Искусственные характеристики путем изменения напряжения якоря

Еще будут вопросы по «СУИМ» в понедельник 22.04.2019 г.

Теоретические вопросы по дисциплине «Электрический привод».(Горюшков)

1. Обобщенная структурная блок-схема электропривода, его назначение, функции.

2. Силы и моменты, действующие в системе электропривода. Уравнения движения и режимы работы электропривода как динамической системы

3. Естественные и искусственные механические характеристики ДПТНВ. Уравнения характеристик.

4. Тормозные режимы ДНВ (рекуперативное, противовключение, динамическое).

5. Естественная механическая и электромеханическая характеристики АД. Искусственные механические характеристики АД.

6. Тормозные режимы АД (рекуперативное, противовключение, динамическое).

7. Принципиальная схема системы Г-Д, ее основные элементы. Статические механические характеристики, режимы работы. Регулирование скорости.

8. Принципиальная схема системы ТП-Д. Статические механические характеристики, регулирование скорости.

9. Законы частотного регулирования в электроприводе с АД.

10. Понятие о нагрузочных диаграммах механизмов и двигателей. Предварительный выбор электродвигателей по мощности.

Практическая часть по дисциплине «Электрический привод».

1. Определить суммарный момент инерции системы J_∑ и момент сопротивления механизма М'с, приведенные к валу двигателя для системы состоящей из двигателя, редуктора и механизма, если известно что момент инерции механизма J_мех=3,6 кг∙м²; момент инерции двигателя J_д=1 кг∙м²; момент сопротивления механизма Мс=100 Нм, передаточное отношение редуктора j=3, КПД редуктора η=0,9.

2. Двигатель постоянного тока параллельного возбуждения имеет паспортные данные Pн=65 кВт, U_н=440 В, I_н=168 А, n_н=1480 об/мин. Какое добавочное сопротивление необходимо включить в цепь якоря двигателя, чтобы он работал в точке с координатами ω=94,5 c^-1, M_с=0,5∙M_н.

3. Определить ток якоря и электромеханическую постоянную времени Т_эм двигателя постоянного тока независимого возбуждения с U_н=220 В, если известно что он работает в точке с координатами ω=50 c^-1и M=100 Нм на характеристике со скоростью идеального холостого хода ω₀=100 ^c-1, момент инерции J_∑=0,5 кг∙м2, суммарное сопротивление якоря R_я∑=0,5 Ом.

4. Трёхфазный шестиполюсный асинхронный двигатель работает в установившемся режиме с U₁=3 кВ, I₁=18,5 А, cosφ=0,87, M_C==730 Н∙м, n=980 об/мин. Определить мощность на валу P_в, КПД и скольжение S в указанном режиме работы.

5. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором типа MTKF-311-6 имеет паспортные данные U_1н=380 В, n_н=910 об/мин, λ_м=2,9, R₁=0,48 Ом, X₁=0,65 Ом, R₂’=0,8 Ом, Х₂’=0,555 Ом. Определить критическое скольжение S_к(Критическое скольжение: S _кр₁≈ R ₂/ X ₂;), критический момент M_к;и электромагнитную постоянную времени T_э.

http://model.exponenta.ru/electro/0080.htm

Теория

1. Обобщенная структурная блок-схема электропривода, его назначение, функции.

Электроприводом (ЭП) называется электромеханическая система, состоящая из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств и предназначенная для приведения в движение рабочих органов машин и управления этим движением. Структурная схема электропривода приведена на рис.1.

Основной элемент электропривода — электродвигатель (ЭД), который преобразует электрическую энергию в механическую. Для получения электроэнергии требуемых параметров между двигателем и источником энергии включают силовой преобразователь.

Управление преобразователем осуществляется от блока управления, на вход которого поступают задающий сигнал Uз и сигналы Uос обратной связи (ОС), содержащие информацию о характере движения исполнительных органов, работе отдельных узлов, аварийных режимах. Преобразователь вместе с блоком управления образуют систему управления.

