Домашнее задание №1

Рассмотрим основные конструктивные особенности и электромеханические свойства разновидностей ДТП, наиболее распространенных на промышленных предприятиях.

Конструктивная схема двухполюсного двигателя постоянного тока представлена на рис.1.1. Якорь машины 1, вращающийся в подшипниках, помещен в магнитное поле, создаваемое главными полюсами 3 и обмоткой возбуждения двигателя 2, расположенной на них. Ток возбуждения I_В, проходящий по обмотке 2, создает МДС, под действием которой возникает поток Ф_В, который замыкается по контуру: главные полюсы 3 - якорь машины 1 - магнитопровод станины 4.

В пазах якоря уложена силовая обмотка якоря, концы отдельных секций которой выведены на коллектор. К нему подводится ток якоря I_а от питающей сети через щетки 5. На рис.1.1 проводники якоря показаны условно распределенными по поверхности якоря, ламели коллектора не показаны и ток I_а для большей наглядности подводится щетками 5 непосредственно к проводникам обмотки якоря. В результате взаимодействия проходящего по проводникам якоря тока I_а с магнитным потоком Ф возникает электромагнитный момент маши­ны (Н*м)

М = кФI_а (1.1)

где k — конструктивный коэффициент; Ф — поток, Вб; I_а — ток якоря, А.

Как видно из схемы, при вращении якоря ток в витке обмотки якоря, проходящем под щеткой, меняет свое направление — происходит процесс так называемой ком­мутации тока коллектором. Вследствие явления самоин­дукции и по ряду других причин коммутация тока на

Рис.1.1. Конструктивная схема двигателя постоянно­го тока.

 

коллекторе может сопровождаться искрением, а при неблагоприятных условиях вызывать перекрытие коллек­тора дугой, которое приводит к вы­ходу машины из строя.

Для нормальной коммутации тока проводник в зоне коммутации должен находиться в магнитном поле определенного направления и величи­ны. Такое поле в зоне коммутации создается предусмо­тренными для этой цели дополнительными полюсами машины 6. Обмотка дополнительных полюсов 7 включается последовательно с обмоткой якоря и обтекается током I_а.

При вращении якоря в витках его обмотки наводится переменная ЭДС (В), которая выпрямляется коллек­тором и имеет результирующую величину

Е=кФ (1.2)

где — угловая скорость вращения якоря, рад/с.

Ток якорной цепи (А) определяется по формуле

(1.3)

где U — напряжение сети, В; Ra - суммарное сопротив­ление всех последовательно соединенных элементов якор­ной цепи, Ом.

При пуске двигателя и Е в первый момент равны нулю и в якорной цепи протекает ток короткого замыкания

I_К.З. =U/ Ra (1.4)

Так как сопротивление якорной цепи двигателя при отсутствии внешних добавочных сопротивлений очень мало, то при включении двигателя на полное напряжение сети ток I_К.З. может сразу достичь недопустимо большой величи­ны. Для ограничения пускового тока либо понижают под­водимое к двигателю напряжение (если двигатель полу­чает питание от отдельного управляемого преобразова­теля), либо в якорную цепь вводят пусковое сопротивление R_П. По мере увеличения скорости двигателя его противо-ЭДС возрастает и ток уменьшается. Поэто­му в процессе пуска постепенно повышают напряжение или выводят пусковое сопротивление в якорной цепи.

Электромеханические свойства двигателей, наиболее важные для механизмов, проявляются в зависимости скорости вращения двигателя от нагрузки на его валу. Так как нагрузка на валу непосредственно определяет величину момента М, развиваемого двигателем, то эти свойства полностью зависят от формы так называемой механической характеристики двигателя = f(M). Уравнение этой характеристики для двигателя постоянного тока

(1.5)

На практике более привычно выражать скорость в оборотах в минуту и обозначать буквой n. В дальней­шем используется это обозначение, поэтому уравнение механической характеристики следует записать в виде:

n= , (1.6)

где: U_a –напряжение в цепи якоря, В; М – момент на валу якоря, Нм; R_a – суммарное сопротивление в цепи якоря,Ом; Ф (1.7) – суммарный магнитный поток двигателя постоянного тока, Вб; С_е и С_m – конструктивные коэффициенты определенного двигателя.

