. 3.29. Для торможения такой режим практи­ческого значения не имеет, так как при этом нельзя полу­чить снижения скорости.

Обычно применяется динамическое торможение синхрон­ных двигателей, при котором обмотки статора отключаются от сети и замыкаются на резисторы (рис. 3.34). Механиче­ские характеристики в этом случае подобны характеристи­кам асинхронного двигателя при динамическом торможении. Интенсивность торможения зависит от сопротивления статорной цепи и от потока, создаваемого током роторной обмотки.

№25 Основные показатели качества регулирования скорости электропривода.

Основными показателями, характеризующими различ­ные способы регулирования скорости электроприводов, являются: 1) диапазон регулирования; 2) плавность; 3) экономичность; 4) стабильность скорости; 5) направле­ние регулирования скорости (уменьшение или увеличение ее относительно основной скорости); 6) допустимая нагрузка при различных скоростях.

1. Диапазон регулирования угловой скоростиопределя­ется отношением возможных установившихся скоростей! максимальной к минимальной

:

при заданной точности регулирования (с заданным статиче­ским падением скорости электропривода) для установленных пределов изменения момента нагрузки и других возмущений.

2.Плавность регулированияхарактеризует скачок ско­рости при переходе от данной скорости к ближайшей воз­можной. Плавность тем выше, чем меньше этот скачок. Число скоростей, получаемых в данном диапазоне, определяется плавностью регулирования. Ее можно оценить коэффициен­том плавности регулирования, который находится как отношение двух соседних значений угловых скоростей при регулировании

где - и — угловые скорости соответственно на i-йи (i- 1)-й ступенях регулирования.

При плавном регулировании , а число скоростей z . В случае ступенчатого регулирования коэффи­циент плавности регулирования может существенно отли­чаться от единицы. Число скоростей, диапазон регулиро­вания Dи коэффициент плавности регулирования при та­ком регулировании связаны между собой равенством

.

Плавность регулирования во многих случаях определяет качество продукции. В практике электропривода наимень­шей плавностью регулирования обладают двухскоростные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором ( = 2). Высокая плавность регулирования угловой скорости достигается, например, в двигателе постоянного тока неза­висимого возбуждения при регулировании изменением по­тока или подводимого к якорю двигателя напряжения.

3. Экономичность регулированияхарактеризуется затра­тами на сооружение и эксплуатацию электропривода.

Необходимо отметить, что экономически выгодным ока­зывается такой регулируемый электропривод, который обес­печивает большую производительность приводимого им в действие механизма при высоком качестве технологиче­ского процесса и сравнительно быстро окупается.

При оценке экономичности регулируемого электропри­вода следует принимать во внимание надежность его в экс­плуатации, а также учитывать дефицитность материалов и оборудования, затрачиваемых на сооружение того или иного привода. Существенное значение имеют потери энергии в процессе регулирования. Потери мощности Р, возникаю­щие при регулировании скорости, определяют КПД при­вода:

где Р₂ — мощность на валу двигателя.

При работе двигателя на разных угловых скоростях следует подсчитывать так называемый средневзвешенный КПД за регулировочный цикл, состоящий из m ступеней, по выражению

.

где Р_2qи Р_q— полезная мощность и потери на q-йступени; t_q— время, в течение которого двигатель работает на, q-йступени.

Потери энергии при регулировании скорости различны для разных способов регулирования. Они сравнительно велики в системах, где регулирование ведется в главных цепях машин, и значительно ниже при регулировании в це­пях возбуждения. Последнее становится понятным, если вспомнить, что мощность цепи возбуждения, например, машин постоянного тока составляет лишь 1—5 % мощности главных цепей.

Важным экономическим показателем электропривода является коэффициент мощности и потребление реактивной энергии за рабочий цикл. В случае двигателя переменного тока сдвиг фаз между током и напряжением сети обусловли­вается потреблением реактивной мощности, затрачивае­мой на создание магнитного потока.