Классификация эп.

По виду движения. По принципам регулирования скорости и положения. По роду механического передаточного устройства различают. По роду электрического преобразовательного устройства. По способу передачи механической энергии.

Функции: является обеспечение защит, блокировок и сигнализаций при работе технологического оборудования.

Основная функция электропривода состоит в управлении координатами, т.е. в их принудительном направленном изменении в соответствии с требованиями обслуживаемого технологического процесса.

Управление координатами должно осуществляться в пределах, разрешенных конструкцией элементов электропривода, чем обеспечивается надежность работы системы. Эти допустимые пределы обычно связаны с номинальными значениями координат, назначенными производителями оборудования и обеспечивающими его оптимальное использование.

Передаточное устройство предназначено для передачи механической энергии от электродвигателя к исполнительному органу рабочей машины и согласования вида и скорости их движения. В качестве исполнительного органа могут служить валки прокатного стана, барабан кранового механизма, механизм перемещения электрода и т. п. В качестве передаточного устройства используют редукторы, планетарные и реечная передачи, муфты и т. п.

Автоматизированный электропривод (АЭП) представляет собой электромеханическую систему, состоящую из автоматического управляющего устройства (АУУ), преобразователя мощности, передаточного устройства и электродвигателя, предназначенных для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением. Электродвигатель и рабочая машина в данном случае представляют собой объект управления.

2. Силы и моменты, действующие в системе электропривода. Уравнения движения и режимы

работы электропривода как динамической системы

Рабочая машина соединяется с двигателем через передаточное устройство (редуктор, понижающий или повышающий скорость врашения вала двигателя, ремень, муфту, и т.д.). В узлах рабочей машины, в передаточном устройстве, а также и в двигателе при движении, возникают силы трения и инерции.

Силы трения и инерции препятствуют передаче механической энергии от двигателя к рабочему органу, снижают коэффициент полезного действия электропривода и создают момент, направленный противоположно электромагнитному моменту двигателя.

Момент, включающий затраты механической энергии двигателя на выполнение полезной работы и преодоление всех механических потерь в системе электропривода, (в том числе и механических потерь в двигателе трение в подшипниках, инерцию вращющихся частей двигателя) называют статическим моментом(или в некоторых литературных источниках его называют моментом сопротивления )

1) электромагнитный момент, создаваемый двигателем;

2) статический момент (момент сопротивления) механизма, создаваемый рабочей машиной (исполнительным механизмом).

Статический момент (момент сопротивления) механизма включает две составляющих, соответствующих:

1. полезной работе, выполняемой рабочей машиной (например в подьёмнике это преодоление силы тяжести, создаваемой весом груза, для вентилятора, компрессора это преодоление сил трения крыльчатки в технологической среде);

2. работе, затраченной на преодоление сил трения и инерции всех устройств электропривода: в редукторах, в муфтах, соединяющих вал двигателя с исполнительным механизмом, шкивах, ремнях, цепях и т.д. (в том числе и на преодоление механических потерь в электродвигателе, возникающих за счёт трения в подшипниках и инерции ротора или якоря).

Активным (или потенциальным) статическим моментом называют момент, который вне зависимости от направления движения всегда действует в одну сторону. Активные моменты называют потенциальными, так как они связаны с изменением потенциальной энергии. Такие моменты создают, например: масса поднятого груза, силы упругости предварительного сжатых, растянутых или скрученных упругих пружин.

Реактивным статическим моментом называют момент, возникающий как реакция среды на движение электромеханической системы. Реактивный момент действует только во время движения и всегда навстречу ему. Поэтому при изменении направления движения реактивный момент изменяет направление действия и во всех случаях будет тормозным (отрицательным).

Реактивный момент создают силы трения, например, трение крыльчатки вентилятора о воздух, трение шестерней в редукторе и т.п.