 

Ф = Ф_П + Ф_ОА+Ф_ОВ (1.7)

где: Ф_П - магнитный поток, создаваемый полюсами; Ф_ОА - магнитный поток обмотки якоря; Ф_ОВ - магнитный поток обмотки возбуждения.

В уравнении (1.6) первое слагаемое есть скорость вращения двигателя на холостом ходу при М=0, второе – приращение скорости при изменении нагрузки.

В соответствии с (1.6) электромеханические свойства двигателя постоянного тока су­щественно зависят от способа соединения обмоток якоря и возбуждения или, другими словами, от способа его возбуждения (рис.1.2).

Рис.1.2 Способы возбуждения машин постоянного тока

На рис.1.2,а представлена схема включения двигателей с независимым возбуж­дением (ДПТНВ). Обмотка возбуждения (ОВ) такого двигателя име­ет большое число витков отно­сительно тонкого провода и рассчитана на непосредствен­ное подключение к питающей сети. В процессе работы ток возбуждения I_В устанавлива­ется с помощью реостата РВ и остается постоянным независи­мо от нагрузки двигателя. При этом поток машины постоянен и скорость холостого хода n₀ не изменяется. При увеличении нагрузки на валу момент М увеличивается, поэтому в соот­ветствии с (1.4) скорость двигателя n уменьшается. Однако при выведенном пусковом рео­стате РП сопротивление Ra весьма мало и скорость в рабочих пределах изменения нагрузки можно считать, примерно, постоянной. В этом можно убедиться, рассматривая приведенную на рис.1.3 естественную механическую характеристику ДПТНВ (прямая 1).

Важнейшим достоинством ДПТНВ является возможность плавного регулиро­вания скорости в широких пределах и без больших за­трат мощности. Такое регулирование осуществляется:

ü изменением на­пряжения на зажимах якоря - в этом случае искусственные характеристики располагаются в I зоне регулирования (см.рис. 1.3) и сохраняют жесткость, равную жесткости естественной механической характеристики;

ü изменением тока в обмотках якоря – в этом случае искусственные характеристики располагаются в I зоне регулирования, но теряют жесткость по сравнению с естественной характеристикой.[1]

ü изменением его потока возбуждения (поток может - в этом случае искусственные характеристики располагаются во II зоне регулирования, но теряют жесткость по сравнению с естественной характеристикой.

Учитывая рассмотренные свойства ДПТНВ, его применяют в тех случаях, когда желательно иметь стабильную скорость механиз­ма при разных нагрузках, когда требу­ются широкие пределы регулирования скоростей и, в особенности, в автоматизированном электроприводе.

Схема включения двигателя с последователь­ным возбуждением (ДПТПВ) представлена на рис.1.2,6. Обмотка возбуждения такого двигателя изготав­ливается из толстого провода или шинки с малым числом витков, так как рассчитывается на включение последо­вательно с обмоткой якоря двигателя; ток возбуждения при этом равен току якоря. Поэтому при уменьшении нагрузки на валу происходит уменьшение потока двигателя Ф, а ско­рость холостого хода двигателя n₀ в соответствии с (1.6) увеличивается обратно пропорционально потоку и скорость вращения ДПТПВ сильно зависит от нагрузки на валу (кривая 2 на рис.1.3, что является существенным недостатком. При малых нагрузках ско­рость велика, а при увеличении нагрузки она снижается. Работа такого двигателя вхолостую недопустима, так как при этом его скорость увеличивается до значений, при которых возможны механические повреждения яко­ря (двигатель «идет вразнос»). Достоинством ДПТПВ является большой пусковой момент.

