Размещено на http://www.allbest.ru/

• 1. Определение и структура электропривода вместе с описанием
• Электропривод (далее ЭП) - это электромеханическая система, предназначенная для обеспечения движения рабочей машины или технологических устройств, состоящая из электродвигателя, передаточного механизма, преобразователя питания и управляющего устройства.
• Основным элементом любого электропривода служит электродвигатель, который вырабатывает механическую энергию за счёт потребляемой электрической энергии, т.е. является электромеханическим преобразователем энергии. В некоторых режимах работы привода электродвигатель осуществляет и обратное преобразование энергии, получая механическую энергию от исполнительного органа рабочей машины.
• От электродвигателя механическая энергия через передаточное устройство (механическое, гидравлическое, электромагнитное) подаётся на исполнительный орган рабочей машины, за счёт чего тот совершает требуемое механическое движение. (Функция передаточного устройства заключается в согласовании параметров движения электродвигателя и исполнительного органа. Прогрессивным направлением развития электропривода является использование непосредственного соединения электродвигателя с рабочей частью машины, что позволяет повысить технико-экономические показатели системы. Для получения питающего напряжения с требуемыми для электродвигателя параметрами и управления потоком этой энергии между двигателем и источником электроэнергии включается силовой преобразователь. Функции управления и автоматизации в электроприводе осуществляются управляющим устройством. Это устройство вырабатывает сигнал управления с помощью входного сигнала, задающего характер движения исполнительного органа, и ряда дополнительных сигналов, дающих информацию о реализации технологического процесса рабочей машины, характере движения исполнительного органа, работе отдельных узлов электропривода, возникновении аварийных ситуаций и др.
• 2. Преимущества ЭП. Составные элементы ЭП
• Экономичность и высокий КПД
• Широкий диапазон мощностей и скоростей
• Многообразие конструкций
• Простота автоматизации технологических процессов
• Экологическая чистота электродвигатель является основным элементом электропривода в целом, поскольку он является источником механической энергии. К механической системе ЭП принадлежит только ротор электродвигателя (якорь у двигателей постоянного тока) (который обладает моментом инерции, вращается с определённой скоростью и обуславливает приводящий в движение или тормозящий момент.)
• 3. Основное уравнение движения ЭП при вращательном движении. Основная задача ЭП

электропривод механический двигатель передаточный

Основное уравнение

Частная форма

момент инерции угол поворота

момент двигателя статический момент сопротивления

динамический момент,возникающий во время динамических и переходных процессов

характеризует изменение системы электропривода при изминении угловой скорости за промежуток времени

- -изменение в системе электропривода,вызванное изменением момента инерции c изменением угла поворота

Оснавная задача ЭП привести в движение предаточный механизм.

В конечном итоге задачей электропривода является обеспечение движения рабочего органа рабочей машины в соответствии с требованиями технологического процесса.

4. Примеры передаточных механизмов. Какие преобразования возможны в ПМ

Передаточный механизм преобразовывает механическую энергию. Благодаря нему может увеличиться или уменьшиться скорость и измениться характер движения. Например, вращательное движение может превратиться в прямолинейное, в обратно поступательное и т.д. К передаточным механизмам относятся редукторы, зубчатые и ременные передачи, лебёдка с тросом, кривошипные механизмы и др. ПМ характеризуется передаточным отношением, т.е. отношением выходящей и входящей скоростей, механической инерцией и упругостью элементов механизма, а также трением и люфтом.

5. Условие стабильной работы. Определение переходных процессов и причины возникновения

В устойчивом положении, когда нагрузка и скорость вращения неизменны, механика ЭП сокращается до одного основного условия: вращающий момент двигателя равен нагрузочному моменту.

Переходные процессы.

Под переходными процессами понимают процессы от перехода от одного состояния ЭП к другому, т.е. переход от покоя к вращению и обратно, от одной скорости к другой (пуск, торможение, реверс, сброс нагрузки) переходные процессы - явлении, которое связано с изменением скорости, нагрузочного момента и других величин.

Причины возникновения.

Для большинства работающих машин протекание переходных процессов имеет существенное значение. Например: для привода с цикличной работой производительность машин зависит от длительности пуска и торможения. Увеличение этих циклов приводит к увеличению длительности рабочего цикла, а следовательно к уменьшению производительности. Но при сокращении длительности этих режимов возрастают динамические нагрузки в элементах рабочей машины, что может привести к разрушению. Причины переходных процессов в ЭП являются механическая и электромагнитная инерционность. Механический ПП учитывается только механическая инерция движущихся частей. Электромагнитный ПП учитывает электромагнитную инерцию индуктивности обмоток электрических машин. ПП - описываются сложными дифференциальными уравнениями.

6. Что такое статический, динамический момент и момент двигателя? Как получить точку А, т.е. точку устойчивой работы ЭП? Показать получение точки устойчивой работы на графике

Момент противодействия, обусловленный рабочей машиной, называется обычно статическим моментом сопротивления или просто статическим моментом и обозначается Ts.

(Все возникающие в реальности статические моменты можно разделить на полезные моменты и моменты потерь. Компоненты полезных моментов связаны с происходящим в машине рабочим процессом, преодолевая их, получаем полезную работу - поднимаем груз, разрезаем металлическую пластину и т.д. Момент потери обусловлен в первую очередь силами трения, для преодоления которых также необходимо совершать работу.)

Динамический момент и в общем случае

Динамика электропривода определяется совместным действием момента вращения приводного электродвигателя и полного статического момента привода T_s. Возникающий при этом результирующий момент получил название динамического момента привода T_d. Этот момент и вызывает ускорение или замедление привода.