Но наиболее общей формой записи дифференциальных уравнений, определяющих движение системы, в которой число независимых переменных равно числу степеней свободы системы, является уравнение Лагранжа:

де W_k – запас кинетической энергии; – обобщенная скорость; q_i – обобщенная координата; Q_i – обобщенная сила, определенная суммой элементарных работD A_i всех действующих сил на возможных перемещенияхD q_i: . При наличии в системе потенциальных сил формула Лагранжа принимает вид:

где L = W_k - W_n - функция Лагранжа, равная разности запасов кинетической W_k и потенциальной энергии W_n

3. Естественные и искусственные механические характеристики ДПТНВ. Уравнения характеристик.

Искусственные характеристики являются элементом управления двигателем.

Уравнения механической характеристики двигателя:

(1)

Откуда

(2)

Так как , тогда из (1)

(3)

Частота вращения пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна потоку.

Если из (2) определить

(4), то подставляя (3) в (2), получаем

- механическая характеристика двигателя

(5)

Назовем естественной характеристику (5), получаемую при паспортных параметрах питания двигателя: , ,

Типовая схема включения:

ТП – тиристорный преобразователь (позволяет изменять возбуждение двигателя).

Способы формирования искусственных характеристик:

1. искусственные характеристики путем изменения напряжения якоря. Требуется регулируемый источник ТП1.

2. искусственные характеристики при регулировании сопротивления якоря R_{доб я}

3. управление возбуждением. Требуется регулируемый возбудительТП2, либо добавочное сопротивление R_{доб в}

Искусственные характеристики путем изменения напряжения якоря

Пусть схема управления двигателем ДПТ НВ соответствует выше приведенной, причем U_ув=const и Ф=const, R_доб=0. Uyя=var, т.е есть возможность управления напряжением якоря U_я=var.

Проанализируем уравнение механической характеристики ω(М) (5).

Видно, что от U_язависит только скорость идеального холостого хода ω₀. Поэтому в уравнении прямой линии, которую представляет (5) координатах (ω,М), при U_я=var изменяется только начальная ордината ω_0i. Наклон прямой, определяемой жесткостью β, не зависит от U_я.

Отсюда следует: при изменении напряжения регулировочные характеристики располагаются параллельно друг другу и естественной характеристике, т. е. имеют одинаковую жесткость, что определяет высокую стабильность угловой скорости, свойственную естественной характеристике.

U₃<U₂<U₁<U_я _ном, ; β=const

Этим способом можно обеспечить пуск двигателя, задав малое напряжение и повышая его.

М_доп – допустимый момент двигателя.

Плавность регулирования определяется плавностью изменения напряжения питания и обычно характеризуется значением коэффициента плавности (см далее).

Коэффициент полезного действия двигателя в данном случае (без учета потерь на возбуждение) равен отношению фактической угловой скорости двигателя к угловой скорости идеального холостого хода на заданной характеристике. Потери мощности в якорной цепи при постоянном моменте нагрузки остаются неизменными при регулировании угловой скорости и равными потерям при работе на естественной характеристике (п.2.2). Но поскольку полезная мощность по мере снижения угловой скорости уменьшается, то и КПД двигателя падает. Вследствие малых потерь мощности в цепи якоря этот способ регулирования скорости является экономичным. Однако для полной оценки экономичности необходимо учитывать потери мощности еще в устройстве, посредством которого регулируется напряжение на якоре двигателя, и затраты на это устройство.

Регулирование угловой скорости осуществляется вниз от основной, так как напряжение, прикладываемое к якорю, в большинстве случаев может изменяться только вниз от номинального. Эту зону механической характеристики называют I зоной, а привод – однозонным (см. п. 2.3.3)

Допустимый момент без учета ухудшений условий вентиляции со снижением угловой скорости остается постоянным, так как допустимый ток якоря равен номинальному, а поток при независимом возбуждении остается неизменным (номинальным). Поэтому этот способ наиболее подходит для привода рабочих машин типа постоянный момент.