Указанные особенности ДПТПВ определяют его широкое применение на транспорте (трамваи, троллейбусы, электровозы), на подъемных механизмах наиболее ответственных кранов и в некоторых других случаях.

На рис.1.2,г приведена схема включения двигате­ля со смешанным возбуждением или компаундного двигателя (ДПТСВ). Такие двига­тели имеют две обмотки на главных полюсах: об­мотку независимого воз­буждения НОВ и после­довательного возбужде­ния ПОВ, намагничиваю­щая сила которой действует согласно с намагничивающей силой. обмотки НОВ. Поток дви­гателя Ф и в этом случае зависит от нагрузки на валу, однако в меньшей степени, чем у ДПТПВ. Поэтому ДПТСВ занимают по своим электро­механическим свойствам промежуточное положение между первыми двумя видами двигателей постоянного тока (кривая 3 на рис.1.3). При выборе типа двигателя необходимо вначале, руководствуясь значениями М₁ и ПВ, определить какая именно схема соединения ОЯ с ОВ требуется в каждом конкретном случае.

 

 

Рис.1.3. Механические характери­стики двигателей постоянного тока.

 

Рабочие характеристики ДПТ - зависимости скорости вращения ω, электромагнитного вращающего момента М, тока якоря I_а и КПД η от мощности на валу - нагрузки Р со стороны рабочей машины (рис.1.4) при неизменных значениях U и I_B. На рисунке представлены рабочие характеристики двигателя параллельного возбуждения. Из рисунка видно, что работа ДПТ с малой нагрузкой Р_x не экономична.

 

 

Рис.1.4 Рабочие характеристики машины постоянного тока в двигательном режиме

 

К номинальным данным МПТ относятся мощность Р_Н, напряжение U_H, ток I_H, скорость ω_H и КПД η_H, то есть величины, характеризующие номинальный режим работы, при котором нагрузка на машину гарантируется заводом-изготовителем. Она равна для ГПТ - I_H, а для ДПТ - М_H или, соответственно:

 

 

Р_ен = I_H • U_H, (1.8)

 

Р_H = М_H • ω_H (1.9)

 

Рис.1.5 Диаграмма преобразования энергии в машинах постоянного тока и зависимость их КПД от нагрузки

 

Коэффициент полезного действия МПТ, если ввести коэффициент нагрузки , можно представить соотношениями:

:

(1.10)

где ΣΔР - суммарные потери мощности в МПТ (Вт): электрические –ΔР_е; магнитные – ΔР_m; механические – ΔР_M потери соответственно.

Из соотношений (1.7) и графической зависимости η(β) (рис.1.5) видно, что с увеличением коэффициента нагрузки β при одинаковой номинальной мощности Р_ен = Р_Н в пределах [0-1] КПД ее, когда потери почти постоянны и равны магнитным ΔР_m возрастает пропорционально нагрузке, а за их пределами, когда начинают сказываться сильнее переменные потери (ΔР_е + ΔР_М) - падает. Его номинальное значение находится в пределах [0,85 - 0,9].

 

Варианты ДЗ №1

 

Вариант	Диаграмма на рис.1.4	М1,	М2,	М3,	М4	t 1	t 2,	t 3,	t 4,	n,	Величина напряжения,
Н*м	Н*м	Н*м	Н*м	с	с	с	с	об/мин	В
	а
	б
	в
	г
	д
	е
	а
	б
	в
	г
	д
	е
	б
	а
	г
	в
	е
	д
	б
	а
	г
	в
	е
	д
	е
	д
	а
	б
	в
	г

 

 

 

Алгоритм выполнения ДЗ №1

 

Дано:

M₁=100 Н∙м; М₂=50 Н∙м; М₃=200 Н∙м; М₄=40 Н∙м; t₁=4 c; t₂=5 c; t₃=3 c; t₄=8 c;

n=700 об/мин. Род тока и напряжения - постоянный 440В.

