шпора 1. Шпора 1. 1. Статические и динамические моменты. Механическая характеристика механизма. Уре движения

• Название: 1. Статические и динамические моменты. Механическая характеристика механизма. Уре движения
• Анкор: шпора 1
• Дата: 03.10.2022
• Размер: 1.35 Mb.
• Имя файла: Шпора 1.docx
• Тип: Документы; #711942
• страница: 2 из 6

Потери мощности ΔР в электродвигателе удобно представить суммой двух составляющих потерь - постоянных К и переменных И, т. е. ΔР = К+V. (8.1). Под постоянными подразумеваются потери мощности, не зави­сящие от нагрузки двигателя. К ним относятся потери в стали магнитопровода, механические потери от трения в подшипниках и вен­тиляционные потери. В СД и двигателе постоянного тока с незави­симым возбуждением к постоянным потерям обычно относят и по­тери в обмотках возбуждения. Под переменными подразумеваются потери, выделяемые в об­мотках двигателей при протекании по ним токов, определяемых механической нагрузкой ЭП. Переменные потери мощности в дви­гателе могут быть в общем случае определены через электрические или механические переменные и параметры. В двигателях постоянного тока переменные потери мощности V = I²R (8.2), где I, R - соответственно ток и сопротивление цепи якоря двигателя. В трехфазных асинхронных двигателяx V=V₁+V₂=3I₁²R₁+3I₂`<sup>2</sup>R<sub>2</sub>`, где V₁, V₂ - потери мощности соответственно в цепях обмоток ста­тора и ротора. В синхронных двигателях V=3I₁²R₁. Потери мощности при работе двигателя в номинальном режиме определяются по его паспортным данным с помощью номинально­го КПД и номинальной мощности двигателя: ΔP_НОМ= P_НОМ(1-η_НОМ)/η_НОМ. (8.7) Постоянные потери мощности: К=ΔP_НОМ-V_НОМ.

П отери энергии в двигателе. За время работы t_p двигателя с по­стоянной нагрузкой полные потери энергии, обусловленные К и V, ΔА=ΔPt_p (8.9). При работе двигателя с циклически изменяющейся нагрузкой полные потери энергии за весь цикл

где ΔP_i, t_i - потери мощности и время работы на i-м участке цикла; m - число отдельных участков цикла, (сумма та на рис.)t_i=t_ц - время цикла.

Потери мощности и энергии в преобразователе являются электри­ческими и определяются по формулам (8.2) и (8.9). При использова­нии для управления двигателями полупроводниковых преобразо­вателей потери в них складываются из потерь в вентилях, транс­форматорах, сглаживающих и уравнительных реакторах, фильт­рах и элементах устройств искусственной коммутации. Потери в полупроводниковых элементах преобразователей обычно относи­тельно малы (несколько процентов от номинальной мощности).

При расчете потерь в трансформаторах и реакторах берется со­противление их обмоток или эквивалентное сопротивление преоб­разователя, определяемое формулой (4.34).

Потери мощности в маломощной системе управления обычно не превышают нескольких десятков ватт и принимаются во внимание только при выполнении точных энергетических расчетов.

Потери мощности в механической передаче определяются глав­ным образом трением в движущихся частях и существенно зависят от передаваемого момента.

Потери в механической передаче обычно оцениваются с помо­щью КПД, значение которого для разных ее видов и нагрузок при­водятся в справочной литературе.




21. Пуск двигателя сначала происходит по искусственной характе­ристике 1 с резистором Щ в цепи якоря, называемым пусковым. В момент включения двигателя его ток и момент ограничиваются до заданного (допустимого) уровня В В /_доп и А/, 1 А/_доп. По мере уве­личения скорости и соответственно ЭДС двигателя ток в якоре сни­жается, и при скорости со, резистор может быть закорочен (выведен из цепи якоря). Двигатель переходит на работу по естественной ха­рактеристике 2, при этом броски тока и момента также не превы­шают заданного уровня. Завершается пуск двигателя после дости­жения им скорости НЦ определяемой точкой пересечения характе­ристик двигателя 2 и исполнительного органа 3.
Совокупность двух или более искусственных характеристик, ис­пользуемых при пуске двигателя, называется пусковой диаграммой. При ее расчете и построении заданными параметрами являются: допустимые ток I § или момент М | момент нагрузки А/., пределы изменения тока (момента) или число искусственных характеристик т, соответствующее числу ступеней пускового резистора.

