Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
РТ
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2006
Тип роботи:
Методичні вказівки до лабораторної роботи
Предмет:
Електротехніка
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА"
СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДАМИ
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ
для студентів базового рівня підготовки за напрямком 6.0922
"ЕЛЕКТРОМЕХАНІКА"
Затверджено
на засіданні кафедри
"Електроприводу і автоматизації
промислових установок
та технологічних комплексів"
Протокол №6 від 3. 3. 2006 р
.
Львів – 2006
Системи керування електроприводами: Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт для студентів базового рівня підготовки за напрямом 6.0922 "ЕЛЕКТРОМЕХАНІКА"/ Укл.: В.В.Буртний, Б.Я Панченко, Л.Ф.Карплюк, В.Б.Цяпа. Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2006. - 57,с.
Укладачі: Буртний В.В., інж.
Панченко Б.Я., к.т.н., доц.
Карплюк Л.Ф., к.т.н., доц.
Цяпа В.Б., ст. викл.
Відповідальний за випуск Лозинський О.Ю., д.т.н., проф.
Рецензент: Щур І.З., д.т.н., проф.
ВСТУП
Курс "Системи керування електроприводами" є одним з профілюючих курсів при підготовці спеціалістів першого (базового) рівня за напрямом "Електромеханіка", а також другого (інженерного) рівня по спеціальності "Електропривод та автоматизація промислових установок".
Лабораторні роботи з цього курсу є складовою частиною теоретичного курсу і дають можливість студентам експериментально перевірити вірність теоретичних положень та виробити в них деякі практичні навички застосування засвоєних теоретичних знань.
Із всього різноманіття систем автоматичного керування можна виділити два основних напрямки - це розімкнуті та замкнуті системи автоматичного керування електроприводами. При такій побудові курсу лабораторні роботи доцільно розбити на два цикли, кожен з яких включає роботи, які відносяться до розімкнутих та замкнутих систем керування.
Лабораторні роботи №№ 1-СКЕП, 2-СКЕП. 3-СКЕП і 4-СКЕП відносяться до першого циклу та охоплюють деякі найбільш поширені розімкнуті системи автоматичного керування двигунами постійного та змінного струмів.
При підготовці до проведення лабораторних робіт приходиться вирішувати ряд питань, які є спільними для більшості вказаних вище робіт. Тому, щоб виключити повторення в інструкціях до різних робіт і дещо скоротити об'єм самих інструкцій, вказівки до вирішення таких питань доцільно виділити окремо. Дані "Методичні вказівки до лабораторних робіт" з курсу "Системи керування електроприводами" висвітлюють питання загальної методики проведення лабораторних робіт, розрахунку пуско- гальмівних опорів, розрахунку та налагодження уставок релейно- контакторної апаратури. В інструкціях до конкретних робіт, при необхідності, робляться посилання на відповідний пункт загальних методичних вказівок.
При підготовці інструкцій до лабораторних робіт авторами використані та перероблені інструкції до лабораторних робіт, які були поставлені в лабораторії автоматизованого електропривода Львівського політехнічного інституту і описані в методичних розробках, виданих в 1981 р.
Інструкції та методичні вказівки до лабораторних робіт по "Системах керування електроприводами" складені з розрахунку підготовки спеціалістів за напрямком "Електромеханіка" (зокрема для спеціальностей "Електропривод та автоматизація промислових установок", "Електричні машини та апарати", "Електропобутова техніка"), але вони можуть бути використані студентами і інших напрямків підготовки в об'ємі програм курсів по електроприводу.
ЗАГАЛЬНІ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
1.ПІДГОТОВКА ДО ПРОВЕДЕННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ.
До занять в лабораторії студенти допускаються лише при умові детальної проробки інструкції з техніки безпеки та вивчення внутрішнього розпорядку лабораторії.
Перед початком занять кожен студент повинен отримати допуск до лабораторної роботи, який він отримує після здачі звіту по попередній роботі і виявлення викладачем після індивідуального опитування достатньої підготовки студента до проведення наступної лабораторної роботи. Для цього від студента вимагається старанна попередня підготовка, яка полягає в усвідомленні мети даної роботи, вивченні основних теоретичних положень, які відносяться до неї, та вивченні роботи схеми.
На робочому місці необхідно ознайомитися з електричними машинами і в відповідності з їх технічними даними та завданням викладача визначити допустимі межі змін електричних величин та підібрати відповідну пуско- регулювальну апаратуру та вимірювальні прилади.
При виборі пуско- гальмівних та регулюючих опорів, величини яких повинні бути попередньо розраховані виходячи із заданих викладачем умов роботи схеми, необхідно звернути особливу увагу на допустимі значення струмів для них і привести їх в відповідність з максимально очікуваними значеннями струмів, що протікають через ці опори.
Вимірювальні прилади підбираються за паспортними даними електрообладнання з врахуванням очікуваних меж зміни величин, які виникають в перехідних режимах. В зв'язку з тим, що вимірювальні прилади в схемах робіт даного циклу служать в основному для візуального контролю за межами зміни величин в перехідних режимах, клас їх точності може не перевищувати 1,0-1,5. Максимальне значення шкали приладу повинне перевищувати максимальне значення вимірюваної величини приблизно на 25%.
В підготовку до проведення роботи входить, при необхідності, розрахунок витримок часу реле прискорення і визначення уставок інших реле.
При виборі релейно- контакторної апаратури необхідно звернути увагу не тільки на допустимі значення струмів та напруг для них, а й на те, чи задовільняють вибрані апарати вимогам схеми стосовно кількості і типу силових і блок- контактів, чи забезпечують вони необхідні уставки заданих параметрів.
СКЛАДАННЯ, НАЛАГОДЖЕННЯ СХЕМИ ТА ПРОВЕДЕННЯ ЕКСПЕРИМЕНТІВ.
Складання схем рекомендується проводити по пам'яті, використовуючи зображені на папері схеми лише для самоконтролю.
Приступаючи до складання основної робочої схеми, необхідно спочатку виставити необхідні значення опорів пуско- регулювальних реостатів і провести налагодження витримок часу реле прискорення та уставок інших реле в відповідності з розрахунками, використовуючи для цього допоміжні схеми та методики, рекомендовані в роботі.
Для зручності проведення експериментів слід раціонально розмістити на робочому місці панель з релейно- контакторною апаратурою, вимірювальні прилади, пуско- регулювальні реостати та іншу необхідну апаратуру. Обладнання повинне розсташовуватись так, щоб довжина з'єднуючих провідників була б мінімальною, щоб вони утворювали мінімум схрещувань, не затуляли б шкал вимірювальних приладів і не заваджали б виконанню необхідних операцій при проведенні експериментів. Апаратура, яка відноситься до одних і тих же кіл, повинна (при можливості) розсташовуватися в одному місці і в певному порядку. До органів керування повинен бути забезпечений легкий доступ.
Складання схеми рекомендується проводити окремо для силових кіл та кіл керування. Причому кожну частину схеми доцільно збирати різним студентам. При складанні схеми слід керуватися правилами:
Визначити призначення окремих апаратів на панелі з релейно-контакторною апаратурою;
Живлення силових кіл і кіл керування здійснювати від різних автоматичних вимикачів;
Складання схеми проводити по паралельним колам, починаючи завжди від однієї і тієї ж шини живлення і закінчуючи іншою шиною, причому в кожному випадку необхідно виділити основні кола, до яких потім під'єднуються інші кола;
На одній клемі не повинно сходитись більше двох, в крайньому випадку, трьох дротів;
Повзункові реостати, які використовуються як додаткові опори і потенціометри розcташовуються перпендикулярно до вертикальної стінки робочого стола, підключаються таким чином, щоб в вихідному положені схеми їх повзунки знаходилися з одного боку, краще ближче до експериментатора;
Силові кола і кола керування збираються відповідно провідниками більшого та меншого перетину;
Категорично забороняється викoристовувати в схемах неізольовані повітряні з'єднання.
Після складання схеми всі лишні дроти та інші предмети потрібно прибрати з робочого місця.