Достоинства:

постоянная жесткость механической характеристики (одинаковое падение скорости под нагрузкой при различных U_я);

величина потерь в якорной цепи также постоянна на различных характеристиках (но и уменьшить потери дальше нельзя);

высокая точность стабилизации скорости.

4. Тормозные режимы ДНВ (рекуперативное, противовключение, динамическое).

Режим динамического торможения ДПВ может осуществляться 2-мя способами: с независимым возбуждением и с самовозбуждением. При динамическом торможении с независимым возбуждением двигатель отключается от сети, якорь замыкается на тормозное сопротивление, а обмотка возбуждения подключается к сети через сопротивление R_вд, ограничивающее ток в ней до I_В≤I_Н

Т.к. в этом случае двигатель работает как генератор независимого возбуждения, его характеристики подобны характеристикам ДНВ при динамическом торможении. Этот способ динамического торможения является основным.

При торможении с самовозбуждением двигатель отключается от сети и замыкается на тормозное сопротивление работая генератором с самовозбуждением. Главным условием этого способа является наличие самовозбуждения. При вращении якоря за счет кинетической энергии механизма или груза в якоре от остаточного магнетизма будет наводиться ЭДС. При правильном соединении обмотки якоря и обмотки возбуждения ток, созданный ЭДС, усилит магнитный поток, а следовательно, и ЭДС, что приведет к дальнейшему увеличению тока. Это значит, что при переводе машины из двигательного режима в тормозной необходимо во-избежании ее размагничивания переключить полярность якоря или обмотки возбуждения таким образом, чтобы ток в последней имел такое же направление, что и в двигательном режиме. Иначе самовозбуждения не произойдет. Кроме того, чтобы возбуждение возникло, скорость двигателя должна быть достаточной и выполнялось условие: ЭДС якоря, определяемая величиной Ф и скоростью вращения была больше падения напряжения в сопротивлении тормозного контура, т.е. .

Торможение противовключением является для ДВП основным тормозным режимом и широко применяется для грузоподъемных механизмов, механизмов передвижения и поворота.

Для перевода из двигательного режима, в режим противовключения,, в цепь якоря вводится добавочное сопротивление. Момент двигателя становится меньше статического. Вращая якорь двигателя в обратном направлении.

Динамическое торможение ДПВ осуществляется с независимым возбуждением. В этом случае якорь двигателя замыкается на тормозное сопротивление, а обмотка возбуждения подключается к сети через сопротивление. ограничивающее ток в ней до номинальной величины. Т.к. в этом случае двигатель работает генератором с независимым возбуждением.Динамическое торможение с самовозбуждением используется как аварийное.

Механической характеристикой двигателя называется зависимость частоты вращения ротора от момента на валу n = f (M2). Так как при нагрузке момент холостого хода мал, то M2 ≈ M и механическая характеристика представляется зависимостью n = f (M). Если учесть взаимосвязь s = (n1 - n) / n1, то механическую характеристику можно получить, представив ее графическую зависимость в координатах n и М (рис. 1).

Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя соответствует основной (паспортной) схеме его включения и номинальным параметрам питающего напряжения. Искусственные характеристики получаются, если включены какие-либо дополнительные элементы: резисторы, реакторы, конденсаторы. При питании двигателя не номинальным напряжением характеристики также отличаются от естественной механической характеристики. Механические характеристики являются очень удобным и полезным инструментом при анализе статических и динамических режимов электропривода.

В отличие от двигателей постоянного тока электромеханическая характеристика АД представляется в виде зависимости тока ротора от скольжения s, а не скорости со, что является особенностью этого вида двигателя. В этом случае аналитическое выражение для характеристики имеет компактную форму записи и более удобно для анализа и вычислений, а переход к зависимости вида осуществляется

с помощью формулы для скольжения

Искусственные механические характеристики АД можно получить введением в цепь ротора или статора добавочного сопротивления, изменением величины и частоты питающего напряжения и т.п.

