Lektsii_El_privod

В ряде случаев необходимо знать характер изменения не только мо-

мента, но и мощности на валу рабочей машины и электродвигателя.

Рассмотрим те же самые частные случаи (рис.1. 3).

1)х = 0.

Тогда Р = МН Н = а Н .

Значение мощности на валу рабочей машины изменяется

линейно от частоты вращения.

Таким образом, мощность увеличивается пропорционально квадрату частоты вращения.

3)х = - 1.

Следовательно, с ростом частоты вращения мощность на валу рабочей машины остается постоянной.

3)х = 2. PM M M K 3.

Мощность, потребляемая рабочей машиной, растет пропорционально кубу частоты вращения. Такая зависимость характерна для вентиляторов и центробежных насосов.

Следует отметить, что квадратичная зависимость момента и кубическая зависимость мощности от скорости справедливы при постоянстве КПД вентилятора или насоса. А это наблюдается при небольших изменениях частоты вращения. В случае существенного изменения частоты вращения эта зависимость нарушается и рост мощности, потребляемой рабочей машиной, будет несколько ниже.

У реальных машин зависимость Р = f( ) может иметь разнообразные виды, не поддающиеся аппроксимации. В тех случаях, когда механическая характеристика рабочей машины не подходит к рассмотренным частным случаям, эту характеристику разбивают на несколько отрезков, на которых х будет равен 0; 1; -1; 2. Последовательно меняя х и пределы изменения частоты вращения, можно проводить аналитические исследования энергетики электропривода.

Рис.1.3. Зависимость мощности рабочей машины от угловой скорости:

1 – вентилятора; 2 - зерновой нории ; 3 – конвейера;

4 – генератора постоянного тока.

Глава 2.

Электроприводы с двигателями постоянного тока

независимого и параллельного возбуждения

2.1. Электромеханическая и механическая характеристики

двигателя постоянного тока независимого

(параллельного) возбуждения

Из курса электрических машин известны следующие соотношения между напряжением сети, ЭДС Е, частотой вращения , током I в

установившемся режиме работы электрической машины:

U = E + Ir (2.1); E = cФ (2.2); r = rя + Rдоб (2.3)

где с - постоянный конструктивный коэффициент электрической машины; Ф - магнитный поток машины, Вб; - угловая частота вращения якоря двигателя, с ; я - сопротивление якорной цепи двигателя, Ом; Rдоб

- добавочное сопротивление.

Решив совместно уравнения (2.1...2.3), получим:

Выражение (2.4) называется электромеханической (или скоростной)

характеристикой двигателя.

Если в процессе работы электрической машины значения напряжения,

потока возбуждения и сопротивления остаются неизменными, то

где - частота вращения идеального холостого хода двигателя при I =

0; β i - коэффициент жесткости электромеханической характеристики, =

U/сФ;

Электромеханическая характеристика - это прямая линия 1, которая проходит через две точки (рис.2.1):

координаты второй точки: ток равен нулю, частота вращения =

о. Из курса электрических машин известно, что значение электромагнитного момента

Подставим значение тока из выражения (2.7) в (2.4):

Рис.2.1.Электромеханические - 1, 2 и механические – 3, 4

характеристики двигателя постоянного тока параллельного возбуждения.

Это выражение представляет механическую, характеристику

двигателя. При постоянстве U, ФU и Rдоб , уравнение (2.8) можно записать в виде

где β М - жесткость механической характеристики,

β М = ( rя + Rдоб)/(cФ)2

График механической характеристики 3 представлен на рис 2.1.

В области значительных нагрузок (I > IH) в электрической машине начинает проявляться реакция якоря, и график 2 реальной электромеханической характеристики будет иной. При учете реакции якоря и механические харак-

теристики двигателя несколько изменяются [4].

