Материал: Исследование двигателей постоянного тока с параллельным возбуждением (120
Рис. 4. Электрическая схема |
Рис. 5. Естественная и рео- |
ДПТ, соответствующая рео- |
статная характеристики n(M) |
статному регулированию n |
ДПТ |
При введении Rя.доб возрастает |
n и увеличивается наклон ха- |
рактеристики n(M). При этом n0 = U/(CЕФ) не меняется, значит, естественная и реостатная характеристики n(M) выходят из одной точки (режим холостого хода, М = 0, рис. 5).
Расчет реостатной характеристики n(M). Для построения реостатной характеристики n(M) необходимо знать координаты двух точек:
–для режима холостого хода n0 = U / (CЕФ) при М = 0;
–при номинальном режиме М = Мн
n н = U / (CЕФ) – Mн(Rя + Rдоб.п + Rя.доб) / (СЕСМФ2).
На общем графике строим естественную n(M) и искусственную n(M) характеристики (см. рис. 5).
Коэффициент регулирования kD при заданном МD. Определим изменение частоты вращения ДПТ при регулировании n с помо-
щью Rя.доб при моменте нагрузки MD = Мнt.
Значение nD, соответствующее работе ДПТ на естественной характеристике и моменту нагрузки MD = Mнt, определено раньше
(см. с. 8).
Вычислим частоту вращения nD при работе ДПТ на искусст-
венной реостатной характеристике с добавочным сопротивлением
в цепи якоря Rя.доб = Rяq2.
При моменте нагрузки MD = Мнt определяем
nD = U / (CЕФ) – MD(Rя + Rдоб.п + Rя.доб) / (СЕСМФ2).
Коэффициент регулирования частоты вращения составляет kD = nD / nD.
10
Далее необходимо показать преимущества и недостатки данного метода регулирования n и сделать выводы о целесообразности его применения.
Расчет n(M) при уменьшении потока возбуждения
Влияние потока возбуждения Ф на вид характеристики n(M).
На рис. 6 приведена электрическая схема, соответствующая регулированию частоты вращения n ДПТ при уменьшении магнитного
потока возбуждения (Ф = Фq1).
Рис. 6. Электрическая схема, соответствующая регулированию n ДПТ изменением потока возбуждения
Рис. 7. Естественная и искусственная характеристики n(M) при изменении потока возбуждения
При введении добавочного сопротивления в цепь обмотки возбуждения Rв.доб уменьшается ток возбуждения Iв и магнитный поток (Ф < Ф) , создаваемый обмоткой возбуждения.
В соответствии с уравнением механической характеристики n = U / (СЕФ) – M(Rя + Rдоб.п) / (СЕСМ(Ф/)2) = n 0 – n
с уменьшением магнитного потока Ф частота вращения n двигателя на рабочем участке характеристики n(M) возрастает (рис. 7). При этом по сравнению с естественной характеристикой у искусственной меняются и n0, и n.
Для построения искусственной характеристики n(M) при Ф = = Фq1 необходимо определить координаты двух точек:
а) в режиме холостого хода при М = 0 и n0 |
= U / (СЕФ); |
|
б) при номинальной нагрузке М = Мн |
|
|
n = U / (СЕФ) – Mн(Rя + Rдоб.п) / (СЕСМ(Ф)2) = n0 – |
n. |
|
11
Коэффициент регулирования kD при заданном MD. Определим изменение частоты вращения ДПТ при регулировании n уменьшением потока возбуждения (Ф = Фq1).
Значение частоты вращения ротора ДПТ на естественной характеристике nD при заданном моменте нагрузки MD = Мнt установили раньше (см. с. 8).
Значение частоты вращения nD ДПТ при работе на искусст-
венной характеристике при уменьшении потока возбуждения (Ф = = Фq1) и моменте нагрузки MD = Mнt определяем как
n D = U / (СЕФ) – MD(Rя + Rдоб.п) / (СЕСМ(Ф )2).
Коэффициент регулирования частоты вращения n kD = nD / nD.
Далее необходимо показать преимущества и недостатки рассмотренного метода регулирования и сделать выводы о целесообразности его применения. Затем провести сопоставление трех рассмотренных методов регулирования n.
4. РАСЧЕТ ИСКУССТВЕННЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК n(M) ПРИ РАЗНЫХ СПОСОБАХ ТОРМОЖЕНИЯ ДПТ
Рассмотрим три основных способа электрического торможения ДПТ: генераторное, динамическое и противовключением.
Генераторное торможение
Условие перехода ДПТ в режим генераторного торможения.
