Курс лекций по "Информатике"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 8.6 – Характеристика ККД

 

Підвищення    Р₂   призводить спочатку до різкого зростання ККД, але за умови значних навантажень підсилюється ріст втрат в колі якоря і ККД починає знижуватись. В режимі КЗ (w=0; Р₂=0, h=0).

 

      8.8 Механічні характеристики ДПС

 

Механічною характеристикою ДПС зветься залежність частоти обертання w від момента М (U=const, R_зб=const) . Струм якоря ДПС:    

Звідки    U-E=R_aI_a, але Е=КФw, тоді маємо: U-КФw=R_aI_a, відносно   w:

 враховуючи те, що М=КФІ_а  знайдемо: – рівняння механічної характеристики:

Запишемо рівняння цієї характеристики: w=w₀-С₁М, де

Якщо знехтувати зміною С₁ за рахунок впливу реакції якоря, та температури обмоток, то можна вважати  С₁= const. Тоді ясно, що крива    w=f(М) є пряма лінія для ДПС з належним або паралельним збудженням (U=const).

Якщо в колі якоря  нема   додаткових опорів R_д=0, то   С₁     дуже невеликий і етатизм двигуна      Dw також незначний в  порівнянні з w₀. Це означає, що механічна характеристика має незначний нахил до осі абсцис (крива 1, рис.8.7). Якщо R_д >0, то коефіцієнт С₁ пропорційно зростає  і Dw стає сумарна з w₀    або навіть може перевищувати її. В цьому випадку нахил механічних характеристик збільшується (крива 2, рис.8.7). Якщо не враховувати насичення, то ДПС послідовного збудження має залежність    Ф₀=aІ_зб=aІ_а. Тоді момент машини:   М=КФ₀І_а=aК×І²_а, звідки   тепер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 8.7 –  Механічні характеристики ДПС

 

або

де

Аналізуючи формулу w(М), видно, що механічна характеристика ДПС з послідовним збудженням має вигляд гіперболи (крива 5, рис.8.7).

ДПС компаундного збудження  має проміжну характеристику (крива 4, рис.8.7), крім того вони також мають швидкість ідеального холостого ходу w₀ (не обов'язково рівну w₀ ДПС паралельного збудження). Якщо в колі якоря включаються R_д   збільшується коефіцієнт   В, що дорівнює

Це означає, що відповідна характеристика проходить нижче природ-ньої (криві 6 та 5, рис.8.7). Те ж явище має місце і в компаундних двигунів, однак w₀   у них постійна і на залежить від R_д.

 

8.9 Регулювання  частоти обертання ДПС

 

8.9.1 Способи регулювання

 

Із рівнянь електромеханічної  w=f(І_а) та механічної w=f(М) характеристик видно, що принципово можливе регулювання частоти обертання трьома способами   М_ст=const:

1) зміною струму збудження, в результаті якого міняється і потік двигуна;

2) зміною опору в колі обмотки якоря;

3) зміною напруги мережі живлення обмотки якоря.

 

8.9.2 Регулювання швидкості зміною струму   збудження

 

Змінюючи величину опору  резистора R_д.з (рис.8.3,а), можна регулювати струм збудження І_зб    обмотки ОЗД (U=const). Зі зменшенням струму від І_зб1  і до  І_зб2  (рис.8.8) буде ослаблюватись і потік збудження Ф₀.

Згідно з рівнянням  електромеханічної характеристики швидкість підвищується за умови постійного навантаження. Фізично це явище ілюструється слідуючим чином: з початку зміни   І_зб    швидкість двигуна не міняється (вплив механічної інерції), тому зменшення потоку Ф_о знижує ЕРС Е,  в результаті чого струм І_а значно зростає. Причому підвивання струму І_а значно переважає зниження потоку Ф₀, тому що U   і E  дуже близькі величини Е=(0,93...0,97)U. Момент двигуна М=КФ₀І_а також зростає, що спричиняє підвищення  швидкості w, яка в свою чергу починає підвищувати ЕРС Е. В результаті струм І_а.   спадає і момент М зменшується до настання нової рівноваги М₂=М_ст=М₁.

 

 

 

 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

Рисунок 8.8 – Регулювання  швидкості струмом збудження

 

В кінці перехідного процесу встановлюється нове значення     струму І_а2 >І_а1, тому що послаблення потоку Ф₀   спричиняє зростання струму  І_а, щоб створити теж саме значення моменту. Розглянутий спосіб досить економічний, тому що регулювання здійснюється малим струмом І_зб.

Нормальний процес регулювання  підвищує швидкість вверх від основної (навпаки – не використовується).

 

8.9.3 Регулювання зміною додаткового опору в колі якоря

 

Вмикання додаткового опору R_д   в коло обмотки якоря згідно з рівнянням механічної характеристики (криві 1,2, рис.8.7)  зменшує частоту обертання ротора за умови   М_ст=сonst.

