Волченсков В.И. Исследование двигателей постоянного тока с параллельным возбуждением (2011) (1244968), страница 4
Текст из файла (страница 4)
14), как осуществляется процесс торможения.Вначале двигатель работал в точке 1 с некоторой постояннойскоростью n. При изменении полярности напряжения U на обмотке якоря двигатель переходит в точку 2 на реостатной характеристике n(M), соответствующей измененной полярности U.Поскольку момент, развиваемый двигателем, становится тормозным, частота вращения ротора уменьшается, рабочая точка перемещается по реостатной характеристике из точки 2 к точке 3, прикоторой n = 0. Если в это время двигатель не отключить от сети, торотор начнет разгоняться в противоположную сторону в соответствии с направлением действующего вращающего момента.Рассмотрим, как рассчитать реостатную характеристику, соответствующую торможению противовключением описываемым методом и проходящую через заданную точку с параметрамиMт = (–Mнt) и nт = nD.19Уравнение механической характеристики n(M), соответствующей работе ДПТ на реостатной характеристике при измененнойполярности U в цепи якоря, таково:n = –U / (С Е Ф) – M(Rя + Rдоб.п + Rдоб) / (С Е С М Ф 2).Подставляя в уравнение численные значения координат точки(nт и Mт), через которую должна проходить реостатная характеристика, определяем значение добавочного сопротивления Rдоб.На одном графике строим три характеристики n(M) при изменении момента от –1,5Мн до + 1,5Мн (см.
рис. 14):– естественную n(M);– тормозную nтЕ(M) при Rдоб = 0;– реостатную тормозную nт(M) (при Rдоб 0).На построенных характеристиках n(M) следует показать расчетные точки, соответствующие тормозному моменту Мт.Далее следует отметить преимущества и недостатки данногометода торможения и сделать выводы о целесообразности егоприменения.5. РАСЧЕТ СЕМЕЙСТВА ПУСКОВЫХ РЕОСТАТНЫХХАРАКТЕРИСТИК ДПТРассмотрим процесс пуска двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением. При пуске ДПТ обычно используютпусковой реостат. Схема включения ДПТ приведена на рис.
15.Рис. 15. Электрическая схема ДПТс пусковым реостатом Rпуск20При пуске двигатель переходит из режима покоя в режим работы на естественной характеристике n(M). Ротор ДПТ приводитво вращение какой-либо рабочий механизм. При этом двигательпреодолевает момент сопротивления Мс, создаваемый рабочиммеханизмом, и динамический момент, идущий на преодолениеинерции самого ротора и всех вращающихся частей рабочего механизма.Этому режиму соответствует следующее уравнение моментов,приведенных к валу ДПТ:M = Mс + Mдин = Mс + Jd.dtЗдесь M – момент, развиваемый двигателем; Mс – статический моd– динамический момент; J –мент сопротивления; Mдин = Jdtсуммарный момент инерции ротора ДПТ и вращающихся частейрабочего механизма, приведенный к валу двигателя; Ω – угловаяdскорость вращения ротора;– угловое ускорение.dtd> 0, и происходит разгон ДПТ. При пусЕсли Mдин > 0, тоdtке стремятся обеспечить достаточно большой момент Мпуск.
Однако при слишком большом пусковом моменте могут возникнутьнедопустимо большие динамические толчки момента, что можетвызвать механические повреждения двигателя. Кроме того, в цепиякоря двигателя возникает большой пусковой ток Iя. В общем случае ток якоря выражается формулойIя = (U – E) / (Rя + Rдоб.п).Непосредственное включение неподвижного двигателя в сеть(n = 0, Е = 0) недопустимо, так как сопротивление цепи якоря (Rя ++ Rдоб.п) мало и ток при этом достигнет значений, в 10–20 раз превышающих номинальное.Считается, что при токе якоря Iя 2,5Iя.н возникает угроза появления кругового огня на коллекторе ДПТ.
