Auto-park24.ru

Журнал "Автопарк"
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

В каких тормозных режимах может работать асинхронный двигатель

В каких тормозных режимах может работать асинхронный двигатель

Асинхронные электродвигатели для мехатронных систем

В мехатронных системах нашли применение регулируемые асинхронные электроприводы с управлением по напряжению и частоте питания. Концепция векторного управления позволяет получать микропроцессорные асинхронные электроприводы с характеристиками близкими к характеристикам электроприводом постоянного тока.

Актуальность приминения асинхронных электроприводов обусловлена:

— экономическими факторами: минимум стоимости, отсутствие дефицитных видов материалов, повышенный, по сравнению с приводами постоянного тока, коэффициент полезного действия;

— повышенная удельная мощность высокочастотных (200 — 1000Гц) асинхронных электродвигателей;

— меньший момент инерции ротора по сравнению с синхронными электродвигателями;

— больший, по сравнению с двигателями постоянного тока, срок службы и надежность.

В системах автоматического регулирования применяют и двух- и трехфазные асинхронные электродвигатели (АД). Трехфазные АД относятся к двигателям общепромышленного применения, двухфазные АД — это специальные двигатели, получившие название асинхронных исполнительных двигателей (АИД). В мехатронных системах наибольшее распространение получили АИД с полым немагнитным ротором в виде тонкостенного стакана из сплавов алюминия. Толщина стенки стакана ротора в зависимости от мощности электродвигателя колеблется в пределах 0,1 – 1мм. Полый ротор имеет малую массу, а, следовательно, незначительный момент инерции.

Недостатком АИД с полым немагнитным ротором является большой немагнитный зазор, состоящий из двух воздушных зазоров и толщины немагнитного стакана, вследствие чего эти электродвигатели имеют значительный ток намагничивания (до 80 — 90% от номинального тока) и соответственно низкий коэффициент мощности. Большой намагничивающий ток приводит к повышенным электрическим потерям и значительно снижает КПД электродвигателя.

АИД с ротором типа «беличье колесо» имеют такую же конструкцию, как трехфазные АД.

Принцип действия АИД.

Электромагнитный момент создается в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля статора с токами, наведенными этим полем в обмотке ротора. Известно, что вектор вращающего магнитного поля является круговым при соблюдении следующих условий:

— сдвиг обмоток статора в пространстве для трехфазных машин на угол 2 p /3, а для двухфазных на угол p /2;

— сдвиг токов фаз обмотки статора во времени для трехфазных машин на угол 2 p /3 , а для двухфазных на угол p /2;

— равенство магнитодвижущих сил всех фаз между собой.

Нарушение любого из этих условий приводит к тому, что поле становится эллиптическим. Эллиптическое поле можно представить как сумму двух неравных круговых полей, вращающихся с синхронной угловой скоростью в противоположных направлениях. Круговое поле, определяющее направление вращения эллиптического поля, называют прямовращающимся, а круговое поле, вращающееся в противоположном направлении, называют обратновращающимся. Прямое поле создает вращающий момент двигателя, а обратное поле тормозной момент. При увеличении разности значений МДС фаз уменьшается результирующий вращающий момент двигателя, что при неизменном моменте нагрузки приводит к снижению частоты вращения двигателя.

Расчетная схема и дифференциальные уравнения

Двухфазные электродвигатели принято описывать системой дифференциальных уравнений в неподвижной системе координат a с b с. Расчетная схема АД представлена на рис. 9.1.

Система дифференциальных уравнении имеет вид:

;

r – активное сопротивление обмотки, Y — потокосцепление.

ЭДС вращения, вводимые в уравнения обмоток ротора, определяются как:

W — скорость вращения ротора, p п – число пар полюсов, w 1 — частота питающего напряжения.

Потокосцепления обмоток машины:

где L 1, L 2 — коэффициенты самоиндукции обмоток статора и ротора, Lm — коэффициент взаимоиндукции между контурами статора и ротора при совпадении их осей.

Уравнение равновесия моментов

s — коэффициент проскальзывания вектора скорости вращения ротора относительно вектора вращающегося магнитного поля.

При записи через потокосцепления и токи электромагнитный момент для трехфазного АД

Уравнения состояния и структурная схема асинхронного электродвигателя

Систему уравнений АД представим записанной в форме Коши, одновременно заменяя токи обмоток через функции потокосцеплений.

Или, подставляя выражения для токов, получаем:

Подставляем полученные значения токов и момента в уравнения и, обозначая D 1 = L 1 L 2L 2 m , получаем:

Последние уравнения можно рассматривать как уравнения состояния АД. В качестве переменных состояния здесь выступают проекции потокосцеплений на ортогональные оси и угловая частота вращения ротора. Внешними воздействиями на двигатель являются напряжения статора и момент сил сопротивления.

Эти уравнения нелинейны (содержат произведения переменных состояния) и решения в общем виде не имеют. Переходные процессы АД обычно исследуют моделированием на ЭВМ.

Передаточная функция асинхронного электродвигателя

Структурную схему АД можно построить, если перейти от системы дифференциальных к операторным уравнениям.

Рассмотрим динамику работы АД при управлении напряжением, подаваемом на обмотку статора. Электромагнитными переходными процессами пренебрегаем и рассматриваем только электромеханический процесс. В общем виде момент вращения электродвигателя является функцией частоты вращения и напряжения на зажимах обмотки статора, а статический момент сопротивления зависит от частоты вращения.

Изменение напряжения, подаваемого на обмотку статора, на D U вызывает соответствующие изменения моментов и частоты вращения:

При единичном сигнале D U ( p ) = U ( p ), D W ( p ) = W (р). Передаточная функция АД при управлении напряжением, подаваемом на обмотку статора, имеет вид:

W ( p ) = W (р)/ U ( p ) = k дв / ( T эм p + l ).

Следует иметь в виду, что k дв и Тэм переменные параметры, значения которых зависят от точки на механической характеристике, около которой происходит регулирование.

Передаточная функция АД при частотном регулировании

Получить точное выражение передаточной функции АД, отражающей электромагнитные и механические переходные процессы при частотном регулировании, не представляется возможным, потому что имеют место существенные нелинейности, связанные с преобразованием управляющего сигнала в частоту напряжения, питающего электродвигатель.

Вопрос осложняется также наличием двух контуров регулирования по двум взаимосвязанным входам — амплитуде и частоте напряжения. Поэтому для электроприводов с частотным управлением особое значение имеют методы моделирования на ЭВМ.

При малых изменениях частоты напряжения D w 1 будет изменяться только активная составляющая тока ротора, реактивной составляющей пренебрегают. Пренебрегают величинами второго порядка малости. Таким образом, исследуется вращение ротора в магнитном поле постоянной амплитуды, вращающемся с заданной частотой при скачкообразном изменении частоты питающего напряжения. Передаточная функция при принятых условиях:

где а=г2/ s L 2; b = L m / s L 2; d =2 J /(3р 2 L m ); I m b 0 -установившееся значение тока намагничения.

9.5. Вращающий (электромагнитный) момент асинхронного электродвигателя

Рассмотрим энергетическую диаграмму трехфазного АД.

В диаграмме приняты следующие обозначения:

P 1 — активная мощность, потребляемая двигателем из сети,

P эл1, P эл2 — электрические потери в обмотках статора и ротора,

P ст — потери в стали,

P эм — электромагнитная мощность, передаваемая электромагнитным путем ротору,

P мх — полная механическая мощность,

P мех, Рдоб — механические и добавочные потери,

P 2 — полезная мощность на валу.

Пусковые характеристики АД, представлены на рисунке.

Максимальному значению момента вращения соответствует некоторое скольжение s кр, называемое критическим. Значение критического скольжения во многом определяется величиной омического сопротивления обмотки ротора.

Асинхронные электродвигатели различных серий имеют широкий диапазон варьирования параметров пусковых характеристик:

Мп=(0,7 — 1,8)Мн; I п=(5,5 — 7) I н; s k = 0,06 — 0,15; M max =(1,7-3)Мн; s h = 0,01 — 0,02.

Меняя омическое сопротивление роторной обмотки r , изменяем характер кривой момента:

Форма кривой момента вращения зависит также от формы пазов ротора:

1 — с пазами бутылочной формы, 2 — глубокопазный ротор, 3 — ротор с двойной беличьей клеткой

Режимы работы асинхронных машин

Направление вращения асинхронного электродвигателя при прямом порядке чередования фаз (аbс) принимаем за положительное (первый квадрант), а при обратном порядке чередования фаз ( acb ) — за отрицательное (третий квадрант). Во втором и четвертом квадрантах представлены характеристики тормозных режимов.

Читать еще:  Горит лампа давления масла на прогретом двигателе нексия

Двигательный режим

Двигательный режим характеризуется изменением частоты вращения электродвигателя от нуля (точка пуска) до W 1 (точка идеального холостого хода) при соответствующем изменении момента (тока) от Мпуск ( I пуск) до нуля.

Устойчивый режим работы обеспечивается частью механической характеристики АД лежащей в диапазоне изменения скольжения от нуля до s kp .

Рабочие характеристики асинхронного электродвигателя строят в функции полезной мощности электродвигателя Р2.

Рекуперативное торможение

Рекуперативное торможение (генераторный режим) с отдачей энергии в сеть имеет место тогда, когда под влиянием нагрузочного момента или другой причины угловая частота вращения ротора асинхронной машины превысит синхронную частоту W 1 . В генераторном режиме скольжение s s > l . Двигатель потребляет из сети активную мощность, в то же время потребляется механическая мощность вращающегося ротора. Обе эти мощности преобразуются в потери, так как полезная мощность равна нулю. Ротор энергично тормозится. Если в момент, когда s =1, фазы обмотки статора не будут отключены от сети, то ротор будет разгоняться в противоположном исходному направлению вращения и произойдет реверс двигателя.

Регулирование частоты вращения АД

Рассмотрим основную зависимость для частоты вращения ротора АД

Очевидны три возможных способа регулирования частоты вращения:

· изменением частоты питающего напряжения;

· изменением числа пар полюсов машины;

· изменением значения скольжения.

Способ изменения частоты питающего напряжения

Этот способ является основным способом регулирования. С широким распространением дешевых микропроцессоров и появление мощных транзисторов ( MOSFET и IGBT ) создались условия, позволяющие достаточно простыми средствами формировать напряжение желаемой формы, подводимое к обмоткам статора АД. Наиболее часто используются метод ШИМ. При таком способе можно реализовать привод с диапазоном регулирования скорости 500 и более при номинальном моменте.

Способ переключения числа пар полюсов

Для реализации этого способа предусматривается в обмотке статора переключение секций фаз из последовательного соединения в параллельное и наоборот. Существуют АД с несколькими обмотками статора, имеющими различное число пар полюсов. Этот способ является наиболее простым, однако частота вращения изменяется дискретно. В мехатронных системах этот способ не применяется.

Способ изменения величины скольжения

Величина момента вращения трехфазных АД зависит от квадрата приложенного напряжения. Меняя величину напряжения, подаваемого на фазы статора АД, например, с помощью трехфазного МУ или тиристорно го преобразователя для двигателя, работающего под нагрузкой, например Mст1, смещаем точку установившегося режима в диапазоне s hsкр. В настоящее время существует большое число различных схем включения тиристоров, позволяющих коммутировать статорные цепи АД и регулировать подводимое к двигателю напряжение.

Учитывая, что в асинхронных электродвигателях s к max =0.15, этот способ дает небольшой диапазон регулирования частоты вращения ротора. Кроме того, при тиристорном регулировании напряжения по мере увеличения угла управления тиристоров напряжение статора принимает импульсный характер, возникают высшие гармонические напряжения и тока, в свою очередь вызывающие повышенные тепловые и магнитные потери, а также высшие гармонические момента вращения, являющиеся тормозными по отношению к основной частоте.

Режимы работы электродвигателей

Содержание

  1. Основные режимы работы электродвигателей
  2. Дополнительные режимы работы электродвигателей

Режимы работы электродвигателей – это определенный порядок чередования периодов, который характеризуется:

  • продолжительностью и величиной нагрузки;
  • условиями охлаждения;
  • частотой пуска и отключений;
  • частотой реверса;
  • соотношениями потерь в периоды установившегося движения и пуска.

Так как существует множество режимов, выпуск двигателей для каждого из них нецелесообразен, поэтому серийные двигатели проектируются согласно ГОСТ для работы в восьми номинальных режимах. Номинальные данные содержатся в паспорте электродвигателя. Оптимальное функционирование агрегата гарантируется при его эксплуатации при номинальной нагрузке и в номинальном режиме.

Основные режимы работы электродвигателей

Существуют три основных (продолжительный, кратковременный, повторно-кратковременный) и пять дополнительных режимов работы, условно маркированных согласно международной классификации S1-S8. Отечественные электромашиностроительные заводы в обязательном порядке включают номинальные данные на основные режимы в каталоги и паспорт агрегата.

Продолжительный режим (S1) предусматривает длительный и беспрерывный рабочий период, во время которого двигатель нагревается до установившейся температуры. Он может «подразделяться» на два вида:

  • Режим с постоянной нагрузкой (без изменения температуры в период работы). В нем функционируют двигатели конвейеров, электроприводы вентиляторов и насосов.
  • Режим с изменяющейся нагрузкой (температура поднимается или падает с изменением нагрузки). Он используется при работе металлорежущих, деревообрабатывающих и прокатных станков.

Кратковременный режим работы электродвигателя (S2) характеризуется непродолжительным рабочим периодом (по стандартам 10, 30, 60, 90 минут) без нагрева двигателя до установившейся температуры с последующим его охлаждением во время паузы до температуры окружающей среды. В этом режиме действуют электроприводы запорных устройств (вентилей, шлюзов, заслонок и т.д.). В паспорте двигателя указывается продолжительность рабочего периода (например, S2 – 60 мин.).

Повторно-кратковременный режим работы электродвигателя (S3) – режим, при котором в течение рабочего периода нагрев двигателя не достигает установившейся температуры, а во время паузы не происходит охлаждения до температуры окружающей среды. Он характеризуется непрерывным чередованием периодов работы под нагрузкой и вхолостую. Так функционируют электроприводы подъемных кранов, экскаваторов и лифтов, то есть устройств, действующих циклично.

Дополнительные режимы работы электродвигателей

Дополнительные режимы обозначены маркерами S4-S8. Они введены для более удобного эквивалентирования произвольных режимов и расширения номенклатуры номинальных режимов.

S4 – повторно-кратковременный режим с влиянием пусковых процессов. Каждый цикл работы включает в себя:

  • длительный период пуска, в течение которого пусковые потери оказывают влияние на температуру узлов агрегата;
  • период функционирования при постоянной нагрузке без нагрева до устоявшейся температуры;
  • паузу, во время которой не предусмотрено охлаждение двигателя до температуры окружающей среды.

S5 – повторно-кратковременный режим с электрическим торможением. В цикл работы входят:

  • долгое время пуска;
  • время работы при постоянной нагрузке без нагрева до устоявшейся температуры;
  • период быстрого электрического торможения;
  • период работы вхолостую без охлаждения до температуры окружающей среды.

S6 – перемежающийся режим работы. Цикл работы состоит из:

  • периода функционирования с постоянной нагрузкой;
  • паузы.

В течение обоих периодов температура двигателя не достигает установившегося значения.

S7 – перемежающийся режим с электрическим торможением и влиянием пусковых процессов. В каждый цикл включены:

  • длительный период пуска;
  • время действия машины с постоянной нагрузкой;
  • быстрое электрическое торможение.

Паузы данным режимом не предусмотрены.

S8 – перемежающийся режим с разными частотами вращения (2 или более). В цикл входят периоды:

  • работы с неизменной частотой вращения и постоянной нагрузкой;
  • работы при других неизменных нагрузках, причем каждой из них соответствует определенная частота вращения.

Как и предыдущий, этот режим не содержит пауз.

Если вы знаете характеристики работы электродвигателей, вам не составит труда выбрать агрегат, оптимально подходящий для ваших целей. Указанная в каталогах мощность двигателя предусматривает его эксплуатацию в нормальных условиях в режиме S1 (если это не двигатель с повышенным скольжением). Превышение мощности при режиме S2 допустимо не более чем на 50% в течение 10 минут, 25% в течение 30 минут и 10% в течение 90 минут.

Тормозные режимы ДПТ НВ

Электродвигатели постоянного тока независимого возбуждения могут работать в трех тормозных режимах: режиме рекупера­тивного торможения, динамического торможения и торможения противовключением.

Читать еще:  Газель с двигателем 4216 как снизить расход топлива

Режим рекуперативного генераторного торможения имеет место, когда скорость двигателя превышает скорость холостого хода, т.е. со > со (рис. 7). При этом ЭДС якоря Ея превышает напряжение питания якорной цепи (Ея > (1Я) и ток в якорной цепи пойдет под действием ЭДС якоря Ея знак тока будет противоположен знаку напряжения питания. Это означает, что энергия торможения отдается в сеть питания постоянного тока. Следовательно, существуют три условия существования режима рекуперативного торможения:

1)цепь питания должна обеспечивать возможность протекания тока навстречу напряжению источника питания; это условие особенно важно в случае питания двигателя постоянного тока от полупроводниковых преобразователей, элементы которых обладают односторонней проводимостью тока;

2)источник питания должен быть способен воспринимать отдаваемую двигателем энергию и передавать ее в сеть питания; режим рекуперативного торможения невозможен, если привод получает питание от автономной дизель-генераторной установки;

3) для того чтобы рекуперативное торможение было возможно в пределах заданного диапазона регулирования скорости, регулирование должно проводиться путем изменения напряжения, под­водимого к якорной цепи двигателя.

Рис. 7. Механические характеристики двигателя постоянного тока в двигательном режиме и режиме рекуперативного торможения

Основные достоинства рекуперативного торможения: энергетическая эффективность, связанная с полезным использованием энергии торможения; высокая жесткость механических характеристик; плавный переход из двигательного в тормозной режим на одной и той же характеристике. Благодаря такому характеру механических характеристик улучшается качество управления приводом.

Вторым возможным тормозным режимом является режим динамического торможения. В этом режиме якорь двигателя отключается от источника постоянного тока (рис. 8) и замыкается на резистор динамического торможения Rдт.

Питание обмотки возбуждения при этом должно быть обязательно сохранено. В указанном режиме двигатель М работает как генератор постоянного тока, нагруженный на резистор Rдт . Энергия торможения расходуется на нагрев резистора Rдт и обмотки цепи якоря двигателя. Механические характеристики при динамическом торможе­нии представлены на рис. 5.9.

Рис. 8. Механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения в режиме динамического торможения

Недостатки режима динамического торможения: потери энергии торможения, расходуемой на нагрев элементов привода; невозможность торможения привода до его полного останова.

Достоинством режима динамического торможения является его высокая надежность, определяемая тем, что этот режим может осуществляться при исчезновении напряжения питания и в случае выхода из строя источника питания цепи якоря, когда режим рекуперативного торможения становится невозможен. Исходя из этого, динамическое торможение в приводах постоянного тока часто используется в качестве средства аварийного торможения.

Торможение противовключением нехарактерно для двигателей постоянного тока независимого возбуждения. Этот режим может использоваться в приводах малой мощности с широтно-импульсным регулятором тока, позволяющим ограничить ток торможения допустимым значением.

4. 4. Электроприводы по системе «регулируемый источник питания – двигатель постоянного тока»

Для питания двигателей постоянного тока независимого возбуждения используют регулируемые источники питания:

• тиристорный преобразователь (выпрямитель) с фазовым управлением (система ТП – Д);

• полупроводниковые выпрямители с регулированием выпрямленного напряжения методом широтно-импульсного регулирования (ШИР-Д).

Рис. 9. Силовые схемы электроприводов ТП—Д: а — однофазная мостовая нереверсив­ная; б — трехфазная мостовая нере­версивная; в — трехфазная мостовая встречно-параллельная реверсивная с раздельным управлением

Основной системой регулируемого электропривода с двигателями постоянного тока является система ТП – Д, наиболее распространенные схемы, которой приведены на рис. 9.

Основу схем тиристорных преобразователей составляют полууправляемые силовые полупроводниковые приборы – тиристоры.

Неполная управляемость тиристоров определяется тем, что включение тиристора контролируется системой импульсно-фазового управления (СИФУ). При подаче отпирающего импульса на управляющий электрод тиристора он открывается и остается открытым после снятия отпирающего импульса. Закрывается тиристор после изменения полярности напряжения анод – катод и спадания тока до нуля. Запирание тиристоров по цепи управления невозможно. Все это относится к однооперационным тиристорам. Существуют запираемые тиристоры, которые допускают запирание по цепи управления. Кроме того существуют преобразователи частоты для электроприводов на полевых транзисторах с полностью изолированным затвором [1 –3].

Ниже приведены марки типовых электроприводов промышленных роботов:

Тип робота Тип электропривода Тип двигателя

М10П «Кемток» 1ПИ

М20П ЭШИМ ЧДПУ-75

М20К8501 этим ЗДПМ; ДПУ-240

М20К8505 ЭПБ-2 2Д8У

тур-ю ЭШИР ПЯ 250; ДПУ-200

Например, стандартный привод производства Германии АББ DCS400 –- это серия компактных электроприводов постоянного тока нового поколения, рассчитанных на номинальную мощность до 522 кВт. Привод удовлетворяет большинство потребностей машиностроителей, сравним по простоте обращения с аналоговым приводом, обладая при этом всеми преимуществами цифрового, легко встраивается в оборудование, компактен и обладает оптимальным набором функций, прост в установке, настройке и эксплуатации

Область применении: стандартный привод DCS400 можно использовать в различных отраслях промышленности. Среди типичных областей применения можно назвать экструдеры, миксеры, куттеры, волочильные машины, а также прессы. Эти приводы идеальны в тех случаях, когда требуется простота монтажа, пусконаладки и эксплуатации, а также позволяют сэкономить время и исключить ошибки при наладке.

Функции привода:

задатчик скорости с S — образной характеристикой и двумя темпами ускорения – замедления; обратная связь по скорости через тахогенератор, энкодер или по ЭДС якоря двигателя; регулировка скорости двигателя; задание крутящего момента – тока двигателя; внешнее ограничение крутящего момента; регулировка тока; автоматическое ослабление поля; автоматическая оптимизация для тока цепи якоря, тока возбуждения, контроллера скорости, регулятора ЭДС, адаптация потока; монитор скорости; развитая логика управления включением – выключением; дистанционный – местный режим работы; аварийный останов; автоматическое обнаружение последовательности фаз; контроль перегрузки двигателя; функция внутреннего потенциометра двигателя для задания скорости; функция толчкового режима; конфигурируемые макросы приложений.

Управление приводом:

аналоговые и дискретные входы и выходы; последовательные шины связи; программный пакет для ПК; съемная панель управления.

Функции мониторинга:

самодиагностика; диагностика тиристоров; регистратор неисправностей; защита силовой части (от перегрева, от исчезновения напряжения питания).

Контроль состояния двигателя:

обрыв в цепи обратной связи по скорост; перегрев (оценка с помощью PTC — термистора); длительная перегрузка (I2t); превышение заданной скорости; заклинивание вала двигателя; превышение максимально допустимого тока якоря; перенапряжение в цепи якоря; ток возбуждения меньше минимально допустимого; превышение максимально допустимого тока возбуждения.

Семейство комплектных микропроцессорных электроприводов постоянного тока SIMOREG DC MASTER 6RA70 имеет подходящие типы как для высоко комплексных приводных задач, так и для стандартных решений. Приводы высоко динамичны: время возбуждения либо время нарастания вращающего момента находится в пределах до 10 мс. И это в диапазоне мощностей от 6,3 до 2000 кВт для запитки через якорь или внешним магнитным полем, для приводов, работающих в одном или четырех квадрантах.

Диапазон номинальных токов у SIMOREG DC MASTER от 15 до 2000 А и может быть расширен до 10000 А (путем параллельного соединения преобразователей, максимально — 5 блоков); диапазон напряжений — от 400 В до 830 В. Напряжения питающей сети 50/60 Гц

Стандартные функции скоростного электропривода, построенного на современной микропроцессорной базе:

Цифровая система импульсно-фазового управления (СИФУ) реверсивного тиристорного преобразователя цепи тока якоря.

Цифровое построение всех контуров регулирования обеспечивает высокие точность и быстродействие поддержания регулируемых параметров.

Установка параметров может также производиться с помощью персонального компьютера с использованием удобных меню – для быстрого ввода в эксплуатацию, а также для простой визуализации при исполнении SIMOVIS.

Читать еще:  Ваз 2114 глохнет на ходу троит двигатель

Приводы SIMOREG DC MASTER полностью интегрированы в мир автоматизации, подходят для любой системы ЧПУ и прекрасно общаются с другими частями системы независимо от того, произведены ли они фирмой SIEMENS или другими изготовителями.

Дата добавления: 2015-02-09 ; просмотров: 395 ; Нарушение авторских прав

ТОРМОЗНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЕЙ

Как известно, для сокращения времени торможения при остановке производственных машин и механизмов часто применяются механические тормоза. Сокращение времени торможения, особенно в случае непродолжительного цикла работы, приводит к существенному повышению производительности машин и механизмов. Недостатками механических тормозов являются быстрый износ трущихся поверхностей, сложность и необходимость периодического регулирования тормозящего усилия, необходимость дополнительного места для размещения тормоза и его соединения с механизмом.

Рис.9.33 — К пояснению режима противовключения

Все перечисленные недостатки устраняются, если для указанных целей вместо механического тормоза использовать свойства электродвигателей работать в тормозных режимах, т. е. работать по существу в качестве генератора и развивать не вращающий, а тормозной момент.

Во многих подъемно-транспортных машинах (кранах, лифтах, эскалаторах и т. д.), где возможно движение под действием сил тяжести, с помощью тормозного момента электродвигателя обеспечивается постоянная, установившаяся скорость опускания грузов.

Электродвигатели постоянного тока могут работать в трех тормозных режимах:

в режиме противовключения;

в генераторном режиме с отдачей энергии в сеть;

в режиме динамического торможения.

В любом из тормозных режимов электродвигатель работает как генератор, преобразует, например, кинетическую энергию движущихся частей либо потенциальную энергию опускающегося груза в электрическую энергию.

Режим противовключения.Режим противовключения представляет собой режим, в котором якорь двигателя под действием внешнего момента либо запаса кинетической энергии вращается в направлении, противоположном тому, в котором он должен был бы вращаться при данной схеме его включения в двигательном режиме (или вхолостую).

Режим противовключения удобно пояснить на примере грузоподъемного механизма, где этот режим может быть использован для опускания с постоянной скоростью грузов. Предположим, что с помощью двигателя параллельного, последовательного или смешанного возбуждения, включенного по схеме рис. 9.22 и работающего в двигательном режиме с моментом М = Мс и частотой вращения n, поднимается груз (рис. 9.33). Момент М обусловлен силой тяжести груза, трение в передаче не учитывается.

при Е 0), вследствие чего не изменяет направления и момент двигателя (М > 0), поскольку М = kMФIя.

Так как при n

Так как в режиме противовключения ток и ЭДС якоря совпадают по направлению (Iя > 0, а Е 0, моментом М > 0, током якоря Iя > 0 и ЭДС якоря Е > 0.

Если во время работы двигателя разомкнуть контакты В и замкнуть контакты H, то согласно второму закону Кирхгофа

Предположим, что двигатель параллельного возбуждения, включенный контактами Впо схеме, изображенной на рис. 9.34, работает на естественной характеристике и перемещает грузовую тележку (рис. 9.35, аи б). Когда тележка находится на горизонтальном участке пути ab,статический момент Мс1 вызван силой сопротивления движению, обусловленной трением и зависящей от силы тяжести Fтележки и груза. Электродвигатель работает при этом в двигательном режиме с n1 0, М1 = Мс1 > 0.

Когда тележка окажется на криволинейном участке пути bc,статический момент будет обусловлен как силой сопротивления движению, вызванной трением и зависящей от составляющей F1 силы тяжести Fтележки и груза, так и движущей силой F2, равной другой ее составляющей (рис. 9.35, а). По мере продвижения тележки по участку bcсила сопротивления движению будет уменьшаться, а движущая сила возрастать. Естественно, что это приведет к уменьшению статического момента и увеличению частоты вращения двигателя.

При достаточно большой массе тележки и груза в некотором положении тележки на участкеbcдвижущая сила окажется больше силы сопротивления движению, вследствие чего статический момент изменит направление (Мс 0, а Мс n получим Е > U, Iя n, при которой М2 = Мc2 0, М n, электродвигатель работает, по определению, в тормозном генераторном режиме.

Изменяя сопротивление резистора в цепи якоря, можно регулировать частоту вращения в генераторном режиме и получать, например, частоты вращения n3 и n4. При работе двигателя в генераторном режиме ЭДС и ток якоря совпадают по направлению (Е >0, а Iя n.

Генераторный режим двигателя параллельного возбуждения широко используется в грузоподъемных машинах при опускании грузов, преодолевающих трение в механизме.

Пример 9.6. Определить частоту вращения двигателя примера 9.1 в генераторном режиме при моменте М = 90 Н•м, если в цепь якоря включен реостат с сопротивлением r= 0,5 Ом.

Решение. Используя уравнение (9.23) и учитывая, что при работе в генераторном режиме следует считать М U,что в свою очередь возможно, если n > n. У двигателя же последовательного возбуждения n = ∞.

У двигателя смешанного возбуждения в генераторном режиме последовательная обмотка размагничивает электродвигатель и при токе Iя1 2 rя. Как видно, потери мощности ΔРя зависят от нагрузки машины. Поэтому их называют переменными потерями мощности.

2. Потери мощности в стали ΔРc, вызванные главным образом вихревыми токами и перемагничиванием магнитопровода якоря при его вращении. Частично эти потери возникают из-за вихревых токов в поверхностном слое полюсных наконечников, вызванных пульсацией магнитного потока при вращении якоря.

3. Механические потери мощности ΔРмех , причиной которых является трение в подшипниках, щеток о коллектор, вращающихся частей о воздух.

4. Потери мощности в цепи параллельной или независимой обмотки возбуждения: ΔРв = UвIв = Iв 2 rв.

Потери ΔРс, ΔРмех , ΔРв при изменении нагрузки машин меняются незначительно, вследствие чего их называют постоянными потерями мощности.

КПД машин постоянного тока

где Р2 — полезная мощность машины (у генератора — это электрическая мощность, отдаваемая приемнику, у двигателя — механическая мощность на валу); Р1 — подводимая к машине мощность (у генератора — это механическая мощность, сообщаемая ему первичным двигателем, у двигателя — мощность, потребляемая им от источника постоянного тока; если генератор имеет независимое возбуждение, то P1 включает в себя также мощность, необходимую для питания цепи обмотки возбуждения).

Рис. 9.36. Зависимость КПД машин постоянного тока от полезной мощности

Очевидно, мощность Р1 может быть выражена следующим образом:Р1 = Р2 + ΣΔP,

где ΔP — сумма перечисленных выше потерь мощности.

С учетом последнею выражения

Когда машина работает вхолостую, полезная мощность Р2 равна нулю и η = 0. Характер изменения КПД при увеличении полезной мощности зависит от значения и характера изменения потерь мощности. Примерный график зависимости η (Р2) приведен на рис. 9.36.

При увеличении полезной мощности КПД сначала возрастает при некотором значении Р2, достигает наибольшего значения, а затем уменьшается. Последнее объясняется значительным увеличением переменных потерь, пропорциональных квадрату тока. Машины рассчитывают обычно таким образом, чтобы наибольшее значение КПД находилось в области, близкой к номинальной мощности Р2ном . Номинальное значение КПД машин мощностью от 1 до 100 кВт лежит примерно в пределах от 0,74 до 0,92 соответственно.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector