Шпаргалка по "Безопасности жизнедеятельности"

1 - естественная характеристика  двигателя; 2, 3 - реостатные характеристики  двигатели.

 Число ступеней т  добавочного резистора, или число  используемых искусственных характеристик, связано с пределами изменения тока в якоре . и током переключении I2 следующим соотношением:

В качестве ключей для шунтирования добавочных резисторов используются контакторы. Отметим, что искусственные механические характеристики пусковой диаграммы могут быть использованы и для регулирования скорости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2. Регулирование скорости двигателя постоянного тока изменением магнитного потока.

Изменение магнитного потока используется главным образом для  регулирования скорости. Этот способ находит применение в ЭП вследствие простоты его реализации и экономичности, так как регулирование осуществляется в относительно маломощной цепи возбуждения  двигателя и не сопровождается большими потерями мощности.

Магнитный поток при использовании  этого способа обычно уменьшается (ослабляется) по сравнению с номинальным  за счет снижения тока возбуждения, что  объясняется следующим. Увеличение магнитного потока требует повышения тока возбуждения выше номинального, что вызовет дополнительный нагрев обмотки возбуждения. Кроме того, двигатель рассчитан и сконструирован таким образом, что его магнитная система близка к насыщению (точка А на кривой намагничивания двигателя на рис. 4.8), поэтому даже увеличение тока возбуждения не приведет к заметному увеличению магнитного потока.

 

Рис. 4.8. Кривая намагничивания двигателя постоянного тока

Рис. 4.9. Схемы регулирования  тока возбуждения с помощью резистора  (а) и управляемого выпрямителя (б)

Регулирование тока в цепи возбуждения может осуществляться или с помощью добавочного резистора Rв (рис. 4.9, а), или изменением напряжения питания обмотки возбуждения, например с помощью управляемого выпрямителя (УВ) (рис. 4.9, б), выходное напряжение Uв которого регулируется по сигналу управления Uу. Эта схема применяется для регулирования в широких пределах тока возбуждения мощных двигателей, работающих в замкнутых структурах ЭП. Она может обеспечить также изменения направления тока возбуждения при использовании реверсивного УВ.

ДЛЯ получения искусственных  характеристик двигателя при уменьшении магнитного потока проведем следующий анализ. В соответствии с формулой (4.7) уменьшение магнитного потока приводит к увеличению скорости идеального холостого хода Wo. Ток короткого замыкания от магнитного потока не зависит и при его варьировании будет оставаться неизменным. Отмеченные положения позволяют представить электромеханические характеристики при различных значениях магнитного потока

Момент короткого замыкания  при уменьшении магнитного потока Ф будет также снижаться, так как . В результате механические характеристики имеют вид прямых, показанных на рис. 4.10, б.

Отметим показатели данного  способа регулирования скорости двигателя. Диапазон регулирования  скорости при данном способе равен 3 ... 4. Направление регулирования  скорости - вверх от естественной характеристики. Плавность регулирования скорости определяется плавностью регулирования тока возбуждения. Стабильность скорости достаточно высокая, хотя она и снижается при уменьшении магнитного потока. Способ экономичен, так как не сопровождается значительными потерями мощности, а реализация его не требует больших капитальных затрат.

 

 

Рис. 4.10. Электромеханические  (а) и механические (б) характеристики двигателя при уменьшении магнитного потока:

1  - естественная; 2, 3 - при уменьшении магнитного потока.

Допустимую нагрузку двигателя  при его работе на искусственных характеристиках определим по обычному правилу. полагая в формуле   (4.3) ток

где Фи - магнитный поток на искусственной характеристике.

Так как при данном способе  регулирования    то и , т.е. двигатель по условиям нагрева не может быть нагружен на искусственных характеристиках номинальным моментом.

Для определения того, какую  именно нагрузку он может нести, сделаем дополнительные выкладки. Запишем выражение для ЭДС якоря на естественной Eе и искусственной Еи характеристиках при номинальном токе:

Так как  и из этого равенства вытекает следующее соотношение:

Как видно из формулы (4.28), при работе двигателя на искусственных характеристиках он может быть нагружен на свою номинальную мощность. Объяснение этого заключается в том, что, хотя момент нагрузки при уменьшении магнитного потока снижается, одновременно повышается скорость двигателя, а их произведение, определяющее механическую мощность, остается неизменным и равным номинальной мощности. Этим способом целесообразно регулирование скорости при постоянной механической мощности нагрузки, что обеспечивает полное использование двигателя при работе на всех искусственных характеристиках.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3. Система «преобразователь-двигатель постоянного тока».

Данный способ широко используется для регулирования любых переменных ЭП во всех возможных режимах при высоких требованиях к показателям его качества. По этой причине данный способ до недавнего времени являлся основным при создании регулируемых ЭП с двигателями постоянного тока.

 

Реализация этого способа  предусматривает питание якоря  двигателя от преобразователя, выходное напряжение которого регулируется по величине и может изменяться при необходимости по полярности. Поскольку основным источником питания ЭП служит сеть переменного тока, таким преобразователем является управляемый выпрямитель.

Если ЭП питается от источника  постоянного тока, например от аккумуляторной батареи, то в качестве преобразователя  используются импульсные преобразователи с различным способом модуляции. Питание двигателя в такой системе может происходить и от преобразователя со свойствами источника тока, применение которого рассмотрено в подразд. 4,8.

Схема ЭП при питании якоря  двигателя от УВ, получившая сокращенное  название система УВ-Д, или система  П - Д, показана на рис. 4.11, а, где Е_п - эдс преобразователя; R_n - его внутреннее сопротивление; k_n - коэффициент усиления преобразователя по напряжению, k_n = Еп/U_у (U_у - входной сигнал управления). Напряжение на выходе преобразователя вследствие наличия его внутреннего сопротивления R_n определяется как

(4.29)

Обмотка возбуждения двигателя  питается от отдельного источника постоянного тока, например неуправляемого или управляемого выпрямителя.

Формулы для электромеханической и механической характеристик получим из выражений (4.4) и (4.5) подстановкой в них напряжения из выражения (4.29):

Из формул (4.30) и (4.31) видно, что при изменении ЭДС преобразователя  ЕП пропорционально изменяется скорость идеального холостого хода Wo на характеристиках, а их наклон не изменяется. Получаемые искусственные характеристики в соответствии с (4.30) и (4.31) представляют собой прямые линии 2 ... 8 на рис. 4. 11, б и имеют по сравнению с естественной характеристикой 1 двигателя больший наклон из-за наличия внутреннего сопротивления преобразователя. При Еп= 0 двигатель работает в режиме динамического торможения (характеристика 5 на рис. 4.11, б).

Управляемый выпрямитель  может быть электромашинным в  системе «генератор-двигатель» (система  Г - Д) ИЛИ полупроводниковым в системе «тиристорный преобраэователь - двигатель» (система ТП-Д).

Основным типом преобразователей, применяемых в современном регулируемом ЭП постоянного тока, являются тиристорные реверсивные или нереверсивные выпрямители, собранные по нулевой или мостовой однофазной или трехфазной схемам. Для импульсного регулирования напряжения в ЭП небольшой и средней мощности применяются также и транзисторные преобразователи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.4. Система «источник тока - двигатель постоянного тока».

В рассмотренных ранее схемах системы «преобразователь - двигатель» якорь двигателя питался от преобразователя со свойствами источника напряжения. Такой преобразователь имеет небольшое (в идеале - нулевое) собственное внутреннее сопротивление, в результате падение напряжения в нем также невелико и подаваемое на якорь напряжение изменяется мало. В пределе при нулевом внутреннем сопротивлении преобразователя напряжение на его выходе постоянно и не зависит от тока нагрузки.

Наряду с этим в электроприводе находят применение и преобразователи другого типа - со свойствами источника тока. Они характеризуются тем, что выдают в нагрузку мало изменяющийся (в идеале - неизменный по величине) ток. Двигатель, питаясь от такого преобразователя со свойствами источника тока, приобретает свойства источника регулируемого момента, а при использовании обратных связей возможно и регулирование скорости двигателя.

Схема такой системы, получившей название «источник тока - двигатель» (ИТ - Д), показана на рис. 4.17, а. Якорь двигателя 2 подключен к источнику тока 1 и обтекается постоянным током I = const. Величина тока Iв в обмотке возбуждения 3 и его направление могут изменяться с помощью потенциометра 4 и ключей Кl и К2. Так как I = const, то электромеханическая характеристика двигателя будет представлять собой вертикальную прямую линию, показанную на рис. 4.17, б.

Семейство механических характеристик  нетрудно получить на основании формулы    (4.3) для момента двигателя. Из нее видно, что при I = const величина момента двигателя и его направление определяются соответственно величиной магнитного потока и его знаком. Таким образом, если в схеме рис. 4.17,а изменить с помощью потенциометра 4 и ключей K1 и К2 величину тока возбуждения и его направление, а тем самым и магнитный поток Ф, то получатся (рис. 4.17, в) механические характеристики 8 виде вертикальных прямых линий 5 ... 10. Такие характеристики обеспечивают постоянство момента на валу двигателя при любой его скорости, а ЭП приобретает свойства источника момента, управляемого по цепи возбуждения.

В данном ЭП для регулирования скорости может быть сформирован и горизонтальный участок механических характеристик. Это достигается путем введения нелинейной отрицательной обратной связи по скорости двигателя. Такая замкнутая схема ЭП рассмотрена в подразд. 4.13.

 

Рис. 4.17. Схема включения  двигателя (а) и его электромеханическая (б) и механические (в) характеристики при использовании источника  тока: 1- источник тока; 2 - двигатель; 3 - обмотка возбуждения; 4 - потенциометр; 5 ... 10- механические характеристики при  различных токах возбуждения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.5. Импульсное регулирование переменных электропривода с ДПТ.

В связи с развитием полупроводниковой техники распространение получил импульсный способ регулирования переменных ЭП, в основном его скорости. Этот способ является практически единственно возможным при питании двигателя от нерегулируемого источника постоянного тока (аккумуляторной батареи, неуправляемого выпрямителя, солнечной батареи и т.д.).

Регулирование скорости при  использовании этого способа  осуществляется импульсным изменением напряжения, магнитного потока или сопротивления резистора в якорной цепи, т. е. рассмотренными ранее основными способами получения искусственных характеристик.

Импульсное регулирование  осуществляется с помощью управляемых полупроводниковых ключей того или иного типа. Основным показателем работы ключа является заполнение (скважность его работы) , определяемое отношением времени замкнутого состояния ключа t3 к периоду его коммутации Т_к:

где to - время разомкнутого состояния ключа.

На практике применяются  два основных способа управления ключом: широтно-импульсная (ШИМ) и частотно-импульсная (ЧИМ) модуляции. При широтно-импульсной модуляции период коммутации ключа  Т_к остается постоянным, а изменяется время замкнутого состояния ключа t3 т. е. ширина импульса при неизменном периоде (частоте) их следования.

При частотно-импульсной модуляции  время t3 остается неизменным, а меняется период коммутации ключа Т_к, который обратно пропорционален частоте. Заметим, что при таком способе управления меняется и заполнение . Таким образом, заполнение оказывается универсальным показателем для обоих способов управления, и им удобно пользоваться при анализе импульсных способов регулирования координат.

Импульсное регулирование  сопротивления добавочного резистора в цепи якоря. Этот процесс осуществляется путем периодической коммутации (замыкания и размыкания) ключа 1,  включенного параллельно резистору 2 сопротивлением R_д (рис. 4.18, а).

Семейство механических характеристик  двигателя при импульсном регулировании получим, проанализировав граничные режимы работы ключа 1: его постоянно разомкнутое и постоянно замкнутое состояния. При =1 резистор 2 выведен из цепи якоря и двигатель 3 в соответствии с этим работает на естественной механической характеристике 4 (рис. 4.18, б). Если = О, то резистор 2 введен в цепь якоря и двигатель 3 работает на искусственной характеристике 6. При О < < 1 механические характеристики 5 располагаются между двумя граничными характеристиками.