T_m - Момент двигателя

момент (сила) двигателя позитивен, т.к. он содействует движению, что

означает, направлен в сторону движения. (больше ни чего не нашел)

J момент инерции

Как следует из основного уравнения движения электропривода, в установившемся режиме, когда ускорение dw/dt = 0 , момент двигателя равен статическому моменту: T = Ts. Этому установившемуся режиму соответствует точка пересечения А механических характеристик двигателя и рабочей машины в координатной плоскости момент-скорость (рисунок 2.8).

(По этой же координатной плоскости легко можно проследить влияние изменения нагрузки или регулирования скорости. Например, если нагрузка, т.е. статический момент рабочей машины, увеличивается, то механическая характеристика нагрузки сдвигается вправо и изменяется положение рабочего пункта установившегося режима. При этом постоянная скорость уменьшается. При преднамеренном изменении скорости (например, при помощи введения дополнительного реостата) изменяется форма характеристики двигателя. Она сдвигается вниз на координатной плоскости. Вслед за ней сдвигается также рабочая точка и рабочая скорость уменьшается.)

7. Механическая характеристика ЭД (что показывает?, график, формула, соответствующие ЭД)

Механическая характеристика электродвигателя - это зависимость между его моментом и скоростью T f или T f n

Обычно у электродвигателей при возрастании скорости вращающий момент уменьшается. Размер уменьшения показывает жёсткость характеристики:

1. Абсолютно жёсткая характеристика, у которой >?. Это значит, что скорость не зависит от нагрузки. Такая характеристика у синхронных двигателей.

2. Жёсткая характеристика, в случае которой скорость мало зависит от нагрузки. К такой группе относятся двигатели, скорость которых изменяется при холостом ходе и номинальной нагрузке не больше, чем на 8…10 %. Например, асинхронный двигатель в области нормальной работы, двигатель постоянного тока независимого или параллельного возбуждения в нормальном режиме без дополнительных сопротивлений в цепи якоря.

3. Мягкая характеристика, в случае которой скорость сильно зависит от нагрузки. Такой тип характеристик называется также характеристикой последовательного возбуждения, т.к. основным представителем этой группы является двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением (так же со смешанным возбуждением и асинхронные двигатели с большим критическим скольжением).

8. Что такое естественная и искусственная характеристики? Нарисовать график естественной и искусственных механических характеристик одного и того же двигателя. Формула механической характеристики ЭД в общем виде

Естественной механической характеристикой называется характеристика двигателя при нормальном включении и номинальных условиях (при номинальном напряжении, частоте, магнитном потоке и отсутствии дополнительного сопротивления в главной цепи двигателя). Все оставшиеся характеристики, получаемые при пониженном напряжении или частоте, подсоединении сопротивления к какой-либо цепи, другом подключении и т.д. имеют общее название искусственные характеристики.

ДПТНВ

Естественная и реостатные (искусственные) характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения

- формула механической характеристики ДПТНВ, где - угловая скорость; - напряжение питания; - магнитный поток; - общее сопротивление якоря; - электромагнитный момент. Так же , где - коэффициент пропорциональности, зависит от параметров двигателя; - число пар полюсов; - число активных проводников обмотки якоря; - число параллельных ветвей обмотки якоря.

ДПТПВ

Механические характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения при различных напряжениях питания U_я

- механическая характеристика ДПТПВ

Rm Ra Re Rlp - общее сопротивление последовательно соединённых обмоток двигателя, называемое иногда просто сопротивлением машины. Так же , откуда

ДПТСВ

Естественная (1) и искусственные механические характеристики двигателя постоянного тока смешанного возбуждения

Асинхронный двигатель

Естественные и искусственные механические характеристики асинхронного двигателя

- уточненная формула механической характеристики асинхронного двигателя (формула Клосса).

- упрощенная формула механической характеристики асинхронного двигателя (справедлива для мощных асинхронных машин).

9. Привести примеры механизмов, работающих преимущественно в переходных режимах. Какие виды переходных процессов существуют? С чем они связаны? Какой из них наиболее опасен и почему

В процессе работы электропривода происходят изменения параметров его работы. Причиной этому могут быть преднамеренные действия, связанные с технологическим процессом рабочей машины: пуск двигателя, его остановка, торможение, реверсирование, регулирование частоты вращения. Возможны и случайные возмущения, приводящие к изменениям параметров работы электропривода, например колебания напряжения или частоты тока в питающей сети.

При изменениях параметров электропривод переходит из одного установившегося состояния в другое, с другими значениями момента, скорости, силы потребляемого тока. Режим работы электропривода при переходе от одного установившегося состояния к другому, с другими значениями момента, частоты вращения, тока и других параметров называют переходным режимом. Явления, возникающие при переходных режимах, называют переходными процессами.

Технологические операции некоторых рабочих машин таковы, что они непрерывно создают в электроприводе переходные процессы (подъёмные краны, дробилки, прокатные станы, прессы, транспортные средства и др.). В приводных двигателях переходные процессы разделяются на электромагнитные, механические и тепловые. Электромагнитные переходные процессы связаны с изменениями магнитных полей и ЭДС, индуцированными этими полями.

Тепловые переходные процессы обусловлены, главным образом, колебаниями величин токов, тепловое воздействие которых вызывает изменение температуры нагрева двигателя.

Механические переходные процессы обусловлены инерцией движущихся частей электропривода, они возникают при изменениях скорости движения этих частей.