С инхронная скоростьw₀и критическое скольжение, а также форма характеристики сохраняются. Изменится величина скорости при М_Н, однако, это изменение будет незначительным. Уменьшение напряжения приводит к значительному снижению перегрузочной способностиl_М, но снижается и ток холостого хода. ПриU₁=U_HOMмагнитная цепь АД насыщена. УвеличениеU₁приf=constприводит при равных условиях к быстрому увеличению тока намагничивания. Т.к. у двигателей нормального исполнения ток холостого хода , превышениеU₁на (20¸30)% может увеличитьI₀до значений, превышающихI_1H, и двигатель может нагреваться сверх допустимой температуры даже при отсутствии полезной нагрузки.

6. Тормозные режимы АД (рекуперативное, противовключение, динамическое).

Режим рекуперативного торможения осуществляется в том случае, когда скорость ротора АД превышает синхронную

Режим рекуперативного торможения практически применяется для двигателей с переключением полюсов и в приводах грузоподъемных машин (подъемники, экскаваторы и т.п.) и имеет место при . При переходе в генераторный режим вследствие изменения знака момента меняет знак активная составляющая тока ротора. В этом случае АД отдает активную мощность (энергию) в сеть и потребляет из сети реактивную мощность (энергию), необходимую для возбуждения. Такой режим возникает, например, при торможении (переходе) двухскоростного АД с высокой на низкую скорость

Перевод АД в режим торможения противовключением может быть выполнен двумя путями. Один из них связан с изменением чередования двух фаз питающего АД напряжения. Допустим, что АД работает на характеристике 1 (рис. 8.6 б) при чередовании фаз напряжения АВС. Тогда при переключении двух фаз (например, В и С) АД переходит на характеристику 2, участок аб которой соответствует торможению противовключением. Ротор при этом вращается против направления движения поля и постоянно замедляется. Когда скорость спадает до нуля, двигатель должен быть отключен от сети, иначе он может перейти в двигательный режим, причем ротор его будет вращаться в направлении, обратном предыдущему. При торможении противовключением токи в обмотке двигателя могут в 7–8 раз превышать соответствующие номинальные токи. Заметно уменьшается коэффициент мощности двигателя.

Рекуперативное торможение является наиболее экономичным видом торможения.

Постоянный ток Iп, значение которого может регулироваться резистором 2, протекает по обмоткам статора и создает относительно статора неподвижное магнитное поле. При вращении ротора в нем наводится ЭДС, частота которой пропорциональна скорости. Эта ЭДС, в свою очередь, вызывает появление тока в замкнутом контуре обмотки ротора, который создает магнитный поток, также неподвижный относительно статора. Взаимодействие тока ротора с результирующим магнитным полем АД создает тормозной момент, за счет которого достигается эффект торможения. Двигатель в этом случае работает в режиме генератора независимо от сети переменного тока, преобразовывая кинетическую энергию движущихся частей ЭП и рабочей машины в электрическую, которая рассеивается в виде тепла в цепи ротора.

Динамическое торможение АД (торможение постоянным током) осуществляется путем подключения к двум любым обмоткам статора источника постоянного тока. асинхронный двигатель сначала отключают от питания трехфазным переменным током, и только после этого, подают постоянный ток.