Пуск двигателя начинается по характеристике 3. При скорости со,, когда ток снизится до значения Щ ключом К1 закорачивается ступень К_л} и двигатель уже по характеристике 2 продолжает свой разбег. При скорости со₂ ключом закорачивается ступень ЩЯ и дви­гатель начинает работать на естественной характеристике 1.

22. Метод средних потерь является наиболее точным и универсаль­ным из косвенных методов. Сущность этого метода заключается в определении средних потерь мощности АР^ за цикл работы двига­теля и сопоставлении их с номинальными потерями мощности ДР_ном, после чего делается заключение о нагреве двигателя.

При использовании метода средних потерь рассматривается до­статочно удаленный цикл работы двигателя, в котором средний пе­регрев его не изменяется.

Метод средних потерь позволяет оценить тепловой режим рабо­ты двигателя по среднему превышению температуры. В этом заклю­чается определенная погрешность метода, поскольку максимальный перегрев двигателя на отдельных участках цикла может превышать т . Точность оценки нагрева этим методом тем выше, чем больше постоянная нагрева двигателя Г превышает значение /_пих наиболее продолжительного участка цикла работы двигателя, т. е. в случае вы­полнения неравенства tmax < Тн. При этом тср= тmax.

Методы эквивалентных величин основываются на методе сред­них потерь.

Метод эквивалентного тока целесообразно использовать в том случае, когда известен график изменения тока двигателя во време­ни, который может быть получен расчетным путем или экспери­ментально.

Д ля получения расчетной формулы метода эквивалентного тока представим в соответствии с средние потери мощности в дви­гателе как сумму постоянных К и переменных V потерь:



С учетом условие проверки двигателя по нагреву после некоторых преобразований будет иметь вид:



Ток эквивалентен по условиям нагрева действительному изме­няющемуся во времени току двигателя.

Итак, в соответствии с формулой (9.21) средний нагрев двигате­ля не будет превосходить допустимого (нормативного) уровня, если эквивалентный ток за цикл его работы не будет превосходить но­минального (паспортного) тока.

Формула (9.21) справедлива, если постоянные потери не изменя­ются за цикл работы, а сопротивления главных цепей двигателя остаются неизменными в цикле работы. Следовательно, если по­стоянные потери или сопротивление главных цепей двигателя из-

меняются, то метод эквивалентного тока даст погрешность в оцен­ке теплового состояния двигателя.

Метод эквивалентного момента удобно использовать в том слу­чае, когда известен график изменения момента двигателя во време­ни М(г). В дополнение к указанным условиям применения метода эквивалентного тока при использовании метода эквивалентного мо­мента должно соблюдаться еще одно условие - постоянство маг­нитного потока двигателя на протяжении всего цикла работы.



Метод эквивалентной мощности используется, если известен гра­фик изменения мощности во времени, и при условии постоянства постоянных потерь, магнитного потока и скорости двигателя на всех участках рабочего цикла.

√ ( )/ = = <

23. Изменение магнитного потока используется преимущественно для регулирования скорости. Этот способ находит широкое приме­нение в ЭП вследствие простоты его реализации и экономичности, так как регулирование осуществляется в относительно маломощ­ной цели возбуждения двигателя и не сопровождается большими потерями мощности.