Важнейшим параметром переходного процесса является его продолжительность.

Электромагнитные переходные процессы в электродвигателе по сравнению с механическими переходными процессами имеют небольшую продолжительность, и в большинстве случаев они не оказывают значительного влияния на работу электропривода. Продолжительность тепловых переходных процессов, в силу их инерционности, во много раз больше механических. Из этого следует, что наибольшее влияние на работу электропривода в переходных режимах оказывают механические переходные процессы, которые, применительно к электроприводу, принято называть электромеханическими.

10. Уметь рассчитывать и знать взаимосвязи между мощностью, моментом, скоростью, частотой вращения, перегрузочной способностью двигателя

(возможно он имел ввиду другие формулы, если найду - исправлю)

- перегрузочная способность по моменту; - перегрузочная способность по току.

11. Каковы цели электрического торможения? Перечислить методы электрического торможения

Электродвигатели часто используются в режиме тормоза. При этом вращающий момент двигателя действует в направлении противоположном движению. Цель электрического торможения может быть двухсторонней.

Во-первых, сохранение необходимого установившегося режима, т.е. сохранение привода на постоянной скорости при моменте нагрузке содействующем движению. Типичный пример - это спуск груза, при котором развиваемый двигателем тормозящий момент уравновешивает статический момент груза и обеспечивает необходимую скорость спуска. Необходимость подобного торможения возникает исключительно в случае, когда статический момент способствует активному (потенциальному) движению. При торможении механическая потенциальная энергия передаётся от рабочей машины двигателю привода, где она преобразуется в электрическую энергию или далее полностью или частично в тепло.

Во-вторых, уменьшение скорости двигателя для его торможения, перехода к меньшей рабочей скорости или реверсирования. Этот процесс может происходить при всевозможных статических моментах. В одних случаях статический момент способствует замедлению (реактивный момент, подъёмный момент при поднимании груза), в других наоборот - препятствует (подъёмный момент при спуске груза). В первом случае происходит уменьшение скорости при любом значении тормозящего момента, во втором случае тормозной момент двигателя должен быть больше статического момента по абсолютному значению.

На практике торможение очень часто более сложная и ответственная операция, чем запуск. Если незапуск привода означает по большей части простой в работе механизма, то последствиями неработы тормозного включения или неправильности работы могут стать серьёзные аварии. Для примера важности правильного торможения достаточно рассмотреть подъёмный механизм, который должен обеспечить равномерный спуск при очень разносторонних скоростях и нагрузках. В механизмах с большой маховой массой, как например, в центрифугах, для укорочения времени торможения используется электрическое торможение. В рабочих станков электрическое торможение позволяет достичь большую точность при остановке какого-либо рабочего органа в необходимом положении.

Разработаны три метода электрического торможения, каждый из которых можно применить практически в любом приводе.

1. Рекуперативное торможение. В данном случае двигатель привода работает в режиме генератора, отдавая энергию обратно в сеть.

2. Электродинамическое или просто динамическое торможение, при котором двигатель работает также в режиме генератора, но энергия поглощается реостатами и обмотками двигателей и рассеивается в виде тепла.

3. Торможение противовключением, где способ включения двигателя при сетевом питании соответствует направлению вращения, который противоположен реальному направлению вращения в данный момент; энергия поглощается реостатом и обмотками двигателя.

Реализация динамического торможения возможна двумя вариантами: с внешним и собственным возбуждением. Динамическое торможение с собственным возбуждением используется, как правило, редко и главным образом в качестве аварийного торможения.

12. Описать принципы работы всех методов электрического торможения, указывая при этом хотя бы по одному преимуществу и недостатку

Тормозной режим с отдачей энергии в сеть (рекуперативное торможение). Этот режим имеет место в том случае, если при работе двигателя в двигательном режиме на его вал со стороны механизма станет воздействовать момент, не препятствующий, а способствующий движению. Тогда под действием суммы моментов привод будет ускоряться, в результате чего ЭДС двигателя возрастает, а ток в якорной цепи, определяемый по формуле

,

уменьшается. При достижении двигателем угловой скорости идеального холостого хода щ₀ его ЭДС станет равной напряжению сети, а ток станет равен нулю:

.

Под действием статического момента скорость двигателя будет нарастать (щ > щ₀ ), вследствие чего его ЭДС станет больше напряжения сети, поэтому

Таким образом, момент, развиваемый ·двигателем, 'Изменит свое направление, т. е. станет не движущим, а тормозным. Установившееся значение скорости достигается в тот момент времени, ·Когда движущий статический момент станет уравновешиваться тормозным моментом электродвигателя. Электрическая машина в этом случае становится генератором, преобразуя механическую энергию в электрическую и отдавая ее в сеть.

На практике такой режим торможения часто используется в подъемно-транспортных установках. На рис. 2-8 изображены механические характеристики двигателя и показано, как при спуске груза со статическим моментом М_с осуществляется его реверс. Характер изменения момента двигателя М указан стрелками.

В начале процесса спуска груза для ограничения М в якорную цепь вводится дополнительное сопротивление, а затем двигатель переключается на естественную механическую характеристику.

Установившееся значение скорости _c, незначительно превышает скорость . Поэтому такой тормозной режим спуска груза производится со скоростью, немного большей скорости подъема.

Естественно, в таком тормозном режиме невозможно остановить механизм.

Преимущества:

· надёжность;

· переход с режима двигателя на режим генератора происходит автоматически без переключения;

· экономичность (энергия торможения возвращается обратно в сеть).

