4.5. Статические механические характеристики электропривода с однократной сар скорости. Механическая характеристика электропривода


4.5. Статические механические характеристики электропривода с однократной сар скорости

Статические характеристики, как частный случай динамических можно получить из операторных уравнений реакций САР

;

.

Приравнивая в записанных выражениях р = 0, получим

;

,

где - установившееся значение скорости, соответствующее;

- фактическое значение установившейся скорости;

-установившееся значение момента нагрузки;

- установившееся значение момента двигателя.

С учетом записанных ранее выражений передаточных функций (4.28) – (4.31) получим:

; (4.32)

.

Первая формула есть не что иное, как выражение статической механической характеристики электропривода с однократной САР. Вторая формула подтверждает, что в установившемся режиме электромагнитный момент двигателя полностью уравновешивает момент статического сопротивления.

Обычно уравнение статической характеристики представляется в виде:

.

Отсюда следует, что скорость идеального холостого хода электропривода с однократной САР скорости

это есть установившаяся реакция системы на задающее воздействие. Также можно утверждать, что установившееся падение скорости

есть не что иное, как установившаяся реакция системы на возмущение.

Рис. 4.19. Статические механические характеристики электропривода

с однократной САР скорости

Жесткость механической характеристики однозначно определяется соотношением параметров .

Чем больше k, тем мягче механическая характеристика и наоборот. Отсюда следует, что электропривод с однократной САР скорости при относительно большом моменте инерции механической системы имеет жесткую механическую характеристику, и наоборот, малоинерционный электропривод обладает более мягкой механической характеристикой.

Практически на жесткость механической характеристики можно влиять лишь путем соответствующего выбора некомпенсируемой постоянной времени Тμ , от которой зависит величина Тω = 4Тμ. При этом малые Тμ обеспечивают быстрые переходные процессы и жесткие механические характеристики. И наоборот, выбор больших значений Тμ обеспечивает медленные переходные процессы и более мягкие механические характеристики. Таким образом, некомпенсируемая постоянная времени оказывает влияние не только на динамические, но и на статические характеристики электропривода и поэтому является важным инструментом при выполнении технологических требований, предъявляемых к электроприводу.

В заключении сопоставим характеристики электропривода с замкнутой САР скорости и характеристики электропривода без обратных связей. Из анализа математической модели силовой части электропривода следует, что при отсутствии обратных связей и регуляторов механическая характеристика имеет вид :

,

где электромеханическая постоянная времени электропривода.

Сопоставим полученную формулу с формулой механической характеристики замкнутой системы электропривода (4.32).

Скорость идеального холостого хода электропривода без регуляторов определяется управляющими воздействиями на входе преобразователя и зависит от параметров kп и φ. В замкнутой системе данные параметры не влияют на скорость холостого хода. Жесткость механической характеристики разомкнутой системы определяется соотношением Тм /Тj , а жесткость характеристики замкнутой системы - соотношением Tω/Tj . Отсюда (см. рис. 4.19, б) соотношение жесткостей механических характеристик разомкнутой и замкнутой систем определяется соотношением величин Тм с одной стороны и Тω с другой.

Из этого следует, что если величина Тω = Тм , то жесткость характеристики электропривода с замкнутой однократной САР скорости окажется такой же, как и электропривода без регуляторов (характеристика 1).

Если Тω < Тм , то жесткость характеристики замнутой системы выше по сравнению с разомкнутой системой (характеристика 2).

Если Тω > Тм , то характеристика будет более мягкой в замкнутой системе (характеристика 3).

На основании выше изложенного можно констатировать:

1) Однократные САР скорости обладают астатизмом первого порядка по задающему воздействию и астатизмом нулевого порядка но возмущающему воздействию.

2) Некомпенсируемая постоянная времени САР оказывает существенное влияние как на динамические, так и на статические характеристики электропривода.

3) Типовая методика синтеза однократных САР скорости в общем случае не гарантирует повышения жесткости статических механических характеристик электропривода в сравнении с характеристиками электропривода без регуляторов. Она гарантирует лишь вид и количественные характеристики переходных процессов при реакции на управление и частично - при реакции на возмущение.

4) Количественные показатели реакции САР скорости на возмущение зависят от соотношения параметров силовой и управляющей частей электропривода. Поэтому эти показатели могут в определенных пределах корректироваться за счет изменения параметров управляющей части.

5) В тех случаях, когда жесткость механических характеристик однократных САР не удовлетворяет требованиям к электроприводу и путем варьирования величиной Тμ не удается обеспечить требуемые показатели стабилизации скорости, то необходимо переходить к другим принципиальным и структурным решениям.

