Диплом Сыч (1222744), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Так, двигатель при работе создает на вату момент, под воздействи­ем которого и происходит вращение системы (рисунок 1.3).

В двигательном режиме момент и частота вращения машины со направлены.

Генератор, вращаясь в заданном двигателем направлении, отби­рает с вала механическую энергию за счет встречного вращению ге­нераторного момента сопротивления.

В генераторном режиме момент и угловая частота вращения направ­лены встречно относительно друг друга.

Рисунок 1.3 – Функциональные признаки двигательного и генераторного режимов

Возникающее от двигательного момента вращение системы при­водит к образованию в якорных проводниках генератора ЭДС, под воздействием которой в схеме должен начать протекать общий для испытуемых машин ток (рисунок 1.3).

В генераторном режиме ЭДС и ток совпадают по направлению.

Двигатель, питаясь током генератора, выступает потребителем электрической энергии, механизмом отбора которой является якор­ная противоЭДС двигателя [3].

В двигателе ЭДС и ток якоря противоположны относительно друг друга.

Из выделенных функциональных признаков двигательного и ге­нераторного режимов следует, что для достижения противополож­ных режимов работы двух идентичных машин необходимо обеспе­чить условие одновременной встречности их моментов и якорных ЭДС.

Это главное, но не единственное к схеме требование. Полный пе­речень требований, предъявляемых к схемной реализации метода взаимного нагружения, можно сформулировать в следующем виде:

схемное включение испытуемых машин должно обеспечивать противоположность направлений их моментов на валу и якорных ЭДС;

направление тока в якорных цепях испытуемых машин должно быть таким, чтобы совпадать по направлению с ЭДС той из ма­шин, которая выступает в качестве генератора, и быть встреч­ным с ЭДС якоря машины, работающей в режиме двигателя;

вращение системы должно происходить в направлении момен­та той из машин, которую предполагается использовать в ка­честве двигателя, и быть встречным моменту машины, реали­зующей генераторный режим.

Способ реализации первого из поставленных условий вытекает из анализа зависимостей электромагнитного момента и ЭДС в элек­трических машинах индукторного типа:

. (1.3)

Нетрудно установить, что при одинаковой направленности частот вращения и токов якоря в испытуемых машинах одновременная про­тивоположность моментов и ЭДС возможна только за счет противо­положных знаков их магнитных потоков. Схемно это условие легко реализуется за счет изменения полярности включения обмоток воз­буждения испытуемых машин. Поэтому на принципиальной схеме (рисунок 1.4) показано реверсивное включение обмоток возбуждения гене­раторной машины.

Второе условие, обеспечивающее работу испытуемых машин в за­данных режимах, предполагает наличие в их цепях токов определенного направления. Однако, сопоставляя выражения ЭДС равных по кон­струкции машин – формула (1.3) – становится очевидным, что вне зависимости от режимов их работы якорные ЭДС будут всегда оста­ваться между собой равными по величине и встречными по направ­лению.

В этих условиях, когда в схеме действуют только две равные по ве­личине и противоположные по направлению ЭДС, подключение ге­нератора к зажимам двигателя не сможет обеспечить протекания тока в контуре испытуемых машин. Очевидно, что только превышение ЭДС той машины, которую предлагается использовать в качестве ге­нератора, над противоЭДС предполагаемого двигателя создаст усло­вия для появления тока в требуемом направлении.

Можно предложить несколько способов получения необходимо­го разбаланса ЭДС в ветвях испытуемых машин, но в большинстве случаев этого добиваются за счет введения в схему еще одного до­полнительного источника ЭДС. Задача этого источника – «добавить вольты» к ЭДС генератора, в соответствии с чем он и получил свое название – вольтодобавочная машина (сокращенно ВДМ). Важно по­нимать, что ВДМ – это искусственно введенный в схему источник, «дополнительные вольты» которого потребовались для преодоления действия противоЭДС двигательной машины и создания условий для протекания тока в цепи испытуемых машин (рисунок 1.4).

Конструктивно вольтодобавочная машина может быть реализова­на в самых различных исполнениях – как полупроводниковый управ­ляемый преобразователь, электромашинный генератор, аккумулятор­ная батарея и тому подобное. На промышленных предприятиях ВДМ чаще всего представлена в виде электромашинного преобразователя (асинхронный приводе генератором постоянного тока), управляемо­го по независимой обмотке возбуждения. Однако следует заметить, что для современных условий производства характерна тенденция по­степенного вытеснения электромашинных источников бесшумными управляемыми полупроводниковыми преобразователями.

На рисунке 1.4 показано подключение ВДМ в полярности, обеспечи­вающей работу машины «№ 1» в генераторном, а «№ 2» – в двига­тельном режимах.

Для выполнения третьего из поставленных условий необходимо добиться вращения системы в направлении момента машины, вы­полняющей роль двигателя. По аналогии с анализом ЭДС сравне­ние выражений для моментов двух испытуемых машин – форму­ла (1.1) – приводит к выводу, что посте подключения генератора и ВДМ к двигательной цепи через контактор «ВДМ» система будет оставать­ся неподвижной, несмотря на появление тока от ЭДС ВДМ в цепи ис­пытуемых машин.

