9.3. Расчеты и построения

1) Определить температуру обмотки в горячем состоянии _Г, превышение температуры τ_R для длительного режима нагревания АД.

Температура обмотки электродвигателя в горячем состоянии рассчитывается по выражению, °С:

(9.9)

где R  сопротивление обмотки в момент измерений, Ом;

R₁₅  сопротивление обмотки, приведенное к 15°С, Ом,

(9.10)

где R₀  сопротивление обмотки в начале эксперимента, Ом;

  температурный коэффициент, для медных обмоток  = 1/250;

₀  начальная температура машины (температура окружающей среды), °С.

В расчетах температуру окружающей среды принять равной начальному значению температуры, измеренному температурным контроллером.

Превышение температуры, °С:

. (9.11)

2) Построить на графике экспериментальную кривую нагревания двигателя при работе в длительном режиме (табл. 9.1).

3) Определить всеми известными способами (п. 9.1.1) постоянную времени нагревания T_н и установившуюся температуру τ_уст, сравнить полученные значения между собой.

При существенных различиях значений T_н или _уст нужно обратить внимание на точность построений, при незначительных разли­чиях можно принять среднее значение.

4) Построить на графике экспериментальную кривую охлаждения двигателя (табл. 9.1).

5) Определить (п. 9.1.2) постоянную времени охлаждения T_ох.

6) Определить коэффициент повторного включения в повторно-кратковременном режиме работы АД по выражению, %:

(9.12)

где t_вкл, t_откл  время включенного и отключенного состояния, мин;

Т_ц = t_вкл + t_откл  цикл работы (Т_ц  10 мин).

7) Построить экспериментальную кривую тепловых процессов в АД при повторно-кратковременном режиме работы двигателя (по данным табл. 9.3).

9.4. Контрольные вопросы

1) Что является источником тепла в электрической машине?

2) Какие основное допущения принимается при анализе теплового состояния машины?

3) Что означает термин «превышение температуры»?

4) Что означает термин «постоянная времени нагрева»?

5) Какие классы термостойкости изоляции вам известны? Какие превышения температуры они допускают? Какое при этом берется в расчет значение температуры окружающей среды?

10. Определение электромеханической постоянной времени торможения и момента инерции привода

Ц е л ь  р а б о т ы: изучить переходные процессы в электроприводе на примере двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, определить электромеханическую постоянную времени и момент инерции.

10.1. Краткие теоретические сведения

Переходным или динамическим режимом электропривода называется режим работы при переходе от одного установившегося состояния привода к другому, происходящему во время пуска, торможения, реверсирования и резкого приложения нагрузки на валу. Эти режимы характеризуются изменениями ЭДС, угловой скорости, момента и тока.

Изучение переходных режимов электропривода имеет большое практическое значение: позволяет правильно определить мощность электродвигателей и аппаратуры, рассчитать систему управления и оценить влияние работы электропривода на производительность и качество работы производственных механизмов.

В переходном режиме электропривода одновременно и взаимосвязанно между собой действуют переходные механические, электромагнитные и тепловые процессы. При быстро протекающих процессах изменение теплового состояния электропривода в большинстве случаев не оказывает существенного влияния на другие процессы и при расчетах не учитывается.

Момент инерции J (кг∙м²) – параметр, аналогичный по физическому смыслу массе при поступательном движении. Он характеризует меру инертности вращающихся тел. Момент инерции материальной точки равен произведению ее массы m на квадрат расстояния от точки до оси вращения R:

(10.1)

Момент инерции объемного тела равен сумме моментов инерции его бесконечно малых частей.

Вращающиеся детали электропривода, представляют собой конструкции сложных форм, изготовленные из материалов различной плотности. Так как расчёт момента инерции такой системы затруднителен, для его определения применяют различные экспериментальные методы.

В лабораторной работе рассматривается метод свободного выбега (самоторможения), суть которого состоит в следующем. Исследуемый агрегат, включающий в себя электродвигатель и механически соединенные с ним элементы, разгоняется до установившейся скорости вращения в режиме холостого хода ω₀. После этого электродвигатель отключают от сети и наступает процесс торможения за счет внутренних сил трения (в подшипниках электродвигателя и сочлененных с ним вращающих частей о воздух, щеток о коллектор и т. д.). В режиме свободного выбега вращающий электромагнитный момент двигателя отсутствует, и уравнение движения электропривода принимает вид:

,(10.2)

где M_тр – момент трения, Нм;

ω – угловая скорость вращения, рад/с;

t – время, с.

В момент времени предшествующий началу торможения, движущаяся часть привода вращается с установившейся скоростью, значит M_тр уравновешивается электромагнитным вращающим моментом двигателя (для его определения удобнее использовать в качестве приводного двигателя ДПТ):

M_тр = M_ДПТ. (10.3)

Значение ∂ω/∂t определяют из опыта свободного выбега, по результатам которого строится кривая выбега ω = f(t).

Рис. 10.1. Кривая выбега

Значение ∂ω/∂t определяют для того же момента времени, что и момент по выражению (10.3), то есть в начальный момент времени торможения (t = 0):

= –, (10.4)

где ω₀ – начальная скорость на кривой выбега, рад/с,

T_т – постоянная времени торможения, с.

Знак «минус» в выражении (10.4) означает, что производная имеет отрицательное значение, обусловленное убыванием скорости с течением времени.

Методика определения постоянной времени для экспоненциальной кривой рассмотрена в лабораторной работе №9 (см. рис. 9.1).

Момент инерции привода можно определить, преобразовав выражения (10.2) - (10.4) в следующий вид:

J = .(10.5)