 

Рис.1.4 Заданная диаграмма моментов производства механизма

 

 

1.По заданным значениям моментов и времени и с учетом изменения нагрузки, показанной на заданной диаграмме (на данной диаграмме: М₁и М₃ - неизменяющиеся моменты за соответствующие промежутки времени t_{1 и} t_3, а М₂ и М₄ – изменяющие свое значение за соответствующие промежутки времени t₂ и t₄), строим временную диаграмму моментов для заданного механизма (рис.1.5).

Рис.1.5 Временная диаграмма моментов для заданного механизма

 

1. Определяем продолжительность включения

 

ПВ= ; (1.8)

 

 

2. Определяем эквивалентный момент по формуле 1.9. Из таблицы 1.1 выбираем коэффициент , учитывающий продолжительность включения двигателя:

 

ПВ
	0,2	0,4	0,6	0,8

 

 

М_экв= Н*м; (1.9)

 

 

где M_i - момент в определенный промежуток времени, Нм; t_i - продолжительность данного промежутка, сек.; Σt_раб - суммарное время работы двигателя, сек.; Σt_n - суммарное время пауз в работе, сек.

Учитывая, что Σt_n =0, получаем:

 

 

3. Находим необходимую эквивалентную мощность, исходя из эквивалентного момента и заданной скорости вращения якоря:

(1.9)

 

 

4. Искомую номинальную мощность двигателя принимаем равной:

 

P_ном=(1.1-1,3)∙P_Э (1.10)

 

Р_ном=(1.1-1,3)∙7235,5=7959,05-9406,15 Вт.

 

5. Способ соединения ОЯ и ОВ – независимый, так как М₁ практически равна М_э.

 

Рис.1.6. Схема соединений ОЯ с ОВ ДПТНВ

 

 

6. По справочнику [] выбираем электродвигатель постоянного тока 4ПН200М номинальными мощностью P_H=8,5 кВт и частотой вращения n=750 об/мин, рассчитанный на напряжение 440В. Максимальная скорость вращения двигателя n_max=1500 об/мин.

7. После выбора двигателя и определения всех его номинальных данных строим естественную механическую характеристику выбранного двигателя. Для ее построения, которая прямолинейна, находим две точки: {М_н; n_н} и {М_min; n_max}, используя следующие формулы:

(1.10 а,б)

(1.10 в,г)

По полученным данным {108,3; 78,5}, {54,1; 157}строим естественную механическую характеристику выбранного двигателя (прямая 1 на рис.1.6).

 

Рис.1.6 Механическая характеристика ДПТ

 

8. Для определения требуемой зонности регулирования, проводим прямую, соответствующую заданной скорости вращения вала двигателя (прямая 4 на рис.1.6), на которой отмечаем заданные в условии моменты. В данном случае имеем двух зонное регулирование.

9. В первой зоне регулирования характеристики, при изменении напряжения на якоре, сохраняют свою жесткость, следовательно для построения искусственных характеристик в этом случае достаточно через требуемую точку провести прямые, параллельные естественной.

Если в качестве способа регулирования в этой зоне будет выбрано изменение тока якоря, то искусственные характеристики будут проходить через неизменную скорость холостого хода и заданную точку, теряя жесткость.

В данном случае выбираем вариант U_a= var (прямые 2а и 2б на рис. 1.6).

Во второй зоне регулирование осуществляется за счет уменьшения магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения. Характеристики прямолинейны, но не параллельны естественной характеристике.

Для построения искусственной характеристики во второй зоне (прямая 3 на рис.1.6), учитывая, что при таком способе регулирования P= const, определяем его значение по формуле (1.11.).

 

(1.11)

 

Затем, задавая произвольное, но близкое к нулю, значение момента, находим еще одну точку с координатами { }.

(1.12)

[1] Жесткостью характеристики называется отношение приращения момента М₂ к приращению скорости вращения вала двигателя n_i. Абсолютно жесткой является характеристика, параллельная оси моментов. Такой характеристикой обладает синхронный двигатель с явнополюсным ротором с электромагнитным возбуждением.

---

Дата добавления: 2015-12-18; просмотров: 11; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!