В реальных условияхстремятся обеспечить, чтобы пусковой ток якоря не превышал(2 …2,2) Iя.н. Ограничить ток якоря при пуске (n = 0, Е = 0) можно,21включив последовательно с обмоткой якоря пусковой реостат ссоответствующим сопротивлением Rпуск (см. рис. 15)IЯ = U / (Rя + Rдоб.п + Rпуск).Одновременно ограничивается и пусковой момент Мпуск (точка 1 на рис. 16).Рис. 16. Процесс пуска ДПТПо мере увеличения частоты вращения ротора рабочая точка,характеризующая состояние ДПТ, движется по нижней реостатнойхарактеристике от точки 1 к точке 2, растет ЭДС двигателя Е,уменьшаются ток Iя и момент М.Одновременно снижается угловое ускорение d dt . Для увеличения углового ускорения ротора уменьшают пусковое сопротивление до Rпуск, рабочая точка ДПТ перемещается на верхнююреостатную характеристику n(M) в точку 3.
При этом возрастаетток Iя и увеличивается момент М, определяющий угловое ускорение (М = Мmax).Пусковое сопротивление выполняется из нескольких секций,которые по мере разгона двигателя поочередно выключаются.Двигатель каждый раз переходит на новую реостатную характеристику n(M). В итоге при полностью выключенном пусковом сопротивлении (Rпуск = 0) двигатель продолжает работать уже на естественной характеристике n(M).Процесс пуска заканчивается, когда момент, развиваемый двигателем, становится равным моменту сопротивления, создаваемомурабочим механизмом (М = Мс), ротор двигателя вращается с постоянной скоростью (n = const), соответствующей точке 6 (см.
рис. 16).22Чем больше ступеней имеет пусковое сопротивление, тем более плавным и быстрым оказывается процесс пуска двигателя.Задание пусковых реостатных характеристик осуществляетсятаким образом, чтобы переключение ступеней пускового реостатапроисходило при одном и том же моменте Mmin, как показано нарис. 16.При пуске момент, развиваемый двигателем, должен принимать значения от Mmin ≥ 1,1Мн до Mmax = 2,2Мн. Зададимся некоторым значением Mmin, при котором происходит переключение ступеней реостата. Расчет будем вести в последовательности, обратной пуску.1. На общем графике строим естественную характеристикуn(M):n = U / (СЕФ) – M(Rя + Rдоб.п) / (СЕСМФ2)в диапазоне изменения момента М = 0…2,2 Мн.
Она была рассчитана ранее (п. 2). Подставляем значение Mmax = 2,2Мн в уравнениеn(M) и определяем n5 в точке 5.2. Уравнение первой реостатной характеристики n(M) (приRпуск = Rпуск, см. рис. 16):n = U / (СЕФ) – M(Rя + Rдоб.п + Rпуск) / (СЕСМФ2).В точке 4 при пуске происходит уменьшение пускового сопротивления от Rпуск до нуля и переход рабочей точки с первойреостатной характеристики (точка 4) на естественную характеристику (точка 5).
При этом n4 = n5 и M4 = Mmin.Подставляя координаты точки 4 в уравнение n(M), определяем Rпуск, соответствующее первой реостатной характеристике.3. Уравнение второй реостатной характеристики n(M) (приRпуск = Rпуск, см. рис. 16):n = U / (СЕФ) – M(Rя + Rдоб.п + Rпуск) / (СЕСМФ2).Подставляя в это уравнение M3 = Mmax, вычисляем n3 (в точке 3).Зная, что n2 = n3 и M2 = Mmin, из уравнения n(M) определяем пусковое сопротивление Rпуск, соответствующее второй (нижней)реостатной характеристике.4. Вычисляем пусковой момент в точке 1.
В уравнение второйреостатной характеристики n(M) подставляем значение n1 = 0 ивычисляем M1 = Мпуск.23При правильном задании момента переключения Mmin должныполучить Мпуск = 2,2Мн. Если Мпуск существенно отличается от M == 2,2Мн, задаем новое значение Mmin и повторяем расчет. Сноваполучаем Мпуск ≠ 2,2Мн.
