- ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ ИРКУТСКИЙ ФИЛИАЛ КАФЕДРА АВИАЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОСИСТЕМ И ПИЛОТАЖНО-НАВИГАЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ ЛЕКЦИЯ №6
- Электрические машины для студентов специальности 160903ТЕМА №4Генераторы и двигатели постоянного тока
- Пуск, торможение, регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока.
- 1. Пуск, торможение, регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока
- Пуск двигателей постоянного тока
- Характеристики двигателя постоянного тока
- Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока
- 2. Потери, КПД, нагрев и охлаждение электрических машин постоянного тока
Лекция6-2011. Лекция 6 по дисциплине Электрические машины для студентов специальности 160903 тема 4 Генераторы и двигатели постоянного тока содержание
 Скачать 145.5 Kb.
|
|
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ ИРКУТСКИЙ ФИЛИАЛ КАФЕДРА АВИАЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОСИСТЕМ И ПИЛОТАЖНО-НАВИГАЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ ЛЕКЦИЯ №6 по дисциплине Электрические машины для студентов специальности 160903 ТЕМА №4 Генераторы и двигатели постоянного тока СОДЕРЖАНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
НАГЛЯДНЫЕ ПОСОБИЯ, ПРИЛОЖЕНИЯ, ТСО
Иркутск, 2011 г.1. Пуск, торможение, регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока Двигатели постоянного тока позволяют осуществить плавное и экономичное регулирование частоты вращения в широком диапазоне. Поэтому они получили большое распространение в регулируемом электроприводе. Свойства двигателей постоянного тока во многом определяются способом их возбуждения. Как и генераторы, двигатели постоянного тока выполняются с независимым, параллельным, смешанным и последовательным возбуждением. В двигательном режиме ток якоря  и электромагнитный момент  меняют знак по сравнению с генераторным режимом, но для удобства анализа их принимают положительными, поэтому уравнения напряжений и моментов записывают в виде (6.1)Уравнения (6.1) совместно с выражениями для ЭДС  и для электромагнитного момента  позволяют выполнить анализ основных рабочих режимов двигателей постоянного тока.Пуск двигателей постоянного тока Существует три способа пуска двигателей постоянного тока: - прямой пуск; - пуск с помощью пускового реостата; - пуск от источника регулируемого напряжения. Прямой пуск от сети применяется иногда для двигателей мощностью до 1 кВт, пусковой ток которых не превышает  . В начальный момент прямого пуска при  и  пусковой ток определяется напряжением сети и внутренним сопротивлением якоря  .В машинах средней и большой мощности сопротивление  небольшое, поэтому ток при пуске может достигать  . Такие токи недопустимы по условиям коммутации и могут вызвать “круговой огонь” на коллекторе.  Рис. 1 Для снижения пусковых токов подключение двигателей средней и большой мощности к сети осуществляется через пусковой реостат (рис.1). В первый момент пуска подвижный контакт реостата устанавливается на клемму 1, и в цепь якоря вводится полное сопротивление реостата  ,а обмотка возбуждения включается в сеть, минуя пусковой реостат. Сопротивление  подбирается так, чтобы пусковой ток не превышал  .По мере разгона двигателя пусковой реостат выводится. В конце пуска подвижный контакт соединяется с клеммой 4 и якорь подключается к сети напрямую. Сопротивление пускового реостата изменяется ступенями, поэтому ток якоря при пуске пульсирует согласно выражению  .Такой же характер имеет и кривая электромагнитного момента  .Для повышения электромагнитного момента при заданном пусковом токе и сокращения времени пуска необходимо стремиться к тому, чтобы поток Ф был максимален. Это условие выполняется при полностью выведенном регулировочном реостате (  ).Наиболее благоприятные пусковые характеристики могут быть получены при пуске двигателя от источника регулируемого напряжения. В качестве источника регулируемого напряжения используются либо генератор постоянного тока (рис. 2, а), либо полупроводниковый выпрямитель (рис. 2, б).  Рис. 2Такие схемы применяются одновременно и для регулирования частоты вращения двигателя, так как только в этом случае высокая стоимость источника питания окупается за счет эффекта от регулирования частоты вращения. Характеристики двигателя постоянного тока Основной характеристикой двигателя постоянного тока, определяющей его свойства в установившемся режиме, является механическая характеристика  при  и  .Уравнение механической характеристики получается из (6.1)  . (6.2)На рис. 6.42 представлены механические характеристики при различных способах возбуждения. Механическая характеристика двигателя параллельного возбуждения при небольшой размагничивающей реакции якоря (  ) имеет слабо падающий характер (кривая 1).Если размагничивающая реакция двигателя параллельного возбуждения велика (поток Ф существенно снижается при увеличении нагрузки), то механическая характеристика будет иметь положительный наклон (кривая 1). Такая характеристика, как правило, не позволяет получить установившийся режим. В двигателях последовательного возбуждения результирующий поток пропорционален току якоря,  ,а электромагнитный момент пропорционален квадрату тока якоря,  .С учетом этих соотношений уравнение механической характеристики двигателя последовательного возбуждения приобретает вид   . (6.3)Этому уравнению соответствует кривая 2 (рис. 3), имеющая гиперболический характер. При  частота вращения якоря  , поэтому двигатели последовательного возбуждения не могут работать в режиме холостого хода.Рис.3 Вместе с тем квадратичная зависимость электромагнитного момента от тока якоря дает важное преимущество двигателям последовательного возбуждения при перегрузках перед двигателями параллельного возбуждения, момент которых является линейной функцией тока . Это преимущество особенно существенно при пуске, так как при одном и том же пусковом токе ( ) двигатели последовательного возбуждения развивают больший момент, чем двигатели параллельного возбуждения. Поэтому двигатели последовательного возбуждения получили широкое применение на транспортных установках, где пусковой режим является одним из основных режимов работы.Рис. 4 Механическая характеристика двигателя смешанного возбуждения (кривая 3 рис. 3) занимает промежуточное положение. Обладая близкими с двигателями последовательного возбуждения свойствами при перегрузках, двигатели смешанного возбуждения могут работать и при малых нагрузках, что позволяет осуществить рекуперацию энергии в сеть при  (рис. 6.42), так как машина переходит в генераторный режим ( ). Это свойство можно использовать в транспортных установках при движении с горы, создавая тормозной момент и одновременно возвращая в сеть запасенную кинетическую энергию.Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока   а) б) Рис.4 Согласно (6.2), регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока можно осуществлять путем изменения потока Ф, введения дополнительного сопротивления  в цепь якоря и изменения напряжения сети  . В двигателях параллельного возбуждения наиболее просто осуществляется регулирование изменением потока, реализуемого с помощью реостата  в цепи возбуждения. При увеличении сопротивления поток Ф уменьшается и частота вращения растет. На рис. 4а представлены механические характеристики двигателя параллельного возбуждения при трех значениях потока. Таким способом регулируют частоту вращения в пределах  ,  . Верхний уровень частот ограничивается условиями коммутации. Кроме того, при глубоком уменьшении потока возбуждения усиливается размагничивающее действие реакции якоря, жесткость механической характеристики растет, и падающая характеристика при номинальном потоке может стать возрастающей при ослабленном потоке, что приведет к нарушению устойчивой работы двигателя.Регулирование частоты вращения двигателя путем введения в цепь якоря дополнительного сопротивления позволяет изменять частоту вращения вниз от номинальной в широких пределах (рис. 4 б). Но этот способ не экономичен. Полезная мощность двигателя при постоянном моменте пропорциональна частоте вращения (без учета потерь в якоре): ,а потребляемая из сети мощность от частоты вращения не зависит,  .Поэтому КПД двигателя пропорционален частоте вращения якоря,  . Рис.5 Кроме того, при введении дополнительного сопротивления жесткость механической характеристики двигателя снижается, что может привести к ухудшению работы приводного механизма.Более совершенным способом регулирования частоты вращения вниз является регулирование путем изменения подводимого к двигателю напряжения. На рис. 5 представлены механические характеристики двигателя параллельного возбуждения для трех значений напряжений. Жесткость механических характеристик практически не меняется, поэтому таким способом можно регулировать частоту вращения от номинальной до нуля. В качестве источников регулируемого напряжения используются генератор постоянного тока (рис. 2, а) либо полупроводниковый выпрямитель (рис. 2, б). Схема с полупроводниковым выпрямителем обладает более высоким быстродействием по сравнению со схемой генератор-двигатель, но уступает по перегрузочной способности. Кроме того, работа полупроводникового преобразователя ухудшает качество электрической энергии сети переменного тока из-за генерации высших гармоник напряжения и тока. Рассмотренные способы регулирования частоты вращения двигателей параллельного возбуждения применяются и в двигателях смешанного возбуждения. Регулирование частоты вращения двигателей последовательного возбуждения осуществляется путем изменения тока в последовательной обмотке  или напряжения якоря U с помощью шунтирующих реостатов (рис. 6.46).При шунтировании обмотки возбуждения ток уменьшается и частота вращения якоря растет, а при шунтировании якоря напряжение якоря уменьшается, поэтому частота вращения падает.Регулирование частоты вращения вверх осуществляется практически при постоянном КПД  .Верхний уровень частоты вращения ограничивается условиями коммутации. Регулирование частоты вращения вниз может осуществляться вплоть до нуля, однако КПД этого способа снижается пропорционально напряжению якоря и частоте вращения:  ,где  - частота вращения якоря при  .Таким образом, этот способ регулирования так же, как и реостатный способ регулирования частоты вращения двигателя с параллельным возбуждением, является неэкономичным. Он используется лишь в случае двигателей малой мощности. 2. Потери, КПД, нагрев и охлаждение электрических машин постоянного тока Потери в машине постоянного тока разделяются на: 1) магнитные потери в стали якоря Pc и в поверхностном слое полюсных наконечников Рп; 2) механические потери от трения: в подшипниках, вращающихся частей о воздух (сюда же надо отнести вентиляционные потери — на вращение вентилятора, если он имеется), щеток о коллектор, Рмех; 3) электрические потери в обмотках цепи якоря и в переходных контактах щеток, Рэ; 4) потери на возбуждение, Рв; 5) потери добавочные, Рдоб. Первые две группы потерь в сумме дают потери холостого хода (Рс+Рп+Рмех=Р0), так как соответствующую мощность машина потребляет при холостом ходе. Электрические потери  ,где ∑rх — сумма сопротивлений обмоток якорной цепи; 2∆Uщ — падение напряжения в переходных контактах щеток, которое принимается равным 2 В для угольных, графитных и электрографитированных щеток и равным 0,6 В в для металлоугольных щеток. Потери на возбуждение: - Рв = UIв при параллельном возбуждении; - потери в последовательной обмотке возбуждения определяются вместе с электрическими потерями Рэ в цепи якоря. Добавочные потери в обмотке и стали якоря при нагрузке Рдоб вызываются полями коммутируемых секций и искажением поля из-за реакции якоря. Их принимают равными: - при номинальной нагрузке для машин без компенсационной обмотки Рдоб = 0,01 UнIн; - для машин с компенсационной обмоткой Рдоб = 0,005 UнIн и считают пропорциональными квадрату тока Iа. Коэффициент полезного действия генератора  .Коэффициент полезного действия двигателя  ,где ∑P — сумма перечисленных выше потерь. Значения к.п.д. современных машин постоянного тока при номинальной нагрузке приведены в виде кривой на Рис.6.  Рис. 6. |