Недостатки: торможение не возможно осуществить при малых скоростях.

Электродинамическое торможение. В режиме электродинамического (динамического) торможения якорная цепь двигателя замыкается на внешний тормозной резистор R_тр (рис. 2-9, а), а обмотка независимого возбуждения ОВ остается включенной в сеть, чтобы сохранить неизменность магнитного потока. Поскольку якорь двигателя отключается от сети, но сохраняет прежние направление вращения и ЭДС, ток в якоре (момент) изменяет направление и становится тормозным:

,

где .

При этом кинетическая энергия, запасенная в механической части привода (при реактивном статическом моменте) или потенциальная энергия (при активном M_с, например опускаемого груза), превращаются в теплоту и рассеиваются сопротивлением якорной цепи R. Поэтому такое торможение является диссипативным, в отличии от рекуперативного. Уравнение механической характеристики для этого режима получается из выражения

,

где ; ; щ₀ - скорость идеального холостого хода; Ц = Ц_ном), при U = 0:

.

Характеристики, рассчитываемые по данной формуле при R= var (различных значениях R?), представляют собой пучок прямых с центром в начале координат, расположенных во втором и четвертом квадрантах. Процесс переключения привода из двигательного в данный тормозной режим при рассеивании запаса кинетической энергии изображен на рис. 2-9, б.

Первоначально привод работал в точке 1 со статическим моментом M_c и со скоростью щ_c. После отключения якоря двигателя от сети и замыкания его на внешнее сопротивление R_тр привод переключается в точку 2 с начальным тормозным моментом M₂. Далее по мере убывания скорости уменьшается и тормозной момент M_тр, стремясь к нулевому значению.

Процесс динамического торможения при наличии активного статического момента (рассеивания потенциальной энергии) представлен характеристикой 2-3-0 (рис. 2-8).

Первоначально при опускании груза, развивающего активный статический момент M_c, двигатель работает в тормозном режиме с отдачей энергии в сеть и скоростью щ_c (точка 1). Если теперь замкнуть якорь двигателя замкнуть на внешний резистор R_тр, обеспечивающий получение характеристики динамического торможения вида 2-3-0, то произойдет переключение двигателя в точку 2. При этом благодаря тому, что щ_c0, ток в якоре (по формуле: - характеристика двигательного режима после реверса) и момент двигателя M₂ больше нуля. Поскольку M₂> M_c, то вращение замедляется до значения щ_c. В результате груз опускается с новой установившейся скоростью , соответствующей точке 3 на механической характеристике динамического торможения. Возможно и новое снижение установившейся скорости опускания груза , если уменьшить сопротивление резистора или закоротить якорь. Различие режимов динамического торможения при реактивном и активном статических моментах состоит в том, что в первом случае процесс торможения совершается до полной остановки привода, а во втором - только до скорости установившегося движения щ_c. Поэтому для достижения полной остановки механизма в конце электродинамического торможения переходят на механическое торможение, для которого используют специальное устройство.

В аварийных режимах при потере напряжения в сети можно использовать режим динамического торможения с самовозбуждением. В этом случае обмотка возбуждения подключается к якорю двигателя, отключенному от сети, с сохранением прежнего направления тока возбуждения. При этом тормозной режим сохраняется до тех пор, пока зависимость Е = f (i_в) будет превышать вольтамперную характеристику обмотки возбуждения U_в= f (i_в) (рис. 2-10). Таким образом, снижение скорость вращения приводит к интенсивному уменьшению тока в якоре и тормозного момента, что отмечено точкой 2 на механической характеристике двигателя, работающего в тормозном режиме (рис. 2-10, б). Дальнейшее торможение привода до полной остановки (при наличии реактивного момента) совершается в основном под действием момента сил трения всей системы. Этот режим находит очень ограниченное применение.

Преимущества динамического торможения с внешним возбуждением:

· надёжность;

· простота схемы соединения;

· плавность торможения;

· экономичность;

· возможность получения относительно жёсткой характеристики.

Недостатки:

· уменьшение тормозного момента с уменьшением скорости;

· потеря тормозного момента при исчезновении напряжения возбуждения.

Преимущества динамического торможения с собственным возбуждением:

· надёжность;

· простота схемы соединения;

· экономичность;

· возможность торможения при отсутствии сетевого питания.

Недостатки: отсутствие тормозного момента при критически малых скоростях.

Торможение противовключением. Противовключением называют режим, при котором якорь двигателя вращается под действием моментов, определяемых запасами кинетической или потенциальной энергии в противоположном направлении, по сравнению с действием электромагнитного момента.

Так, при наличии реактивного статического момента торможение противовключением получают, изменяя полярность на зажимах якоря, как при реверсе (рис. 2-11, а), и включив в цепь якоря тормозной резистор R_тр. После переключения полярности якоря двигатель переходит из начальной точки работы 1 в точку 2 на новой механической характеристике, проходящей через точку щ₀ (рис. 2-11, б). Благодаря изменению полярности в сети питания, ток двигателя из меняет свой знак и при .работе привода во втором квадранте определяется уравнением

,

где .

При этом происходит интенсивное торможение привода, благодаря действию суммарного отрицательного динамического момента

.

В точке 3 происходит остановка двигателя, поскольку реактивный статический момент, меняя свой знак, препятствует вращению привода в противоположную сторону.

Если режим противовключения осуществляется с меньшим сопротивлением R_тр, и новая механическая характеристика является лучом, проходящим через точку 4, то тормозной режим противовключения не заканчивается в точке 5. Двигатель может совершить реверс и перейти в двигательный режим работы с установившейся скоростью щ_с, определяемой координатами точки 6. Для исключения реверса привода при достижении точки 5 двигатель отключают от сети и осуществляют механическое торможение.