Проводим линейную интерполяцию и вычисляем Mmin, при котором Мпуск = 2,2Мн.Проводим расчет третий раз, определяем Rпуск и Rпуск и строим естественную и две реостатных характеристики на одном графике.На этом же графике следует показать движение рабочей точкипо характеристикам при пуске ДПТ (точки 1, 2, 3, 4, 5, 6) по аналогии с рис. 16.В точке 6 вращающий момент ДПТ становится равным моменту сопротивления (М = Мс = Mнt), разгон двигателя прекращается,ротор вращается с постоянной скоростью – процесс пуска закончен.6. РАСЧЕТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДПТЭлектрическая схема замещения ДПТ с параллельным возбуждением представлена на рис. 1.
Все параметры схемы замещенияизвестны, заданы в исходных данных. Проведем расчет рабочиххарактеристик ДПТ. Результаты расчета запишем в табл. 3 и представим их в виде графиков.Таблица 3Iя, АIя , АI, Аn, об/минМ, НмР2, ВтР1, ВтКПД, %000,25Iя.н 0,5Iя.н 0,75Iя.нIя.н1,25Iя.н 1,5Iя.н000Рассмотрим последовательность расчета указанных величинпри работе ДПТ на естественной характеристике n(M). Определяем ток возбуждения Iвозб = U / Rвозб.Задаем семь значений тока якоря Iя в диапазоне 0…1,5Iя.н.
Далее проводим все расчеты для принятых семи значений тока якоряIя. Ток, потребляемый из сети, I = Iя + Iвозб.24Определяем частоту вращенияn = U / (СЕФ) – Iя(Rя + Rдоб.п) / (СЕФ).Здесь СЕФ находят по данным номинального режимаСЕФ = (Uн – Iя.н(Rя + Rдоб.п)) / nн.Рассчитываем значения моментаM = CМФIя.Здесь СМФ = Мн / Iя.н, Mн = 9,55P2н / nн. (Используемые единицыизмерения: М – в Нм, Р2 – в Вт, n – в об/мин).Затем определяем полезную Р2 и потребляемую Р1 мощностии КПД:P2 = 0,105Mn ; P1 = Uн(Iя + Iвозб); ŋ = P2 / P1.Результаты расчетов записываем втабл. 3.На общем графике в крупноммасштабе строим расчетные зависимости I, n, M, Р1, ŋ = f(P2).Для каждой физической величиныстроим отдельную ось с соответствующей шкалой и единицами измерения.
Шкала начинается с нуля, равномерная, без разрывов, с выбраннымРис. 17. Рабочие характеристики ДПТшагом (рекомендуется шаг 1 либо 2,либо 5, умноженные на 10n).Примерный вид рабочих характеристик ДПТ показан на рис. 17.7. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТАОтчет по выполненной работе должен содержать составляющие, приведенные ниже.1. Титульный лист.2. Текст домашнего задания со всеми исходными данными.3.
Последовательное описание выполнения всех пунктов задания с расчетными формулами и их числовыми значениями (формула – подставляемые числа – ответ с единицами измерения).254. Краткие пояснения сути выполняемых действий по каждомупункту задания.5. Расчетные данные и требуемые по заданию графики, построенные аккуратно, в крупном масштабе, с помощью чертежныхинструментов или с использованием ПК.6. Выводы по результатам проведенных расчетов в конце каждого пункта.Домашнее задание должно быть выполнено и представлено напроверку преподавателю в указанные сроки.ЛИТЕРАТУРА1. Борисов Ю.М.
Электротехника: учеб. для вузов / Ю.М. Борисов, Д.Н. Липатов, Ю.Н. Зорин. М.: Энергоатомиздат, 1985.2. Липатов Д.Н. Вопросы и задачи по электротехнике для программированного обучения: учеб. пособие для студентов вузов /Д.Н. Липатов. М.: Энергоатомиздат, 1984.3. Электротехника и электроника: в 3 кн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