Из формулы 1.1 электромагнитного момента следует, что при ра­венстве конструкционных постоянных, магнитных ПОТОКОВ и токов якоря для условий схемы (рисунок 1.4) будет выполняться и равенство моментов испытуемых машин, а реверсивное включение одной из об­моток возбуждения приведет к нулевой равнодействующей вращаю­щих усилий.

Для того чтобы нарушить механический баланс системы, необхо­димо изменить количественное соотношение между моментами про­тиводействующих машин, причем в пользу той из них. которую пред­полагается использовать в качестве двигателя.

Рисунок 1.4 – Принципиальная электрическая схема испытательного стенда по методу взаимного нагружения

Анализ выражения (1.1) показывает, что теоретически существу­ет несколько способов усиления момента двигателя или ослабления момента генератора. На практике в силу ряда преимуществ наиболь­шее распространение получила схема усиления двигательного момента за счет подпитки якорной цепи двигателя от еще одного дополни­тельного источника. Подключение этого источника, получившего название линейный генератор (сокращенно ЛГ), к основной схеме по­казано на рисунке 1.4.

Из схемы (рисунок 1.4) видно, что при замыкании контактора «ЛГ» в его якорной цепи возникает ток , который, складываясь в узле «А» с током от ВДМ, обеспечивает превышение тока двигателя над то­ком генератора

. (1.4)

Неравенство токов в цепи испытуемых машин на величину тока ЛГ при равенстве магнитных потоков и конструкционных констант машин создаст превышение вращающего момента двигателя над мо­ментом сопротивления генератора, в результате чего система придет во вращение, причем в требуемую сторону.

1.3. Теоретический анализ работы схемы взаимного нагружения

Представленная на рисунке 1.4 принципиальная схема метода взаимно­го нагружения, как и любая электрическая схема, подчиняется и опи­сывается законами Ома и Кирхгофа.

Запишем уравнение второго закона Кирхгофа для основного кон­тура. содержащего две испытуемые машины. За положительное направление обхода примем направление, совпадающее с током гене­ратора (против часовой стрелки). В левой части уравнения запишем сумму ЭДС действующих в контуре «ДВИГАТЕЛЬ – ГЕНЕРАТОР», а в правой – сумму падений напряжений

, (1.5)

где – сопротивления якорных обмоток испытуемых машин;

– со­противления обмоток возбуждения испытуемых машин.

С учетом ранее установленного равенства ЭДС = и того, что

, (1.6)

выражение (1.5) приводится к виду

. (1.7)

В соответствии с первым законом Кирхгофа в узле «А» выполняется

. (1.8)

После подстановки выражения (1.8) для в формулу (1.7) получаем

. (1.9)

Из описания принципа действия схемы взаимного нагружения сле­дует, что ЛГ создает ток, необходимый только для создания небалан­са моментов, и поэтому его величина на порядок меньше якорного тока испытуемых машин. Учитывая, что и величина незначитель­ная, приближенно можно считать

. (1.10)

Из выражения (1.9) следует, что напряжение, создаваемое вольтодобавочной машиной, идет на покрытие внутренних потерь напряжения на сопротивлениях обмоток испытуемых машин. В номинальном ре­жиме падение напряжения на сопротивлениях обмоток тяговых элек­тродвигателей оценивается в (3...5)%. Поэтому потребное выходное напряжение ВДМ обычно не превышает (10... 12)% от номинального напряжения испытуемых машин.

В то же время ВДМ стоит последовательно в цепи основного гене­ратора, и поэтому ее якорная обмотка должна быть рассчитана на пол­ный диапазон токов испытуемых машин, включая и режим предельной мощности, при котором реализуется двойной часовой ток. Из сказан­ного можно сделать вывод в отношении технических характеристик вольтодобавочной машины.

Вольтодобавочная машина – это многоамперный и низковольтный источник питания в схеме взаимного нагружения.

Выразим из выражения (1.9) ток двигателя

. (1.11)

Полученное выражение устанавливает важный для практики спо­соб регулирования токового режима работы испытуемого двигателя.

Для изменения тока в якорной цепи двигателя достаточно регулиро­вать напряжение на зажимах вольтодобавочной машины.

Если пренебречь разницей в токах испытуемых машин ( ≈ = ) то, умножив обе части выражения (1.10) на ток , можно получить сле­дующее энергетическое соотношение:

. (1.12)

В левой части уравнения (1.12) стоит выражение мощности ВДМ, а в правой – механизм ее реализации для схемы взаимного нагружения.

Вырабатываемая источником ВДМ мощность расходуется на по­крытие электрических потерь мощности в обеих испытуемых машинах.

Аналогичным образом можно произвести анализ технических ха­рактеристик для линейного генератора ЛГ. Как уже отмечалось выше, ток ЛГ на порядок меньше якорных токов испытуемых машин. С дру­гой стороны, из схемы (рисунок 1.4) видно, что напряжение на зажимах ЛГ может быть представлено в вид

. (1.13)

Очевидно, что второе слагаемое в выражении (1.13) представляет собой незначительное по величине внутреннее падение напряжения в обмотке возбуждения генератора. Поэтому с допустимым для прак­тики приближением можно считать

Характеристики

Список файлов ВКР