При наличии активного статического момента режим противовключения получают без переключения полярности на якоре двигателя, лишь введением большого сопротивления R_тр (рис. 2-12, а). Тогда под действием потенциальных сил якорь двигателя затормаживается, а затем начинает вращаться в противоположном направлении, и ЭДС меняет свой знак. Поэтому ток (момент) двигателя при работе в четвертом квадранте, сохраняя прежнее направление, определяется по формуле .

Процесс перехода привода из двигательного режима в тормозной - противовключения изображен на рис. 2-12, б. Очевидно, в этом случае возможно обеспечить тормозной режим с различными скоростями и полную остановку привода (точка 6), что зависит от сопротивления R_тр.

Работа привода при скорости , применяемая в подъемно-транспортных устройствах, называется силовым спуском груза.

Заметим, что при идентичных исходных состояниях привода, определяемых точкой 1 и сопротивлением R_тр, процесс достижения нулевой скорости при наличии реактивного момента (точка 3 на рис 2-11, б) будет происходить значительно быстрее, чем при наличии активного момента (точка 3 на рис 2-12, б). Это объясняется тем, что при работе привода в первом квадранте динамический момент, а следовательно, и замедление определяется не суммой моментов

, а их разностью .

В отличии от генераторного торможения с отдачей энергии в сеть, в режиме противовключения к двигателю подводится от сети мощность P_эл и со стороны механизма - P_м. Следовательно потери Дp ,будут:

.

Таким образом, режим противовключения обеспечивает интенсивное торможение привода до полной остановки, но сопровождается значительным потреблением энергии от сети и существенным нагревом обмоток двигателя и сопротивлений при ее рассеивании.

Преимущества торможения противовключением:

· надёжность при любой скорости;

· возможность полной остановки;

· наличия момента торможения при стоящем двигателе;

· интенсивность торможения;

· относительно стабильный момент торможения.

Недостатки:

· возможность самопроизвольного реверса;

· большое потребление электроэнергии;

· маленькая жёсткость тормозных характеристик.

13. Почему следует ограничивать пусковые токи? Какие способы для этого существуют? Какое оборудование позволяет их реализовать

При включении в сеть двигателя постоянного тока в начальный момент якоря неподвижен, а следовательно, ЭДС E a=0 . В этих условиях ток якоря (начальный пусковой ток) ограничивается лишь электрическим сопротивлением обмоток и щёточных контактов в цепи якоря

Величина R a невелика, поэтому начальный пусковой ток двигателя достигнет значения в 10 - 40 раз, превышающего его номинальное значение. При этом двигателям большой мощности соответствует более высокая кратность пускового тока. Такое превышение начального пускового тока недопустимо, так как это ведёт к перегреву обмоток, появлению слишком большого пускового момента, который оказывает на якорь и подвижную часть электропривода ударное воздействие, что может привести к механическому повреждению движущихся частей электропривода. Кроме того, этот ток вызовет значительное падение напряжения в сети, что может нарушить работу других устройств, включённых в эту сеть. Но основным фактором, ограничивающим пусковой ток двигателя постоянного тока, является нарушение коммутации, опасность появления на коллекторе ?кругового огня?, что создаёт пожароопасность и может привести к оплавлению коллектора.

Уменьшение пускового тока возможно двумя способами: снижением напряжения питающего сети или повышением сопротивления цепи якоря. Первый способ возможен только при питании двигателя от индивидуального источника электроэнергии, допускающего регулирование подводимого к двигателю напряжения, например, от управляемого полупроводникового выпрямителя. Следует подробнее рассмотреть второй способ ограничения пускового тока, основанного на увеличении сопротивления цепи якоря. При введении в цепь якоря внешнего сопротивления в виде резистора R lisa начальный пусковой ток равен:

Таким образом, можно подобрать такое сопротивление резистора, при котором начальный пусковой ток I1 не превысит допустимого значения. Однако выбранное сопротивление удовлетворит лишь началу пуска. Но как только якоря начнёт вращение, в обмотке якоря будет индуцироваться ЭДС, которая ограничит величину тока якоря и соответственно уменьшит величину начального пускового момента. Чтобы поддержать пусковой ток, а, следовательно, и пусковой момент на прежнем уровне, необходимо уменьшить сопротивление резистора R lisa .

С этой целью в цепь якоря включают резистор переменного сопротивления, называемый пусковым реостатом (kaivitusreostaat, KR) со ступенчатой регулировкой сопротивления (рисунок а).. Такой реостат позволяет изменять внешнее сопротивление, вводимое в цепь якоря, от наибольшего значения в начале пуска до нулевого по окончании процесса пуска. Сопротивление реостата следует вводить медленно, по мере разгона якоря, так как при резком уменьшении сопротивления KR произойдёт значительный бросок пускового тока. В то же время следует помнить, что пусковые реостаты рассчитаны на кратковременное включение и оставлять их включёнными в промежуточном положении на продолжительное время не следует.

Если процесс пуска двигателя автоматизирован, то переключение ступеней пускового реостата осуществляется посредством контакторов, которые своими контактами KM1, KM2, KM3 шунтируют элементы (резисторы) пускового реостата при переключении его ступеней (рисунок b).