Электрическая схема двигателя постоянного тока приведена на рис. 8. Направление тока Iя на схеме соответствует работе машины в режиме двигателя (Е↑↓Iя; Р < 0), электрическая энергия потребляется из сети.
На графике механической характеристики n(M) (рис. 9) этому соответствует точка 1, в которой n < n0 и E < U (n0 – частота вращения ротора ДПТ в режиме холостого хода (М = 0)).
Уравнение механической характеристики
n = U / (СЕФ) – M(Rя + Rдоб.п) / (СЕСМФ2) = n0 – n,
12
где М = СМФIя – момент, развиваемый двигателем; Iя = (U – E) / Rя – ток в цепи якоря; Е = СЕФn – ЭДС в обмотке якоря.
Рис. 8. Электрическая схема ДПТ |
Рис. 9. Генераторное тормо- |
при генераторном торможении |
жение ДПТ |
Режим генераторного (рекуперативного) торможения наступает, когда частота вращения ротора n оказывается больше частоты вращения ротора в режиме холостого хода n0 (см. рис. 9, точка 2).
При n > n0 E > U, и ток якоря Iя становится отрицательным, т. е. меняет направление. Ток якоря и ЭДС оказываются направленными в одну сторону (Е↑↑Iя, Р > 0), машина постоянного тока работает в режиме генератора, электрическая энергия отдается в сеть.
Рабочая точка машины постоянного тока находится во втором квадранте (точка 2 на рис. 9).
Так как ток якоря Iя поменял направление и стал отрицательным, соответственно меняет направление и момент: тоже становится отрицательным, т. е. тормозит вращение ротора (М = Мт < 0).
По условию задания требуется рассчитать тормозную реостатную характеристику, соответствующую генераторному торможению и обеспечивающую при заданном моменте торможения Мт частоту вращения nт (точка 3 на рис. 9). Решение этой задачи проводим в два этапа.
На первом этапе рассчитываем частоту вращения nтЕ при работе ДПТ на естественной характеристике (Rя.доб = 0) и при заданном тормозном моменте Мт = –Mнt:
nтЕ = U / (СЕФ) – Mт(Rя + Rдоб.п) / (СЕСМФ2).
На втором этапе определяем добавочное сопротивление Rя.доб, вводимое в цепь якоря и обеспечивающее прохождение рео-
статной характеристики n(M) через точку 3 с координатами Мт и nт (Mт = –Mнt, nт = nнh1), для чего воспользуемся выражением
13
nт = U / (СЕФ) – Mт(Rя + Rдоб.п+ Rя.доб) / (СЕСМФ2).
Задавая числовые значения Мт и nт, находим Rя.доб.
После этого необходимо рассчитать и построить на одном графике естественную nтЕ(M) и реостатную nт(M) механические характеристики, соответствующие генераторному торможению (см.
рис. 9).
На построенных характеристиках n(M) показываем расчетные точки, соответствующие тормозному моменту Мт.
Далее следует показать преимущества и недостатки рассмотренного метода торможения и сделать выводы о целесообразности его применения.
Динамическое торможение
Описание процесса торможения. При выполнении динамиче-
ского торможения ДПТ цепь якоря отключается от сети постоянного тока и замыкается на реостат с сопротивлением Rдоб (рис. 10).
Ротор по инерции продолжает вращаться, в обмотке якоря (на роторе) наводится ЭДС Е. Поскольку напряжение внешнего источника на обмотке якоря отсутствует, ток в цепи определяется выражением
Iя = (–E) / (Rя + Rдоб.п + Rдоб) < 0.
Ток Iя и момент М = СМФIя становятся отрицательными, момент действует против направления вращения ротора, т. е. становится тормозящим. Наклон характеристики динамического торможения определяется суммарным сопротивлением цепи якоря (Rя + Rдоб.п +
+ Rдоб).
На рис. 11 точка 1 соответствует работе машины в двигательном режиме на естественной характеристике (первый квадрант). При выполнении динамического торможения рабочая точка ДПТ попадает в точку 2 на характеристике динамического торможения (второй квадрант). Частота вращения n ДПТ начнет уменьшаться, рабочая точка будет двигаться по характеристике из точки 2 к точке 0. Этим способом возможно торможение ДПТ до n = 0.
Чтобы представить вид характеристики n(M) ДПТ при динамическом торможении (2 квадрант на рис. 11) достаточно рассмотренную ранее характеристику (см. рис. 9) сместить вниз на значение n0. Полученная характеристика будет проходить через начало координат графика n(M).
14