При отключении переменного тока, вращающееся магнитное поле перестает существовать. Далее подключают источник постоянного тока, который создает постоянное магнитное поле. Ротор по инерции продолжает крутиться теперь уже в постоянном магнитном поле, в обмотке ротора наводится ЭДС, ее частота прямо пропорциональна скорости вращения вала. Появление тока в обмотке ротора вызвано наличием вышеупомянутой ЭДС. Ток создает магнитный поток, который неподвижнен относительно статора. Взаимодействие результирующего магнитного поля АД и тока ротора создает тормозной момент. При этом асинхронный двигатель становится генератором; преобразовует кинетическую энергию вращающегося вала в электрическую, которая на обмотке ротора рассеивается в виде тепловой энергии

Эффективность динамического торможения зависит от параметров:

- Величина постоянного тока, который протекает по статорной обмотке двигателя (чем больше ток, тем больше тормозной эффект);

- Величина сопротивления, введенного в цепь ротора. Эффективность торможения повышается путем комбинирования динамического торможения и торможения с введением сопротивлений в обмотку ротора.Чем больше сопротивление введено в цепь ротора, тем выше эффективность торможение.

схема регулируемого электропривода по системе генератор — двигатель (сокращенно Г — Д). В этой системе асинхронный двигатель АД непрерывно вращает генератор Г постоянного тока с независимым возбуждением и возбудитель В, представляющий собой маломощный генератор постоянного тока с параллельным возбуждением.

Двигатель постоянного тока Д приводит в движение рабочий орган станка. Обмотки возбуждения ОВГ генератора и ОВД двигателя питаются от возбудителя В. Изменяя реостатом 1 сопротивление цепи возбуждения генератора Г, меняют напряжение, подводимое к якорю двигателя Д, и тем самым регулируют частоту вращения двигателя. Двигатель при этом работает с полным и неизменным потоком, так как реостат 2 выведен.

При изменении напряжения U меняется частота вращения n0 идеального холостого хода двигателя Д. Так как поток двигателя и сопротивление цепи его якоря не меняются, то угловой коэффициент b остается постоянным. Поэтому прямолинейные механические характеристики, соответствующие разным значениям U, расположены одна под другой и параллельны друг другу (рис. 2).

Преимущества системы Г — Д:

возможность плавного регулирования частоты вращения в широком диапазоне до 16:1;
быстрый разгон исполнительного двигателя без помощи пускового реостата, т. е. с минимальными потерями энергии;
легкий пуск первичного двигателя, вращающего невозбужденный генератор;
быстрое и четкое торможение исполнительного электродвигателя.

Недостатки системы Г — Д:

низкий к.п.д. всей системы, вызванный многократным преобразованием энергии;
большие массы, стоимость и габаритные размеры, инерционность.

· Рис. 2. Механические характеристики системы генератор - двигатель постоянного тока.

8. Принципиальная схема системы ТП-Д. Статические механические характеристики, регулирование скорости.

ТП-Д(тиристорный преобразователь-двигатель)

В системе ТП – Д двигатель постоянного тока независимого возбуждения питается от тиристороного преобразователя. Принципиальная схема системы изображена на рис.

Среднее значение выпрямленного напряжения ТП.

, где

U2 – действующее значение фазного напряжение вторичной обмотки питающего трансформатора (или сети в бестрансформаторных схемах).

M – число пульсаций выпрямленного напряжения;

A - угол задержки открывания тиристоров;

Ud0 – максимальное значение среднего выпрямленного напряжения при a=0.

Кривые выпрямленного напряжения с учетом явления коммутации вентилей, характеризуемой углам g, изображены на рис

Зависимость ЭДС ТП от напряжения управления Uу при линейной характеристике СИФУ представлена на следующем рисунке. При ее замене линеаризованной ТП как динамическое звено системы электропривода в режиме непрерывного тока описывается уравнением , где - коэффициент усиления ТП по напряжению; - малая постоянная времени ТП, учитывающая дискретность, запаздывание и наличие фильтров в СИФУ.

Уравнение электрического равновесия в якорной цепи системы ТП-Д

Основным способом торможения в системе ТП – Д является торможение с рекуперацией энергии в сеть. Для рекуперации энергии в сеть необходимо преобразовать энергию постоянного тока, источником которой приw>w₀становится двигатель, в энергию переменного тока. Для этого ТП нужноперевести в инверторный режим.