Фізично це пояснюється  слідуючим чаном: додатковий опір R_д обмежує струм, що в свою чергу знижує момент М. Швидкість обертання починає знижуватись. Це спричиняє зниження ЕРС Е і підвивання струму якоря І_а  та момента М. Процес падіння частоти обертання і підвищення момента до настання нової рівноваги в електромеханічній системі закінчується в режимі М₂=М₁=М  та    w₂<w₁. Потужність двигуна на валу Р₂=w₂М₂ також знижується, а потужність Р₁=U×I_a2=U×I_a1  залишається постійною; різниця     DР=Р₁-Р₂       втрачається на нагрів резисторів в якір-ному колі. Тому таке регулювання не економічне. Використовують цей спосіб для регулювання частоти обертання вниз від основної.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 8.9 – Регулювання швидкості зміною опору

 

 

8.9.4 Регулювання швидкості зміною напруги якірного кола

 

Згідно з формулою ріст напруги U    підвищує швидкість обертання і навпаки, зниження U зменшує її (w). Фізика процесу виглядав слідуючим чином. Зниження  U зменшує різко струм I_a,  а також і момент M двигуна. Частота обертання і пропорційна їй ЕРС зменшується відповідно з інерційністю системи. Це призводить до підвищення струму якоря і момента двигуна. Процес зменшення частоти обертання w і підвищення струму та момента М продовжується до тих пір поки   М зрівняється з   М_ст,  тобто     М₂=М₁=М_ст.

В новому сталому режимі   І_а2=І_а1, а w₂<w₁. Цей спосіб також економічний, тому що зниження  Р₂=w₂М₂ зменшує також і   Р₁=U₂І₂, що практично не знижує ККД двигуна.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 8.10 – Регулювання швидкості напругою живлення

 

 

 

 

8.10 Способи гальмування ДПС

 

В сучасних приводах дуже часто виникає необхідність негайно і точно зупинити механізм або змінити його напрямок обертання. Це дуже часто реалізують переводом двигуна в гальмівний режим роботи,  в якому використовують електромагнітний момент МПС, як гальмівний. Характерним тут є те,   що  в будь-якому гальмівному режимі електромагнітний момент і швидкість обертання спрямовані назустріч один одному.

Всі гальмівні режими - це режими генераторні, тобто, машина працює перетворювачем механічної енергії в електричну. ДПС в загальному випадку мають три гальмівних режима:

1. Гальмування з поверненням  енергії в мережу живлення (генераторний режим паралельно з мережею). Цей режим можливий в принципі, якщо Е>U. Двигун переходить в генераторний режим, тому що змінюється напрямок струму якоря, але обертатися він повинен в частотою вищою ніж w₀. На валу створюється гальмівний момент, що врівноважує момент статичного навантаження, що стає в цьому випадку активним. Енергія генератора віддається в мережу і повинна там бути використана, інакше гальмування не відбудеться. Такий режим ще зветься рекуперативним гальмуванням.

В ДПС з послідовним збудженням обмотку збудження підключають паралельно якорю через додатковий опір.

2. Гальмування противключенням (генераторний режим послідовно з мережею).

В цьому режимі ЕРС  двигуна має напрямок згідно з напрямком напруги мережі U і струм обмотки якоря дорівнює:

тут R_д – додатковий опір якоря обмеження струму якоря І_а  (та момента М).

Принципово можливий режим противключення можливий в двох випадках:

а) збереження знаку момента і зміна знаку швидкості (тоді U+Е) і знак струму не змінюється;

б) збереження знаку швидкості і зміна знаку момента (тоді – U-Е        і момент міняє напрямок).

Другий випадок буде мати місце за умови перемикання полярності підведеної до якірної обмотки напруги.

3. Динамічне гальмування (генераторний режим роботи ДПС незалежно від мережі живлення). Цей режим характеризується відключенням якірної обмотки від мережі живлення і замиканням її на додатковий гальмівний опір. Машина може працювати як генератор незалежного збудження (або з самозбудженням),  використовуючи для обертання резерв кінетичної енергії механізму. В ДПС послідовного і змішаного збудження необхідно для реалізації динамічного гальмування зміняти напрямок струму збудження серієсної обмотки з метою збереження напрямку її МРС (та потоку). Інакше машина може розмагнітитись і гальмування не відбудеться.

 

 

Контрольні  питання до теми 8

 

1. Чим відрізняється енергетична діаграма ДПС від такої для ГПС?
2. Можливі системи збудження ДПС.
3. Які моменти діють на валу ДПС. Рівняння руху?
4. Принцип дії ДПС, рівняння напруг.
5. Як виводиться електромеханічна характеристика ДПС?
6. Які задачі та способи пуску ДПС?
7. Як записати рівняння перехідного процесу пуску ДПС?
8. Що таке реостатний пуск?
9. Які характеристики ДПС звуться робочими?
10. Як записати рівняння механічної характеристики ДПС?
11. Які задачі та способи регулювання швидкості ДПС?
12. Як ілюструється спосіб регулювання ослабленням потоку ДПС?
13. Характеристика гальму вальних режимів ДПС?

 

 

 

 

 

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

 

1. Костенко М.І1., ПиотровськиЙ Д.Н. Электрические машины.-М.Энергия,   1973.-4.1.
2. Вольдек А.И. Электрические машины.-Л.:Энергия,1978.
3. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины.-М.:Энергня, 1980.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Конспект лекцій з дисципліни „Електричні машини” на тему: „Машини постійного струму” для студентів спеціальностей 7.092201 – Електричні системи і комплекси транспортних засобів, 7.092203 – Електромеханічні системи автоматизації та електропривод, 7.000008 – Енергетичний менеджмент

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Укладач:   Сторожко  Станіслав Петрович,

доцент, канд. техн. наук 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

51918 ,  м. Дніпродзержинськ, вул. Дніпробудівська, 2

Підписано до друку „____”__________ 2006 р.

Формат  80/34 1/16 .  Обсяг ___________ д. а.

Тираж _______ екз.      Замовлення________________