14. Основные три уравнения для расчёта характеристик двигателя. (бонусное задание! Уметь вывести электромеханическую и механическую характеристики ДПТНВ при помощи данных уравнений)

При вычислении характеристик постоянного тока отталкиваются от следующих основных уравнений:



где U - сетевое питание, E - обратная ЭДС, индуцированная в обмотке якоря, Ia - ток цепи якоря,

w- угловая скорость, T - электромагнитный момент двигателя, Ф - магнитный поток на полюс и

R - общее сопротивление цепи якоря.

(Из конспекта)

Электромеханическая хар-ка зависимость скорости ОТ ТОКА

Механическая хар-ка - зависимость скорости ОТ МОМЕНТА

(- из 3 формулы >)

- ур-ние мех. Хар-ки

- идеальный хол. ход

Рассмотрим физическое содержание приведённых уравнений. Первое из них представляет второй закон Кирхгофа, записанный относительно цепи якоря двигателя: сетевое напряжение уравновешивается, индуцируемой в обмотке якоря, обратной электродвижущей силой и падением напряжением на сопротивлениях. Из этого же выражения можно выразить ток якоря:



Второе уравнение определяется величину индуцируемой ЭДС, отталкиваясь от закона электромагнитной индукции, который гласит, что индуцируемая в движущемся проводнике ЭДС пропорциональна магнитному потоку и скорости движения проводника (в данном случае скорости вращения двигателя). Значение коэффициента kE зависит от параметров двигателя:

где p - число пар полюсов, N - число активных проводников обмотки якоря и a - число параллельных ветвей обмотки якоря.

Третье уравнение, выражающее вращающий момент, вытекает из известного закона электротехники о силе, действующей на проводник, находящийся в магнитном поле. Эта сила пропорциональна плотности поля (в данном случае и магнитному потоку) и току, проходящему через проводник. Коэффициент пропорциональности

15. Нарисовать схему подключения ДПТНВ. График естественной и искусственных механических характеристик ДПТНВ и их пояснение. К какому типу механических характеристик относится характеристика ДПТНВ

На рисунке изображены механические характеристики двигателя независимого возбуждения, которые получены при помощи вышеприведённых уравнений. Поскольку между вращающим моментом и скоростью преобладает линеарная зависимость, то характеристики представляют собой прямые линии. Режим, при котором электромагнитный момент, а также ток якоря Ia равны нулю, называется идеальным холостым ходом. В случае, когда напряжение питания и магнитный поток постоянны, естественные характеристики и соответствующие сопротивлению реостата реостатные характеристики пересекают ось ординат в точке, которой соответствует скорость идеального холостого хода

При использовании двигателя для поддержания движения какой-либо рабочей машины в первую очередь имеет значение вращающий момент на валу, который отличается от электромагнитного момента по причине наличия механических потерь (потери трения в подшипниках двигателя, потери на вентиляцию) и потерь в железе якоря. При определённой доле допущения момент потерь T0 можно рассматривать в качестве постоянной величины. В режиме двигателя момент на валу T меньше электромагнитного момента T em на момент потерь:

Поэтому более точно механические характеристики двигателя независимого возбуждения описываются пунктирной линией на рисунке Часто момент на валу считается равным электромагнитному моменту, т.к. разница между ними очень мала (в пределах нескольких процентов), и формула механической характеристики используется без исправлений. В дополнение к упомянутому уже упрощению вычисления механической характеристики допускаются ещё несколько упрощений, главные из которых перечислены ниже.

1. Не берётся в учёт падение напряжения на щётках в цепи якоря. При желании это можно учесть, добавив ко второму компоненту уравнения падение напряжения на щётках 2?U h:

Падение напряжения на одну пару щёток составляет порядком 2 вольт. При расчёте машин, рабочее напряжение которых несколько сотен вольт, влиянием падения напряжения на щётках можно пренебречь. Влияние падения напряжения на щётках стоит учитывать при низковольтных машинах или при работе высоковольтных машин на низком напряжении.

2. В выражениях электромеханической и механической характеристик магнитный поток Ф??считается постоянной величиной (при допущении, что ток возбуждения не изменяется). Это не совсем точно, т.к. в каждой машине в той или иной степени возникает реакция якоря, т.е. влияние тока якоря на основное магнитное поле. Большие машины мощностью несколько тысяч ватт для преодоления этого явления оснащаются обмоткой компенсации и их магнитный поток с большой точностью можно считать постоянным. У малых машин напротив влияние реакции якоря ощущается. Поэтому взаимосвязь между вращающим моментом и током возбуждения не пропорциональна, как это следует из выражения при постоянном магнитном потоке, а при больших значениях тока якоря под влиянием уменьшения потока момент растёт медленнее.

По этой же причине развиваемая скорость при больших нагрузках больше, чем получается при упрощённом вычислении характеристик В характеристике возникает возвышающаяся часть, которая может стать причиной нестабильности работы. Поэтому многие маленькие двигатели независимого возбуждения оснащаются обмоткой стабилизации. Для облегчения аналитического рассмотрения часто магнитный поток берётся в виде постоянного значения, оставляя тем самым неучтённым влияние реакции якоря, хотя это может иногда привести к существенным ошибкам. Естественная характеристика двигателя постоянного тока независимого возбуждения принадлежит к числу жёстких характеристик - скорость двигателя падает с увеличением нагрузки незначительно. Используя уравнение механической характеристики находят аналитическое выражение жёсткости

Как видно по приведённому выше уравнению, жёсткость характеристики обратно пропорциональна сопротивлению цепи якоря и больше при отсутствии дополнительных сопротивлений, т.е. при естественной характеристике. Путь пролегания характеристики можно ещё охарактеризовать падением скорости или изменением скорости ?w , измеренными от холостого хода до рассматриваемой нагрузки , выражаемыми в виде:

Поскольку естественные механические и электромеханические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения приведены при упрощённом расчёте в виде прямых, то для их построения достаточно двух точек, которые можно выбрать из трёх характерных пунктов: рабочая точка, соответствующая номинальной нагрузке, точка идеального холостого хода и точка короткого замыкания.