Починаючи з перших лабораторних занять рекомендується практикувати перевірку правильності складання схеми самими студентами. Це підвищує їх відповідальність, розвиває самостійність та впевненість. Найбільш ефективна перехресна перевірка схеми, коли кожен студент перевіряє ділянки схеми, які зібрані іншими членами бригади. При цьому розвиваються дуже цінні навички по перевірці електричних схем.
Вмикання схеми і перевірка правильності її роботи повинні проводися самими студентами, але на перших порах в присутності викладача, який вносить, при необхідності, відповідні корективи. При виконанні кожної операції по вмиканню слід чітко уявляти, до яких результатів вона приведе. При перевірці працездатності схеми рекомендується спочатку ввімкнути лише схему керування (оперативні кола) і, переконавшись, що вона працює нормально, ввімкнути потім силові кола і перевірити роботу схеми в цілому. З допомогою вимірювальних приладів та електронного осцилографа, який підключається в різні точки схеми, перевіряється характер перехідних процесів для різних режимів роботи схеми і відповідність вимірюваних величин розрахунковим значенням. У випадку їх невідповідності необхідно вияснити причини, які викликали дані відхилення, і визначити, яка апаратура потребує додаткового налагодження.
Результати кінцевого налагодження схеми перевіряються викладачем і після цього з допомогою електронного осцилографа знімається характер перехідних процесів у відповідності з програмою роботи. Після перевірки і затвердження викладачем результатів осцилографування схема вимикається з мережі і може бути розібрана.
3.ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ.
В звіті по проведеній роботі потрібно привести програму роботи, принципіальні електричні схеми лабораторної установки, розрахункові формули та результати розрахунку пуско-гальмівних опорів і витримок часу реле прискорення та інших величин, розрахункові характеристики та експериментально зняті криві. Крім того, в звіті необхідно привести технічні дані електричних машин, вимірювальних приладів та іншої апаратури.
Розрахункові характеристики та експериментальні криві будуються на міліметровому папері.
Важливою умовою при оформлені звіту являється оцінка та аналіз отриманих результатів.
Звіт оформляється на стандартних аркушах паперу в відповідності з вимогами ЄСКД.
ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ.
В цьому параграфі приведені основні формули, які потрібні для аналітичних розрахунків пускових та гальмівних опорів двигунів постійного струму з незалежним збудженням та асинхронних двигунів з фазовим ротором.
Розрахунок опорів пуско- гальмівних резисторів для двигунів постійного струму незалежного збудження.
Для розрахунку опорів резисторів пускових ступенів двигуна необхідно визначити співвідношення між максимальним М1 і мінімальним М2 моментами, при яких відбувається перемикання пускових резисторів, а саме
. (4.1)
При незмінному магнітному потоці коефіцієнт ( може визначитися через струми перемикання І1 та І2 :
. (4.2)
Максимальний струм визначається з умови, щоб він не перевищував допустимого значення струму якоря .
При заданій кількості ступенів пускових резисторів m значення коефіцієнта визначається за виразом (1(:
, (4.3)
де - номінальна напруга двигуна;
Rяд- опір якірного кола двигуна. При відсутності паспортних даних, цей опір може бути наближено визначений як
(4.4)
де -ККД двигуна при номінальній потужності,
Іян- номінальний струм якоря двигуна.
В загальному випадку при m-пускових ступенях значення опорів резисторів визначається за виразами (1(:
;
;
....................................... (4.5)
;
.
Мінімальний струм перемикання І2 визначається з (4.2):
, (4.6)
і перевіряється з умови :
,
де ІС - струм кола якоря, який відповідає моменту статичного навантаження МС.
Опір резистора динамічного гальмування визначається з умови заданої інтенсивності гальмування з одночасним обмеженням струму допустимим значенням (1(.
=, (4.7)
де - максимальне значення ЕРС двигуна, яке відповідає початку гальмування. Для випадків гальмування зі швидкості, близької до номінальної (Н , приймають =.
На рис.1,а зображена силова частина схеми для пуску і гальмування двигуна. Пуск здійснюється в три ступеня. На рис.1,б приведені пуско-гальмівні характеристики електропривода.