М агнитный поток при регулировании скорости обычно умень­шают по сравнению с номинальным (точка А на кривой намагничивания) за счет снижения тока возбуждения, так как его увеличение выше номинального вызывает до­полнительный нагрев обмотки воз­буждения. Кроме того, двигатель рассчитывается и конструируется таким образом, что бы его магнит­ная система была близка к насыще­нию, поэтому увеличение тока воз­буждения не приводит к заметному увеличению магнитного потока. Уменьшение магнитного потока приводит к увеличению скорости идеального холостого хода ш₀. Ток корот­кого замыкания = U/ , т.е. от магнитного потока не зависит и при его варьировании будет оставаться неизменным.

Показатели данного способа регулиро­вания скорости ДПТНВ следующие: диапа­зон регулирования 3...4; направление регу­лирования - вверх от естественной харак­теристики; плавность регулирования опре­деляется плавностью регулирования тока возбуждения; стабильность скорости дос­таточно высокая, хотя она и снижается при уменьшении магнитного потока. Способ экономичен, так как регулирование скоро­сти не сопровождается значительными по­терями мощности, а реализация его не тре­бует больших капитальных затрат.

24. Повторно-кратковременный номинальный режим работы (83) ха­рактеризуется чередованием периодов нагрузки / (рабочие перио­дов) с периодами отключения двигателя / (паузами), причем как рабочие периоды, так и паузы не настолько длительны, чтобы пре­вышения температуры могли достигнуть установившихся значений.

Для повторно-кратковременного режима работы выпускаются специальные серии двигателей. В каталогах на них указывается но­минальная мощность Р при нормативной продолжительности включения ПВ_ноы = 15, 25, 40, 60 и 100%. Длительность рабочего цикла /_ц для них не должна превышать 10 мин, в противном случае двигатель считается работающим в продолжительном режиме.

Если при повторно-кратковременном режиме ПВ и мощность нагрузки равны (или близки) номинальным данным двигате­ля, то проверка его по нагреву не требуется, поскольку рабо­та при таких параметрах нагру­зочной диаграммы гарантиру­ется заводом-изготовителем.

25. Данный способ широко используется для регулирования любых координат ЭП при высоких требованиях к показателям его каче­ства. По этой причине до недавнего времени он являлся основным при создании регулируемых ЭП постоянного тока.

Реализация этого способа предусматривает питание якоря ДПТНВ от преобразователя, выходное напряжение которого регу­лируется по значению и может изменяться при необходимости по полярности. Поскольку основным источником питания ЭП служит сеть переменного тока, то таким преобразователем является управ­ляемый выпрямитель (УВ). Напряжение на выхо­де УВ вследствие наличия внутреннего сопротивления Я_п о преде­ляется по формуле:


Обмотка возбуждения ДПТНВ питается от отдельного источ­ника постоянного тока, например от неуправляемого или тоже уп­равляемого выпрямителя.

П ри изменении Е_п пропорционально изменяется скорость идеального холостого хода на хар-ках изменяется, а наклоп нет. Получаемые искусствен­ные характеристики 2... 8 (см. рис. 4.11,6), оставаясь линейными и параллельными друг другу, имеют по сравнению с естественной ха­рактеристикой 1 ДПТНВ больший наклон из-за наличия сопротив­ления R_п в выражении для определения перепада скорости (от­метим, что естественная характеристика 1 соответствует питанию двигателя от источника с нулевым внутренним сопротивлением). Характеристики располагаются во всех четырех квадрантах парал­лельно друг другу; при Е=0 ДПТ работает в режиме динамичес­кого торможения.
Управляемый выпремитель может электромашинным в системе «генератор- двигатель» или полупроводниковым в системе «тиристорный преобразователь - двигатель».

Система «генератор - двипг этой системе, схема которой В на рис. 4.12, якорь 4 двигателя I ИН^И₇-Щ— НН^Н редственно присоединяется к яко| (О) ] СТ \^и С^Ж³ генератора, образующего вместе с ЙЩ

водным двигателем 1 электромашину ный выпрямитель 2 трехфазного пере­менного тока в постоянный, вращаю­щийся со скоростью со_г. Регулирование напряжения на якоре двигателя проис­ходит за счет изменения тока возбуж­дения генератора /_вг с помощью потен­циометра 8, при этом изменяется ЭДС | генератора Е_т и соответственно напря­жение на якоре двигателя V. Регулирование напряжения в этой систе­ме может сочетаться с воздействием на магнитный поток двигателя, что обеспечит двухзонное регулирование скорости.