16. Каково принципиальное отличие ДПТПВ? Чем оно обусловлено? Нарисовать схему подключения ДПТПВ

Рабочий процесс двигателя постоянного тока последовательного возбуждения описывается теми же основными уравнениями, что и двигатель независимого возбуждения. Основное отличие этих двигателей состоит в способе соединения обмоток. Обмотка возбуждения двигателя последовательного возбуждения соединена последовательно с якорем и поэтому ток якоря равен току возбуждения. Исходя из этого, магнитный ток машины сильно зависит от рабочего режима и нагрузки.

17. График естественной и искусственных механических характеристик ДПТПВ и их пояснение. Каков основной недостаток и область применения данного типа двигателя

Естественные характеристики

n=f(I)

Из графика видно, что при ненасыщенной магнитной системе (при малых нагрузках) с увеличением нагрузки частота вращения резко убывает. Но затем наступает насыщение магнитной системы двигателя и магнитный поток при возрастании нагрузки практически не изменяется и скоростная характеристика приобретает почти прямолинейный характер, Такую характеристику принято называть мягкой.

(При уменьшении нагрузки ДПТ 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 вращающий момент с двигателя на рабочий механизм передают только с помощью зубчатых передач. Применение ременных и цепных передач недопустимо, так как при разрыве гибкой связи может произойти «разнос» двигателя.)

Электромагнитный момент Т при увеличении нагрузки резко возрастает, так как он пропорционален квадрату тока нагрузки.

Механическая характеристика n=f(М)

В этом двигателе обмотка возбуждения включена последовательно в цепь якоря, поэтому магнитный поток Ф зависит от тока нагрузки I=Iа=Iв.

При небольших нагрузках магнитная система машины ненасыщена и зависимость магнитного потока от тока нагрузки прямо пропорциональна, т.е. Ф=кфIа, где кф - коэффициент пропорциональности.

Электромагнитный момент-вращающий момент (по нашему)

Формула частоты вращения принимает вид

=>

Скорость холостого хода может варьироваться в пределах (5…6)-кратных значений номинальной скорости, что может явиться причиной разрушения машины под влиянием центрифугальных сил. По выражению и соответствующей ему кривой видно, что естественная электромеханическая характеристика мягкая, т.е. скорость вращения сильно зависит от нагрузки, падая при возрастании нагрузки.

При высокой степени насыщения магнитный поток практически не изменяется, и механическая характеристика превращается в прямую.

Недостатки:

1. Более чуткая зависимость скорости ОТ МОМЕНТА ?Т->?щ^^

2. В случае маленьких нагрузок (менее 25% от номинала) скорость стремится к бесконечности (разнос) ?Т->0=?щ->?

Использование:

Тяжелый электроподвижный транспорт. (нужен рывок, чтобы сдвинуть большую массу)

Поэтому эти двигатели широко применяют в качестве тяговых на транспорте, в качестве крановых в подъёмных установках, т.е. во всех случаях электропривода с тяжелыми условиями пуска и сочетания значительных нагрузок на вал двигателя с малой частотой вращения.

18. Нарисовать схему подключения ДПТСВ. Каковы преимущества данного типа двигателя и область применения? График механических характеристик ДПТСВ и их пояснение

У двигателя постоянного тока смешанного возбуждения, схема соединения которого изображена на рисунке, две обмотки возбуждения: независимая (параллельная) OB2 и последовательная OB1, поэтому его механические характеристики занимают промежуточное положение между соответствующими характеристиками двигателей независимого и последовательного возбуждения. Механическая характеристика рассматриваемого двигателя вследствие изменения магнитного потока при изменении нагрузки не имеет аналитического выражения, поэтому при расчётах обычно пользуются естественными универсальными характеристиками момента и скорости от тока якоря, которые даются в каталогах. Такие характеристики представлены также на рисунке.

В отличие от двигателя последовательного возбуждения двигатель смешанного возбуждения имеет конечное значение скорости идеального холостого хода. Эта скорость определяется только магнитным потоком, созданным МДС независимой обмотки, и равна:

где Ф₀ - магнитный поток, созданный током возбуждения независимой обмотки. Возможность стабильной работы при малых нагрузках до режима холостого хода без повреждения двигателя является серьёзным преимуществом двигателя смешанного возбуждения по сравнению с двигателем последовательного возбуждения. Именно по этой причине двигатели этого типа находят применение в подъёмных и транспортных механизмах. Соотношение МДС независимой и последовательной обмоток различны для двигателей различных серий. Наиболее употребительным является соотношение, которое при номинальном токе даёт равенство МДС обеих обмоток возбуждения. Скорость двигателя смешанного возбуждения при малых нагрузках изменяется значительно, а затем при увеличении нагрузки, медленно уменьшается почти до прямой, как у двигателя независимого возбуждения. Происходит это вследствие того, что при больших нагрузках наступает насыщение машины, и хотя МДС последовательной обмотки возрастает, магнитный поток уже почти не изменяется.