Зная потребляемые двигателем активную Р_аи реактив­ную Р_р мощности, можно определить коэффициент мощно­сти, с которым в данный момент работает двигатель:

,

и средневзвешенный cos _р при работе на разных угловых скоростях с разным временем и с различными нагрузками в течение цикла регулирования:

• .

Номинальный коэффициент мощности для большинства двигателей составляет cos _ном = 0,8. 0,9 и зависит от мощности двигателя. С ростом мощности и номинальной уг­ловой скорости двигателя повышается номинальный коэф­фициент мощности. Коэффициент мощности асинхронного двигателя в сильной степени зависит от нагрузки; при хо­лостом ходе коэффициент мощности мал вследствие значи­тельной реактивной мощности, затрачиваемой на создание потока, и малой активной мощности, связанной лишь с по­стоянными потерями. По мере роста нагрузки примерно до номинальной активная мощность растет быстрее реактивной и cos возрастает до номинального значения.

Коэффициент мощности синхронного двигателя также за­висит от нагрузки, однако он может быть изменен при регу­лировании тока возбуждения. При меньшем токе возбужде­ния синхронный двигатель является потребителем реактив­ной мощности. С увеличением тока возбуждения возрастает cos . При дальнейшем увеличении тока возбуждения син­хронный двигатель может работать в качестве генератора реактивной мощности.

Широкое использование управляемых полупроводнико­вых преобразователей для регулирования угловой скоро­сти двигателей постоянного и переменного тока приводит к искажению формы первичного напряжения и тока и к значительному возрастанию потребляемой из сети реактив­ной мощности. Коэффициент мощности примерно равен:

где — минимальная угловая скорость идеального холо­стого хода, соответствующая наибольшему углу регулиро­вания ; то же при = 0.

4. Стабильность угловой скоростихарактеризуется изме­нением угловой скорости при заданном отклонении момента нагрузки и зависит от жестко­сти механической характеристики; она тем выше, чем большежесткость характеристики.

Если при регулировании угловой скорости жесткость характеристики изменяется, то и отклонение скорости от заданной тоже будет изменяться. На рис. 4.1 приведены две характеристики двигателя посто­янного тока параллельного возбуждения при регулирова­нии угловой скорости введением резисторов в цепь якоря.

Если при этом момент сопротивления М_состается неиз­менным, то двигатель, работавший ранее с угловой ско­ростью ,- будет после введения дополнительного резистора в цепь якоря работать с угловой скоростью ₂. Однако при наличии изменений нагрузочного момента в некоторых пределах (± M)угловая скорость двигателя не остается постоянной, она изменяется относительно средних значе­ний или ₂. Отклонения угловой скорости , вызван­ные изменениями нагрузки, будут тем больше, чем меньше жесткость характеристики. Это обстоятельство во многих случаях ограничивает диапазон регулирования скорости.

5. Направление регулирования скорости, т. е. уменьше­ние или увеличение ее по отношению к основной скорости, зависит от способов регулирования.

Основная угловая скорость, например, двигателя по­стоянного тока независимого возбуждения соответствует номинальным значениям напряжения и магнитного потока. Эта скорость получается в том случае, когда в цепях двига­теля нет никаких внешних резисторов, т. е. точка _осн находится на естественной механической характеристике.

Различают однозонное регулирование вниз от основной скорости, однозонное регулирование вверх от основной ско­рости и двухзонное регулирование, когда имеется возмож­ность получать характеристики выше и ниже естественной.

6. Допустимая нагрузка двигателя, т. е. наибольшее значение момента, который двигатель способен развивать длительно при работе на регулировочных характеристиках, определяется нагревом двигателя и для разных способов регулирования будет различной.