Основными достоинствами системы Г - Д являются большой ди­апазон и плавность регулирования скорости двигателя, высокая же­сткость и линейность характеристик, возможность получения всех энергетических режимов работы, в том числе и рекуперативного тор­можения. В то же время для нее характерны такие недостатки, как утроенная установленная мощность системы, низкий КПД, инерци­онность процесса регулирования скорости, шум при работе.


Система «тиристорный преобразователь - двигатель». Основным типом преобразователей, применяемых в настоящее время в регу­лируемых ЭП постоянного тока, являются полупроводниковые ста­тические преобразователи и, в первую очередь, тиристорные. Они представляют собой управляемые реверсивные или нереверсивные выпрямители, собранные по нулевой или мостовой однофазной или трехфазной схемам. Определенные перспективы связаны с исполь­зованием в них силовых транзисторов, которые в настоящее время применяются в основном для импульсного регулирования напря­жения в ЭП небольшой мощности.

Управляемый выпрямитель (преобразователь) включает в себя согласующий трансформатор Т, имеющий две вторичные обмот­ки, два тиристора У31 и У32, сглаживающий реактор с индуктив­ностью Ь и систему импульсно-фазового управления СИФУ. Об­мотка возбуждения двигателя ОВМ, питается от своего источника.

Выпрямитель обеспечивает регулирование напряжения на двига­теле за счет изменения среднего значения своей ЭДС Е_п. Это дости­гается с помощью СИФУ, которая по сигналу I/ изменяет угол уп­равления тиристорами а (угол задержки открытия тиристоров У81 и У82 относительно момента, когда потенциал на их анодах становит­ся положительным по сравнению с потенциалом на катоде). Когда а = 0, т. е. тиристоры У81 и У82 получают импульсы управления 1/_а от СИФУ в указанный момент, преобразователь осуществляет двух- полупериодное выпрямление и на якорь двигателя подается полное напряжение. Если с помощью СИФУ подача импульсов управления на тиристоры У81 и У82 происходит со сдвигом (задержкой) на угол о * 0, то ЭДС преобразователя снижается, а следовательно, умень­шается среднее напряжение, подводимое к двигателю.



Особенностью характеристик двигателя при его питании от УВ яв­ляется наличие области (заштрихована на рисунке 4.13, б), где его ха­рактеристики нелинейны. В этой области двигатель работает в режиме прерывистого тока, что определяет заметное изменение (уменьшение) жесткости характеристик. Вследствие односторонней проводимости пре­образователя характеристики располагаются только в первом (/...5 при а = 0; 30, 60^е) и четвергом Щ7 при а = 90, 120, 150, 180°) квад­рантах. Меньшим углам управления соответствует большая Е и, следовательно, более высокая скорость двигателя; при а = я/2 ЭДС У В Е_а = 0 и двигатель работает в режиме динамического торможения.

26. Кратковременный номинальный режим (52) характеризуется чере­дованием периодов неизменной нагрузки с периодами отключения двигателя; при этом за время его работы / превышение температу­ры не достигает установившегося уровня, а за время отключения (паузы) !₀ все части двигателя охлаждаются до температуры окру­жающей среды. Стандартные значения продолжительности рабо­чего периода составляют 10,30,60 и 90 минут.

Для полного использования в крат­ковременном режиме работы двигателя, предназначенного для работы в продол­жительном режиме, его следует перегру­жать по мощности на валу. В этом слу­чае к концу рабочего периода его пере­ев достигнет допустимого (норматив- ^и ного) уровня.

Коэффициентом термической пере­грузки