19. Объяснить на основе соответствующей формулы, почему пусковые токи ДПТ имеют высокие значения? К чему может привести чрезмерное уменьшение пускового тока

При включении в сеть двигателя постоянного тока в начальный момент якорь неподвижен, а

следовательно, ЭДС E_а=0 . В этих условиях ток якоря (начальный пусковой ток) ограничивается лишь электрическим сопротивлением обмоток и щёточных контактов в цепи якоря

Величина R a невелика, поэтому начальный пусковой ток двигателя достигнет значения в 10 - 40 раз, превышающего его номинальное значение. При этом двигателям большой мощности соответствует более высокая кратность пускового тока.

Перечисленные нежелательные последствия от столь значительных пусковых токов в цепи якоря вынуждают принимать меры к ограничению этого тока до значений, не способных вызвать нежелательных последствий. Однако следует иметь в виду, что слишком малая величина пускового тока также нежелательна, так как это приводит к снижению пускового момента, и, следовательно, затягивает процесс пуска, а при значительном статическом моменте нагрузки на валу двигателя пуск может не состояться.

20. Понимание пусковой диаграммы ДПТ и её этапов

Пусковым реостатом (kдivitusreostaat, KR) со ступенчатой регулировкой сопротивления называют резистор переменного сопротивления, включаемый в цепь якоря. Такой реостат позволяет изменять внешнее сопротивление, вводимое в цепь якоря, от наибольшего значения в начале пуска до нулевого по окончании процесса пуска. Сопротивление реостата следует вводить медленно, по мере разгона якоря, так как при резком уменьшении сопротивления KR произойдёт значительный бросок пускового тока. В то же время следует помнить, что пусковые реостаты рассчитаны на кратковременное включение и оставлять их включёнными в промежуточном положении на продолжительное время не следует.

Если процесс пуска двигателя автоматизирован, то переключение ступеней пускового реостата осуществляется посредством контакторов, которые своими контактами KM1, KM2, KM3 шунтируют элементы (резисторы) пускового реостата при переключении его ступеней (рисунок 3.16, b).

В электроприводах применяют два вида пуска двигателей: нормальный и форсированный.

Нормальным считают пуск, не вызывающий быстрого ускорения электропривода. Такой пуск обычно используют в ЭП, у которых он выполняется сравнительно редко: вентиляторные устройства, компрессоры, конвейеры и т.п. Форсированный пуск применяют в приводах с частыми включениями, требующими минимальной продолжительности пусковой операции: подъёмные устройства, транспортные средства, некоторые виды станков и т.п. Сокращение продолжительности пусковой операции при форсированном пуске достигается предельно допустимыми значениями начального пускового тока (момента) и минимальным числом ступеней пускового реостата.

При нормальном пуске величину пускового тока принимают обычно немного превышающей номинальный ток якоря двигателя, а при форсированном - ближе к предельно допустимому значению этого тока (по условиям коммутации или допустимому падению напряжения в питающей сети).

Рассмотрим подробнее процесс пуска ДПТ на примере двигателя независимого (параллельного) возбуждения с применением пускового реостата на три ступени ( Z ??3). Существует два метода расчёта сопротивлений резисторов пускового реостата - графический и аналитический.

Графический метод. На рисунке 3.16, b представлена схема включения пускового реостата на три ступени ( Z ??3), а на рисунке 3.17 - механические характеристики двигателя: искусственные 1, 2,

3 и естественная 4. Пусковой реостат состоит из трёх резисторов R1, R2 и R3, каждый из которых выводится путём шунтирования контактами контакторов (KM1, KM2 и KM3).

В процессе пуска сила тока якоря двигателя изменяется от значения I1, называемого начальным пусковым током, до значения I2 - тока переключений. При этом пусковой ток изменяется соответственно от I1 до I2.

Значения пусковых токов обычно принимают равными:

I1=(1,3...2,5)*In I2=(1,0…1,3)*In

Для двигателей специального назначения, предназначенных для тяжёлых условий работы, например двигателей крановых и металлургических серий, указанные значения токов могут быть увеличены.

Отложив на оси абсцисс значения токов I1 и I2 , в полученных точках восстанавливают перпендикуляр к оси абсцисс. Пуск начинают с первой ступени пускового реостата при всех введённых резисторах. При этом сопротивление реостата

Начало процесса пуска происходит по искусственной механической характеристике 1. Якорь двигателя разгоняется, а пусковой ток (момент) убывает. Это объясняется действием противо-ЭДС E_a, индуцируемой в обмотке якоря. При достижении частоты вращения якоря значения n1 ток уменьшается до значения тока переключений I2 , при этом срабатывает контактор КМ1 и своими контактами шунтирует резистор R1 . Сопротивление пускового реостата уменьшается до значения

а ток увеличивается до значения I1 . Пуск продолжается по механической характеристике 2. Затем, после срабатывания контактора КМ2, пуск продолжается по характеристике 3 и, наконец, когда срабатывает контактор КМ3, процесс пуска заканчивается и двигатель переходит в установившийся рабочий режим на естественной характеристике 4. Полученная таким образом система графиков называется пусковой диаграммой. Эта диаграмма позволяет рассчитать сопротивление резисторов пускового реостата. В основу расчёта положено понятие: относительное значение сопротивления резистора данной ступени пускового реостата R*x ??R_x/R_n определяется отношением длины отрезка на перпендикуляре, восстановленном в точке I1 (точка е) на оси абсцисс, к длине отрезка ае на этом перпендикуляре, эквивалентному пограничной частоте n0 (точка а). например, для относительных значений сопротивлений резисторов первой R*1, второй R*2 и третьей R*3 ступеней пускового реостата получим следующие отношения отрезков:

...