Механическая и электромеханическая характеристики являются естественными, если U = UHДВ; Rдоб = 0: Ф = ФНОМ . Их. уравнения имеют следующий вид:

На практике необходимо знать характер изменения частоты вращения на валу от момента двигателя. График изменения частоты вращения и момента строят следующим образом [18]. Вначале определяют номинальный момент на валу, соответствующий номинальной частоте вращения:

Номинальный электромагнитный момент равен

Разность Мнэ и Мнв дает момент холостого хода. Этот момент

обусловлен потерями самого двигателя на перемагничивание стали якоря,

вентиляцию и на трение в подшипниках:

Если подставим значение Мхх в выражение (2.11), получим частоту вращения холостого хода. При работе на естественной характеристике частота вращения двигателя обычно изменяется незначительно, следова-

тельно, Мхх можно считать постоянным.

Рис.2.2. Зависимость угловой скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения от электромагнитного момента и

момента на его валу.

Соединив точки (Мнв и н ) и (М = 0, и õõ), получим график изменения частоты вращения на валу двигателя от момента (рис.2.2). Для построения естественных электромеханической и механической характеристик двигателя постоянного тока независимого (параллельного) возбуждения необходимы

РH - номинальная мощность двигателя, кВт;

UH - номинальное напряжение двигателя, В;

6) координаты второй точки

7)момент холостого хода

МХХ = МНЭ - МНВ;

8) уравнение естественной характеристики для

По данным пунктов 5 и б строим график = f(MЭ), а пунктов б и 9 -

график = f(Мв) (рис.2.2). График = f(Мв) можно получить сразу после построения = f(MЭ), не проводя вычислений по пунктам 7, 8, 9. Для этого необходимо отложить М при номинальной частоте вращения и через полученную точку провести прямую, параллельную графику электромагнитного момента. Пересечение вновь построенной прямой с осью частоты вращения дает ХХ.

При необходимости исследовать характер изменения момента двигателя на всем диапазоне изменения частоты вращения от н уля

до 0 , то координаты третьей точки:

По полученным данным строят график механической

характеристики.

2.2. Искусственные механические и электромеханические

характеристики ДПТ НВ

Механические и электромеханические характеристики становятся искусственными, если UДВ UН или ФДВ = ФН или Rдоб > 0. Изменение значения напряжения или потока возбуждения машины, увеличение добавочного сопротивления в цепи якоря могут возникнуть при пуске, а также при регулировании частоты вращения двигателя. Изменение U, Ф или Rдоб

может быть обусловлено и отдаленностью источника питания от электрического двигателя. При больших токах нагрузки в этом случае возникает значительное падение напряжения в сети, что приводит к снижению напряжения на якоре и потока возбуждения машины.

Рассмотрим характеристики двигателя постоянного тока при изменении напряжения, потока и добавочного сопротивления. Грачев Г.М. [4]

рекомендует рассматривать при этом три случая.

Первый случай. U = UH , Ф = Rдоб > 0 частота вращения идеального холостого хода двигателя параллельного (или независимого)

возбуждения при введении в цепь якоря добавочного сопротивления остается неизменной:

⁄

При введении в цепь якоря добавочного сопротивления снижается. пусковой ток, следовательно, и пусковой момент двигателя

IП = UН/(rя + Rдоб); МП = UН сФ/(rя + Rдоб).

Графики механической характеристики приведены на рис.2.3. Из графиков видно, чем больше значение добавочного сопротивления, тем мягче характеристики. С ростом RДОБ растет падение напряжения на

сопротивлениях (rДВ + RДОБ). следовательно, на якорь двигателя приходится меньшее значение напряжения. С уменьшением напряжения на якоре

(при постоянстве потока) снижается частота вращения двигателя.

понижения от номинального значения).

Рис. 2.3. Характеристики двигателя постоянного тока параллельного возбуждения при изменении сопротивления в цепи якоря:

а - электромеханические ; б – механические.

При уменьшении напряжения на якоре уравнения искусственных характеристик имеют вид: