Билет №6
.docxБилет №6
1. Потери и расход энергии в переходных процессах электроприводов с ДПТ независимого возбуждения.
Сумма потерь .
Постоянные потери . Тогда , где - переменные потери.
Расход энергии из сети , где - энергия потерь; - энергия на разгон маховых масс (на запас кинетической энергии).
, где - относительное изменение скорости. .
.
Пусть переходный процесс совершается без нагрузки (), тогда
Потери в переходных процессах при изменении до пропорциональны изменению кинетической энергии в начале и конце.
А) Пуск ()
Пусть двигатель разгоняется под действием неизменного .
В действительности .
Б) Динамическое торможение
.
В) Торможение противовключением и реверс
I этап:
Из сети поступает и с вала в цепь якоря поступает .
II этап:
.
Потери не зависят от , происходит лишь распределение их между якорем и добавочным сопротивлением.
2. Принципы построения систем векторного частотно- токового управления АД
Система векторного управления асинхронным электроприводом в наиболее общем случае должна решать задачи регулирования и стабилизации момента и скорости двигателя.
Формирование момента АД в соответствии возможно за счет воздействий на абсолютные значения векторов потокосцеплений,токов и фазовых сдвигов между ними. От того, какие вектора выбраны в качестве регулируемых будет зависеть принцип построения и техническая реализация системы управления электроприводом.
а) б)
Рис.7.1. Векторные диаграммы АД при ориентации по потокосцеплениям (а) и 2 (б)
Если воспользоваться уравнением , то в качестве регулируемых будут выбраны вектора и . Анализ рис. 7.1, а позволяет интерпретировать АД как эквивалентную машину постоянного тока. Если ротор АД сопоставить якорю двигателя постоянного тока (ДПТ), а статорные обмотки – обмоткам возбуждения ДПТ, то составляющая тока статора I1х, синфазная потокосцеплению , может интерпретироваться как ток возбуждения ДПТ, составляющая I1у – как ток его компенсационной обмотки, составляющая I2у – как поперечная составляющая поля якоря ДПТ , составляющая I2х – как размагничивающая продольная реакция якоря. Потокосцепление определяется током и, следовательно, в системе координат x, y, связанной с вектором потокосцепления , составляющие I1у и I2у равны и имеют разные знаки, а встречно направленные составляющие I1х и I2х определяют модуль потокосцепления
В приведенной интерпретации отличительные особенности АД от ДПТ в том, что на статоре АД нет отдельно эквивалентной обмотки возбуждения и компенсации поперечной реакции якоря (эти обмотки как бы совмещены), а ось х, связанная с потокосцеплением вращается относительно статора со скоростью . Эти особенности формирования момента определяют основные положения при технической реализации системы векторного управления. Так вектор может быть определен измерением с помощью датчиков Холла его составляющих и на неподвижные относительно статора оси и , как . При этом модуль потокосцепления , а угол между осями , неподвижной системы координат и осями x, y системы координат, вращающейся со скоростью 0.эл = arccos (/ ). Составляющие вектора в системе координат , могут быть определены через токи фаз статора IА, IВ,IС как ; .
В системе координат x, y проекции вектора тока I1 и I1 определяются как
; . (7.1)
Они представляются сигналами постоянного тока и не зависят от частоты питания АД. Учитывая это, система векторного управления может строиться аналогично системам управления двигателями постоянного тока, где составляющая I1x тока статора определяет потокосцепление АД (магнитный поток ДПТ), а составляющая I1уявляется моментной составляющей тока статора (подобна току якоря ДПТ).
Таким образом система векторного управления с опорным вектором потокосцепления должна иметь два канала управления: канал управления модулем и канал управления угловой скорости ротора АД. По аналогии с ДПТ канал управления скоростью должен содержать внутренний контур управления составляющей тока статора I1у, эквивалентной току якоря ДПТ, и внешний контур управления угловой скоростью ротора. Канал управления модулем потокосцепления должен содержать контур управления составляющей тока статора I1x, эквивалентной току возбуждения ДПТ. На этот канал оказывает влияние и составляющая тока статора I1у в виде трансформаторных ЭДС, пропорциональных рассеяниям статора и ротора.
Важной особенностью системы управления с опорным вектором потокосцепления является возможность его прямого измерения с помощью датчиков, установленных в воздушном зазоре АД. Подобные системы имеют более высокие показатели качества управления по сравнению с системами, где используется косвенный (расчетный) путь определения сигналов обратных связей.
При стабилизации потокосцепления ротора (при 2 =const) механические характеристики АД подобны характеристикам ДПТ независимого возбуждения. Поскольку теория и технические решения замкнутых систем управления электроприводом с ДПТ независимого возбуждения достаточно апробированы, то понятна привлекательность применения систем векторного управления с управлением по потоку ротора.
Векторная диаграмма токов и потокосцеплений АД при стабилизации потокосцепления ротора приведена на рис. 7.1, б. Здесь ось х совмещена с вектором . При этом ;
; I'2х = 0; I'2у = - 20нsа / R'2 , т.е. в установившемся режиме вектор тока ротора перпендикулярен вектору , а составляющие тока статора ; ,
где - электромагнитная постоянная времени цепи ротора.
В двигательном режиме (sa0 ) вектор тока статора опережает вектор на угол .
При этом вектор тока ротора отстает от на угол 90 эл. град. и при 2 = const модуль тока ротора меняется пропорционально абсолютному скольжению.
Конец вектора скользит вдоль прямой 2, перпенд вектору (рис. 7.1, б). При этом составляющая I1x определяет потокосцепление 2 , а I1у компенсирует влияние на него реакции ротора.
Результирующая составляющая токов статора и ротора по оси у создает составляющую потокосцепления . При этом конец вектора будет скользить по прямой 3, перпендикулярной вектору . Аналогично годограф вектора характеризуется прямой 4 (рис. 7.1, б).
В соответствии с уравнением системы электромагнитный момент АД определяется взаимодействием ортогональных составляющих потокосцепления ротора 2 = 2х = LI1xи тока статора I1y . Таким образом, при стабилизации 2 , как и при стабилизации , система векторного управления будет подобна системам управления двигателями постоянного тока, где составляющая I1x тока статора определяет потокосцепление 2 АД (магнитный поток ДПТ), а составляющая I1уявляется моментной составляющей тока статора (подобна току якоря ДПТ).
3. В координатах “угловая скорость вращения - момент” показать область статических нагрузок для механизмов передвижения и поворота кранов, дать пояснения.
Для механизмов передвижения, работающих на горизонтальном пути в
производственном помещении, приведенный к валу двигателя статический
момент, обусловленный силами трения:
где ’0-общий вес незагруженного механизма; -вес груза; -коэффициент
трения в опорах ходовых колес; f-коэффициент трения качения ходовых колес;
-КПД передач механизма; dц -диаметр (подшипников колес); kp -коэффициент учитывающий трение ребер колес о рельсы возникающие вследствие возможного перекоса конструкции моста или тележки.
При горизонтальном положение платформы и отсутствии воздействия ветра, статический момент механизма поворота
где Dкр –диаметр роликового круга; dp -диаметр роликов (в случае опорных тележек –диаметр их колес).
Разница между Мст1 и Мст2 объясняется степенью загруженности тележки (платформы).