Изменение нагрузочного момента в зависимости от ско­рости у различных производственных механизмов различно. Например, многие механизмы требуют регулирования при постоянном моменте. К ним относятся: подъемные краны, лебедки, некоторые прокатные станы и т. п. С другой сто­роны, существуют механизмы, у которых регулирование скорости производится с постоянной мощностью. В ка­честве примеров подобного механизма можно привести токарный станок, у которого в процессе обработки данной детали желательно поддержание постоянства линейной скорости (или скорости резания) и усилия резания. При этих условиях произведение скорости резания на усилие даст постоянство, мощности. Поддержание постоянства скорости резания достигается плавным регулированием угловой скорости электропривода.

№31 Испытание двигателя постоянного тока независимого возбуждение методом нагрузочного генератора

Уравнение механической характе­ристики двигателя постоянного тока независимого (параллельного) возбуждения имеет вид

где: n₀ - 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 (параллельного) возбуждения (ДПТ НВ) прямолинейны и пересекают ось ординат в точке холостого хода n₀ (рис 13.13 а), при этом изменение частоты вращения двигателя Δn, обусловленное изменением его механической нагрузки, пропорционально сопротивлению цепи якоря R_а =∑R + R_доб. Поэтому при наименьшем сопротивлении цепи якоря R_а = ∑R, когда R_доб = 0, соответствует наименьший перепад частоты вращения Δn. При этом механическая характеристика становится жесткой.

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 R_доб частота вращения уменьшается. Сопротивления резистора R_доб для получения искусственной механической характеристики, соответствующей требуемой частоте вращения n при заданной нагрузке (обычно номинальной) для двигателей независимого (параллельного) возбуждения:

где U — напряжение питания цепи якоря двигателя, В; I_я — ток якоря, соответствующий заданной нагрузке двигателя, А; n — требуемая частота вращения, об/мин; n₀ — частота вращения холостого хода, об/мин.

Частота вращения холостого хода n₀ представляет собой пограничную частоту вращения, при превышении которой двигатель переходит в генераторный режим. Эта частота вращения превышает номинальную n_ном на столько, на сколько номинальное напряжение U_ном подводимое к цепи якоря, превышает ЭДС якоря Е_{я ном} при номинальной нагрузки двигателя.

откуда:

На форму механических характеристик двигателя влияет величина основного магнитного потока возбуждения Ф. При уменьшении Ф (при возрастании сопротивления резистора r_peг) увеличивается частота вращения холостого хода двигателя n₀ 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 R_доб и R_рег), то меняется n₀, 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.

№32 Способы регулирования угловой скорости двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

возможны три способа регулирования его угловой скорости:

1) регулирование за счет изменения величины сопротивления реостата в цепи якоря,

2) регулирование за счет изменения потока возбуждения двигателя Ф,

3) регулирование за счет изменения подводимого к обмотке якоря двигателя напряжения U. Ток в цепи якоря Iя и момент М, развиваемый двигателем, зависят только от величины нагрузки на его валу.

Рассмотрим первый способ регулирования скорости двигателя постоянного тока изменением сопротивления в цепи якоря

Изменяя сопротивление реостата в цепи якоря можно получить при номинальной нагрузке различные угловые скорости электродвигателя на искусственных характеристиках — ω1, ω2, ω3.

Проведем анализ данного способа регулирования угловой скорости двигателей постоянного тока с помощью основных технико-экономических показателей. Так как при данном способе регулирования изменяется жесткость характеристик в широких пределах, то при скоростях менее половины номинальной стабильность работы двигателя резко ухудшается. По этой причине диапазон регулирования скорости ограничен (D= 2 -З).

Скорость при данном способе можно регулировать в сторону уменьшения от основной, о чем свидетельствуют электромеханические и механические характеристики. Высокую плавность регулирования трудно обеспечить, так как потребовалось бы значительное количество ступеней регулирования и соответственно большое число контакторов. Полное использование двигателя по току (нагреву) в этом случае достигается при регулировании с постоянным моментом нагрузки.