Среди них следует отметить комбинированные САР скорости, сочетающие регулирование по отклонению и по возмущению. Однако для функционирования таких САР требуется измерение возмущающего воздействия, т.е. момента сопротивления на валу двигателя, что представляет определенные технические трудности. Поэтому комбинированные САР получили ограниченное применение на практике. Более широкое распространение получил другой вариант решения проблемы, использующий так называемые двукратные САР скорости.

studfiles.net

7. Расчет и построение механических (электромеханических) характеристик электропривода.

Расчет и построение характеристик ипроведем при допущении, что с изменением нагрузки двигателя ЭДС генератора остается неизменной, т.е. его приводной двигатель вращается с неизменной угловой скоростью. Тогда уравнение механической характеристики для- го режима запишется в виде:

;

где - значение ЭДС при которой двигатель работает в- ом режиме, т.е. силипри движение тележки вверх или вниз, В;

- коэффициент ЭДС двигателя, Вс;

- статический момент сопротивления, приведенный к валу двигателя для - го режима, Нм;

- суммарное сопротивление контура якорных цепей двигателя, генератора и соединенных приводов, взятое при рабочей температуре обмоток, Ом;

- сопротивление соединенных приводов, которое принимаем равным

ЭДС генератора при подъеме:

ЭДС генератора при спуске:

Ток и момент короткого замыкания для соответствующего режима определяется выражениями:

;

При подъеме:

При спуске:

Электромеханическая и механическая характеристики электропривода

а) электромеханическая характеристика электропривода

б) механическая характеристика электропривода

Рисунок 7.1

Цифрами на рисунке 7.1а обозначены:

1-электромеханическая характеристика двигателя при работе на подъём с рабочей скоростью,

2- электромеханическая характеристика двигателя при работе на подъём с ползучей скоростью,

3- электромеханическая характеристика двигателя при работе на спуск с ползучей скоростью,

4- электромеханическая характеристика двигателя при работе на спуск с рабочей скоростью.

В свою очередь на рисунке 7.1б цифрами обозначены следующие характеристики:

1-механическая характеристика двигателя при работе на подъём с рабочей скоростью,

2- механическая характеристика двигателя при работе на подъём с ползучей скоростью,

3- механическая характеристика двигателя при работе на спуск с ползучей скоростью,

4- механическая характеристика двигателя при работе на спуск с рабочей скоростью.

8. Расчет и построение графиков переходных процессов электропривода ,и.

Переходные (динамические) режимы в двигателе связанные с изменением управляющего воздействия (ЭДС генератора) параметров якорной цепи или нагрузки на валу двигателя и т.д., приводят к изменению ЭДС, угловой скорости, момента и тока двигателя и соответственно механических и электромагнитных и тепловых переходных процессов, в виду на весьма большой инерционности и электромагнитных процессов в якорной цепи двигателя(генератора) из-за их быстрого протекания, не учитывают:

При расчете переходных процессов сделаны следующие допущения:

1. Магнитная система генератора не насыщена.

2. Влияние гистерезиса и вихревых токов мало и не учитывается.

3. Реакция якоря и последовательная обмотка генератора отсутствует, а ток якоря на цепь возбуждения не влияет.

4. Магнитный поток двигателя

Для ускорения протекания электромагнитного процесса применяют форсировку, заключающегося в том, что на время пуска к обмотке возбуждения генератора прикладываются повышенное .

Сравнивая известные способы ускорения переходных процессов, можно сделать вывод, что наиболее эффективным является формирование напряжения с шун­тируемым на время переходного процесса резистором. Здесь при прочих равных условиях достигается наиболь­шее ускорение процесса и, кроме того, нарастание тока возбуждения идет почти по прямой линии, что благоприятно сказывается на форме кривой тока в цепи якоря двигателя.Напряжение, прикладываемое к выводам обмотки воз­буждения генератора по данной схеме остается неизменным, а в схеме с постоянно введённым резистором R2 оно уменьшается в процессе пуска. Поэтому по схеме, изображенной на рис. 8.1, обеспечиваются более форсиро­ванное нарастание тока возбуждения и большее ускорение переходного процесса при одном и том же напряжении U'B.

Схема включения обмотки возбуждения

Рисунок 8.1

При скачкообразном приложение к обмотке возбуждения ток будет нарастать по экспоненциальному закону. На рис.8.1 представлена схема цепи возбуждения генератора с дополнительным резистором, шунтированным на время пуска контактом К2.

При достижение тока величиныК2 размыкается ина обмотке возбуждения ограничивается значением. Чем больше первоначальное напряжениетем быстрее идет нарастаниеи выше его линейность на участке (0-). От величины сопротивления резисторазависит значение перенапряжение (ЭДС) в обмотке возбуждения в момент ее отключения.

;

где - номинальное значение напряжения обмотки возбуждения;

- активное сопротивление обмотки возбуждения.

Чрезмерное перенапряжения может привести к пробою изоляции обмотки возбуждения . Обычно принимаем тогда;

Сопротивление для схемы включения определяется из выражения:

где - коэффициент форсировки, показывающий во сколько раз приложенное напряжениевыше номинального, обычно берется в пределахт.к. дальнейшее его увеличения мало сказывается на уменьшение времени нарастание тока возбуждения.

Индуктивность обмотки возбуждения:

где - число пар полюсов;

- величина магнитного потока, соответствующего определенному значению тока возбуждения , Вб;

- число витков на полюсе;

- коэффициент рассеяния магнитного потока под полюсами.

Электромагнитная постоянная времени контура возбуждения:

;

Величина напряжения на входе схемы возбуждения:

После подачи на схему возбуждения генератора ток обмотки возбуждения начинает увеличиваться, изменяясь по экспоненциальному закону:

При достижение тока возбуждения величины , расщунтируется резисторвремя нарастания тока возбуждения до:

На первом участке , двигатель неподвижен, уравнения равновесия ЭДС и напряжения якорной цепи системы Г-Д:;

тогда: ;

;

где - ток короткого замыкания, соответствующая новой электромеханической характеристики, на которой будет работать двигатель после окончания переходного процесса в генераторе.

Продолжительность первого участка определяется как:

когда в момент времени ,достигнет такой величины что обеспечит протекание токаи, после чего двигатель начнет вращаться. В соответствии с;

где - угловая скорость двигателя, соответствующая движению тележки со скоростьюи.

- величина тока двигателя при соответствующей нагрузке

Уравнение ЭДС генератора .

Из этого уравнения можно описать изменение ЭДС генератора на всех

участках движения тележки. На участке используется первое слагаемое, т.к. процесс начинается с момента подачина схему возбуждения генератора и. В момент времениЭДС генераторадостигает величины, которая обеспечивает вращение двигателя в установившемся режиме с, и резисторерасшунтируется.

На интервале ЭДС генератора остается неизменной равной.

Для второго и последующих участков уравнение равновесия ЭДС и напряжений записываются в виде:

где принято: ;;;.

После преобразования и решения получим исходные дифференциальные уравнения для определения и :

где - электромеханическая постоянная времени привода, с;

-- ток короткого замыкания, на котором будет работать двигатель после окончания переходного процесса;

-- ток короткого замыкания, на котором работал двигатель до начала переходного процесса в генераторе, А;

- - угловая скорость идеального холостого хода соответствующая,;

-- угловая скорость идеального холостого хода соответствующая,;

-- статическая ошибка, при,;

;

где - ток двигателя при,;

-- ток двигателя до начала переходного процесса, А;

-- угловая скорость двигателя до начала переходного процесса,;

, ,

На участке в момент временипроисходит расшунтирование резистора

и ЭДС генератора становится неизменной и равной , но величина и не достигнут еще своих установившихся значений и переходной процесс будет продолжаться еще некоторое время. Зависимость иописывается уравнениями, где первые слагаемые равны нулю, так как:

, , аиравны соответствующим их значениям в конце предыдущего участка:

На оставшихся участках все процессы будут представлены следующими уравнениями:

для участка :,,,,

для участка :,,,

На участке в обмотке возбуждения генератора переходного процесса нет и следовательно, двигатель работает на характеристике, обеспечивающий движение тележки с, поэтому;;иравны соответствующим значением величин в конце предыдущего участка:

На участке , после отключения питания обмотки возбуждения генератора, изменение тока и угловой скорости (до остановки двигателя) описывается тем же уравнениями, что и на участке, т.е.,. При этомисоответствует току короткого замыкания и угловой скорости холостого хода исходной характеристики, где обеспечивалось движение тележки с;;;.

В момент времени двигатель останавливается, а ЭДС генератора. Время торможение двигателя определяется из

где второе слагаемое приравнивается к , а

На участке , после остановки двигателя :

;

где - ЭДС генератора в момент остановки двигателя

studfiles.net

Механические характеристики двухдвигательного асинхронного электропривода

Необходимость реализации высокой производительности и надежности работы подъемно-транспортных машин в недалеком прошлом заставило проектировщиков систем электроприводов переменного тока прибегнуть к изобретению двухдвигательного электропривода. Такое сочленение асинхронных электродвигателей позволило получить целый ряд механических характеристик с малой крутизной как в двигательном, так и в тормозном режимах, которые могут обеспечивать получения устойчивых низких скоростей.

Такая система состоит из двух сочлененных асинхронных электродвигателей или одного асинхронного электродвигателя, но с тормозным генератором постоянного тока.

В первом случае электродвигатель механизма перемещения или механизма подъема заменяется двумя асинхронными электродвигателями с фазным ротором половинной мощности. Также подобная система реализуется не только для получения необходимых характеристик, но и в случае, когда нет электродвигателя необходимой мощности. При этом общий маховый момент такой системы уменьшается. При работе в двигательном режиме статоры обеих электрических машин подключают к сети таким образом, что б обеспечить одинаковое направление вращения. Благодаря тому, что валы электродвигателей связаны жесткой механической связью, то результирующий момент системы будет равен алгебраической сумме моментов асинхронных электродвигателей.

Для того, что бы получить пониженную скорость с малой крутизной характеристик в двигательном и тормозном режиме один из двигателей переводят в режим противовключения. Схема показана ниже:

Схема двухдвигательного электропривода

Величину моментов асинхронных машин регулируют путем подбора сопротивлений в цепях ротора.

Представим, что уравнение механической характеристики электрической машины, работающей в двигательном режиме, будет иметь вид:

1

И, соответственно,  электрической машины работающей в режиме противовключения:

2

В равенствах (1) и (2) β1 и β2 – это угловые коэффициенты механических характеристик каждого из электродвигателей. Суммарный момент, который будут развивать электродвигатели, будет равен алгебраической сумме М1 и М2, и согласно выражениям (1) и (2) могут быть выражены:

3

Благодаря тому, что валы имеют механическую связь (жесткую), то скорость всегда будет одинакова n1 = n2 = n.

Таким образом, результирующий момент будет иметь вид:

Результирующий момент двухдвигательного электропривода

Механическая характеристика двухдвигательного электропривода будет иметь вид:

Механическая характеристика двугдвигательного электропривода.PNG

Выражение (5) показывает, что скорость идеального холостого хода двухдвигательного электропривода будет ниже, чем синхронная скорость каждого из двигателей и крутизна характеристик тоже будет меньше.

Механические характеристики отдельных двигателей 1 и 2 и их результирующая характеристика 1+2 показана ниже:

Механические характеристики двухдвигательного электропривода

Характеристики как в двигательном, так и в тормозном режиме имеют значительно меньшую крутизну, чем характеристики одного асинхронного электродвигателя. Главным недостатком такой схемы является сильный нагрев электродвигателя работающего в режиме противовключения.

Также следует отметить, что рассматриваемый вариант двухдвигательного электропривода является механическим аналогом электропривода с асинхронным электродвигателем питаемым несимметричным напряжением.

При рассмотрении асинхронного электропривода с несимметричным питанием со стороны статора было установлено, что несимметричное напряжение создает в двигателе две магнитодвижущие силы, которые вращаются в противоположных направлениях – синхронно с полем статора и в обратном направлении. Каждая из МДС создает момент, а момент на валу двигателя будет алгебраической суммой этих составляющих.

В случае двухдвигательного электропривода каждый из двигателей создает свой собственный момент, который суммируется благодаря жесткой механической связи.

Что бы устранить перегрев электрической машины работающей в режиме противовключения была предложена схема, в которой один из двигателей включают в режим динамического торможения, а второй работает в двигательном режиме.

Схема и механическая характеристика ее показана ниже:

Подключение двухдвигательного электропривода при работе одного из них в режиме динамического торможения

Механическая характеристика двухдвигательного электропривода при работе одного из них в режиме динамического торможения

Двухдвигательной электропривод такого рода довольно распространенно использовался в механизмах подъема грейфера и передвижения тележки рудного перегружателя доменного цеха металлургического завода.

Схема с добавочным генератором постоянного тока состоит из асинхронной машины и тормозного генератора. В качестве тормозного генератора могут использовать как генератор с самовозбуждением, так и генератор с независимым возбуждением. Якорь генератора замыкают на тормозное сопротивление. При спуске груза асинхронный электродвигатель подключен к сети и работает в режиме силового спуска, а машина постоянного тока в режиме электродинамического торможения. Тормозные характеристики электропривода 1+2 получают суммированием характеристик асинхронного электродвигателя 1 и тормозного генератора 2:

Механические характеристики асинхронного электродвигателя с тормозным генератором постоянного тока

Применения генератора последовательного возбуждения к этой схеме наиболее желателен, так как при отсутствии напряжения в сети переменного тока присутствует возможность опустить груз, используя только генератор постоянного тока.

elenergi.ru


Смотрите также