Основные достоинства системыТП-Д:

1. Высокое быстродействие преобразователя, т.к. T_П=0,01 с

2. Более высокий КПД по сравнению с системой ГД

3. Незначительная мощность управления

4. Большой срок службы

5. Малые габариты и вес преобразователя

6. Простота осуществления резервирования и взаимозаменяемости блоков и узлов ТП

7. При использовании нереверсивного преобразователя установленная мощность системы составляет ~ 2 P_двиг, т.е. меньше, чем в системе ГД. При использовании реверсивного ТП она~ равна мощности в системе ГД

Недостатки сиcтемы ТП-Д:

1. Уменьшение коэффициента мощности преобразователя при уменьшении скорости

2. Значительное искажение кривой тока, потребляемого преобразователем из сети

3. Неминуемые при регулировании угла aколебания реактивной мощности, особенно при большой мощности электропривода, приводящие к колебаниям напряжения в питающей сети

Характеристики реверсивного электропривода ТП – Д: а – регулировочная характеристика реверсивного ТП при линейном согласовании углов управления; б – электромеханические характеристики при совместном управлении комплектами вентилей и линейном согласовании углов управления; в – электромеханические характеристики электропривода при совместном управлении и нелинейном согласовании углов управления; г – электромеханические характеристики электропривода при линейном согласовании углов управления и раздельном управлении комплектами преобразователей снимают импульсы управления с первого работающего преобразователя и после паузы 5–10 мс подают управление на второй преобразователь для работы в инверторном режиме. При переходе привода из одного режима в другой появляется неизбежно область прерывистых токов, а при линейном согласовании углов управления – еще и разрыв механических характеристик вблизи точки . Преимуществами раздельного управления являются: полное исключение уравнительных реакторов, снижение вероятности опрокидывания инвертора.

Регулирование скорости

В настоящее время для питания двигателя постоянного тока независимого возбуждения наибольшее применение получили1. тиристорные преобразователи с фазовым управлением, 2. полупроводниковые выпрямители с регулированием величины выпрямительного напряжения методом широтно-импульсного регулирования.

Тиристорные преобразователи в схеме электропривода выполняют функцию выпрямления переменного напряжения питающей сети и регулирования средней величины выпрямительного напряжения.

9. Законы частотного регулирования в электроприводе с АД.

Принцип частотного метода регулирования скорости асинхронного двигателя заключается в том, что, изменяя частоту питающего напряжения, можно в соответствии с выражением при неизменном числе пар полюсов р изменять угловую скорость nо магнитного поля статора.

Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а механические характеристики обладают высокой жесткостью.

Для получения высоких энергетических показателей асинхронных двигателей (коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способности) необходимо одновременно с частотой изменять и подводимое напряжение. Закон изменения напряжения зависит от характера момента нагрузки Мс. При постоянном моменте нагрузки напряжение на статоре должно регулироваться пропорционально частоте.

При выборе двигателей по мощности в качестве исходного материала необходимо знать, как должна изменяться скорость электропривода во время во время рабочего процесса и как при этом изменяется во времени М_с механизма. Зависимости w_м=f(t) и М_с=f(t) называются, соответственно, тахограммой электропривода и нагрузочной диаграммой механизма. Они являются основой для расчета и построения нагрузочной диаграммы электропривода, т.е. зависимости М=f(t) электромагнитного момента двигателя от времени. Под нагрузочной диаграммой электропривода понимается также зависимость тока или мощности, развиваемой двигателем от времени. Нагрузочные диаграммы используются не только для проверки мощности предварительно выбранного электродвигателя, но и сопоставления перегрузочной способности двигателя с кратковременной перегрузкой.

Все многообразие производственных механизмов с точки зрения режимов работы электропривода можно разделить на механизмы непрерывного и механизмы циклического действия.

Особенностью механизмов непрерывного действия является продолжительный режим работы двигателя при неизменной заданной средней скорости. При этом время пуска и торможения электропривода мало по сравнению с общим временем работы, на нагрев двигателя оно не влияет и при построении нагрузочных диаграмм может не учитываться.

Изменения скорости определяют значения динамического момента и, нагрузочная диаграмма электропривода (двигателя) всегда отличается от нагрузочной диаграммы механизма. Механическая инерция привода оказывает на нагрузку двигателя сглаживающее действие. При возрастании нагрузки скорость электропривода снижается и возрастающая нагрузка частично преодолевается, за счет освобождающейся из-за снижения скорости кинетической энергии, которая была запасена в период работы с малой нагрузкой, когда скорость возрастала.

Двигателю в процессе работы приходится преодолевать в переходных режимах не только статическую, но и динамическую нагрузку, т.к. статическая нагрузка при работе рабочей машины не остается постоянной. Поэтому среднеквадратичное значение момента двигателя получается выше, чем среднее значение статического момента сопротивления. Соответственно при предварительном выборе двигателя его номинальный момент принимается большим, чем среднее значение статического момента.

Последовательность расчетов при предварительном выборе:

1. По нагрузочной диаграмме механизма определяется средний статический момент

, где t_ц – длительность цикла.

2. Определяется требуемый номинальный момент двигателя или или , где М_с.кв – среднеквадратичное значение статического момента сопротивления, определяемое по нагрузочной диаграмме рабочей машины.

3. Определяется требуемая номинальная мощность (w_Н -должна быть задана) и по каталогу выбирается двигатель.

4. Рассчитывается момент инерции системы .

5. Делается проверка по перегрузочной способности

, где

М¢_с.макс - приведенный максимальный статический момент сопротивления

механизма;

l_М - перегрузочная способность двигателя.

6. Делается расчет переходных процессов и строится нагрузочная диаграмма электропривода M=f(t) или I=f(t).

7. Делается проверка мощности предварительно выбранного двигателя по нагреву.

ЗАДАЧИ.

3.Определить ток якоря и электромеханическую постоянную времени Т_эм двигателя постоянного тока независимого возбуждения с U_н=220 В, если известно что он работает в точке с координатами ω=50 c^-1и M=100 Нм на характеристике со скоростью идеального холостого хода ω₀=100 ^c-1, момент инерции J_∑=0,5 кг∙м2, суммарное сопротивление якоря R_я∑=0,5 Ом.

ток якоря =(220-Е)/0,5=

электромеханическую постоянную времени

4.Трёхфазный шестиполюсный асинхронный двигатель работает в установившемся режиме с U₁=3 кВ, I₁=18,5 А, cosφ=0,87, M_C==730 Н∙м, n=980 об/мин.

Определить мощность на валу P_в,
=(3*18,5*cosф*/3*n)/1000=81,96 кВт

КПД n = p2/p1*100%. =81,96/83,63*100%=98%

р1 =U*I. ,p1=3*18.5=55.5/ p2=730*18.5^2*3=749527.5=74,9

n=74.9/83.63*100%=0.89

P ₁=√3 U ₁ I ₁cos φ₁.=/3*3*18.5*0,87=83,63

де Р ₀₁— потери в обмотке статора; Р ₀₂— потери в обмотке ротора; Р _мех— потери на трение.

скольжение S в указанном режиме работы.S=(n1-n)/n1.n1=60*f(50)/p(6)=500, S=0,96

5.Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором типа MTKF-311-6 имеет паспортные данные U_1н=380 В, n_н=910 об/мин, λ_м=2,9, R₁=0,48 Ом, X₁=0,65 Ом, R₂’=0,8 Ом, Х₂’=0,555 Ом. Определить критическое скольжение S_к(Критическое скольжение: S _кр₁≈ R ₂/ X ₂;), критический момент M_к;и электромагнитную постоянную времени T_э.