Недостатком рассматриваемого способа является наличие значительных потерь мощности при регулировании, которые пропорциональны относительному изменению угловой скорости. Достоинством рассмотренного способа регулирования угловой скорости являются простота и надежность схемы управления.

При втором способе регулирование угловой скорости двигателей постоянного тока независимого возбуждения осуществляется изменением величины магнитного потока за счет введения в цепь обмотки возбуждения дополнительного реостата. При ослаблении потока угловая скорость двигателя как при нагрузке, так и при холостом ходе возрастает, а при усилении потока — уменьшается. Практически возможно изменение скорости только в сторону увеличения ввиду насыщения двигателя.

Обмотки возбуждения двигателей постоянного тока независимого возбуждения обладают значительной индуктивностью. Поэтому при ступенчатом изменении сопротивления реостата в цепи обмотки возбуждения ток, а следовательно, и поток будут изменяться по экспоненциальному закону. В связи с этим регулирование угловой скорости будет осуществляться плавно.

Третий способ регулирования скорости заключается в изменении напряжения, подводимого к обмотке якоря двигателя. Угловая скорость двигателя постоянного тока независимо от нагрузки изменяется прямо пропорционально напряжению, подводимому к якорю. Поскольку все регулировочные характеристики являются жесткими, а степень их жесткости остается для всех характеристик неизменной, работа двигателя является стабильной на всех угловых скоростях и, следовательно, обеспечивается широкий диапазон регулирования скорости независимо от нагрузки. Этот диапазон равен 10 и может быть расширен за счет специальных схем управления.

№33 Реостатное и импульсное регулирование угловой скорости асинхронного двигателя Реостатное регулирование угловой скорости асинхронных двигателей

Введение резисторов в цепь ротора (реостатное регулирование) позволяет, как и для двигателей постоянного тока, регулировать угловую скорость двигателя. Регулирование осуществляется вниз от основной угловой скорости. Плавность регулирования зависит от числа ступеней включаемых резисторов.

Для асинхронных двигателей с фазным ротором применяется регулирование скорости путем изменения сопротивлений в цепи ротора, а для двигателей с короткозамкнутым ротором используются сопротивления в цепи статора, как это показано на рис. 6.1

а) б)

Рисунок 6.1–Схемы включения резисторов в цепь ротора а) и статора б)

(6-1)

Согласно выражениям (6-1) при увеличении активного сопротивления вторичной цепи увеличивается критическое скольжение, и механическая характеристика становится более мягкой (см. рис. 6.2).

а) б)

Рисунок 6.2 – Механические характеристики асинхронного двигателя при регулировании скорости изменением сопротивления в цепи ротора а) и статора б)

При увеличении скольжения в 2 раза по сравнению с номинальным, т. е. при снижении скорости всего лишь на 8 15%, допустимый момент уменьшается в 2 раза. По этой причине диапазон регулирования обычно не превышает (1,5 2):1.

При неизменном моменте нагрузки и реостатном управлении потери мощности в роторной цепи изменяются пропорционально скольжению, а потери в статоре не зависят от скольжения и остаются неизменными при данном моменте нагрузки. Если, например, скорость двигателя снижена вдвое по сравнению с номинальной, то примерно половина всей потребляемой из сети мощности теряется в регулировочных резисторах. Следовательно, с ростом регулировочного сопротивления при одном и том же скольжении снижается к. п. д.

К недостаткам реостатного регулирования скорости относятся также мягкость механических характеристик и зависимость диапазона регулирования от величины нагрузки. В частности, регулирование скорости на холостом ходу практически невозможно.

Реостатное регулирование скорости асинхронного двигателя с фазным ротором продолжает находить практическое применение при невысоких требованиях к точности регулирования.

Реостатное регулирование благодаря своей простоте находит практическое применение, например, в приводе подъемно-транспортных устройств, вентиляторов и насосов малой и средней мощности (до 100 кВт)

Дата добавления: 2015-06-30; просмотров: 669; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!