4.1.3. Існують два способи створення режиму противмикання двигуна. Вибір способу залежить від характеру навантаження . Для приводів з активним моментом навантаження режим противмикання може здійснюватися введенням додаткового резистора противмикання в коло якоря, значення опору якого повинно бути достатнім для зміни знаку швидкості двигуна, як показано на рис.2,а,б. Двигун буде працювати в четвертому квадранті зі швидкістю:
(4.8)
де - стала двигуна,
ІС - струм якоря, який відповідає моменту статичного навантаження МС,
R1 , R2, - опори пускових резисторів.
Вираз (4.8) дозволяє визначити опір резистора противмикання :
(4.9)
де ЕС = С( - ЕРС машини, що відповідає заданому МС .
Для двигунів з реактивним моментом МС режим противмикання може бути здійснено тільки зміною полярності напруги на якорі, як показано на рис.3,а. Для обмеження струму противмикання допустимим значенням = необхідно ввести в коло якоря додатковий резистор , величина опору якого визначається як
(4.10)
де - величина ЕРС двигуна в момент перемикання напруги.
На рис.3,б приведені характеристики противмикання в електроприводі з реактивним моментом навантаження МС.
4.2. Розрахунок опорів пуско-гальмівних резисторів для асинхронних двигунів з фазовим ротором.
Аналітичний метод розрахунку опорів пускових резисторів дає наближені результати, бо він базується на апроксимації механічних характеристик асинхронного двигуна (Д=f(M) прямолінійними відрізками, як показано на рис.4 на прикладі пуску асинхронного двигуна в три ступені. Апроксимація полягає в тому, що для побудови механічних характеристик замість формули Клоса
, (4.11)
застосовується вираз
, (4.12)
який наближено описує механічні характеристики при зміні ковзання в межах . В формулах (4.11) і (4.12) позначено:
-критичний момент двигуна (Нм);
=1,6-2,4- -коефіцієнт кратності критичного моменту;
-номінальний момент двигуна (Нм);
-номінальна потужність двигуна (кВт);
(н -кутова номінальна швидкість двигуна (1/С);
-біжуче значення ковзання;
-кутова швидкість холостого ходу (1/С);
-частота мережі (Гц);
-кількість пар полюсів;
- номінальне і критичне ковзання.
Для розрахунку опорів пускових резисторів задаємося значенням максимального момента перемикання ступенів М1 з умови . Значення мінімального момента перемикання М2 визначають через коефіцієнт , який розраховується за виразом:
, (4.13)
де m -кількість пускових ступенів;
-номінальний опір ротора;
-активний опір ротора двигуна;
-номінальні значення ЕРС і струму ротора.
Момент M2=M1/( перевіряємо з умови . Визначивши коефіцієнт ( , можна розрахувати опори пускових резисторів. Для m -ступенів значення опорів визначається за виразами (1(:
;
;
....................................... (4.14)
;
.
На рис.4,б приведені характеристики (=f(М) пуску двигуна в три ступені.
Опір резистора динамічного гальмквання вибирається з умови забезпечення заданого часу гальмування з одночасним обмеженням постійного струму збудження , який подається в статор двигуна в режимі гальмування. Значення струму приймається в межах (1,2(:
=(2...4) .(4.15)
де -струм холостого ходу статора.
Такий струм забезпечує максимальний гальмівний момент, значення якого знаходиться в межах Мг max=(1,45...2,2)MH.
Значення струму двигунів довготривалого режиму роботи складає
= (0,2....0,4) Іc.н,
а для двигунів повторно-короткочасного режиму
= (0,5....0,75) Іc.н
де Існ -номінальний струм статора.
Для забезпечення мінімального часу гальмування додатковий опір, який вмикається в ротор, повинний вибиратися за виразом [4]:
- (4.16)
де -номінальне ковзання двигуна.
Як правило, розраховується тільки , а в коло ротора при динамічному гальмуванні вводяться пускові опори . Якщо задана напруга постійного струму ,то значення визначається як:
, (4.17)
де RФС -активний опір фази статора.
На рис.4 приведені схема і характеристики (=f(М) для режиму динамічного гальмування.
Режим противмикання асинхронного двигуна може бути здійснено двома способами:
для приводів з активним моментом навантаження МС режим противмикання може здійснюватися введенням додаткового резистора противмикання в коло ротора такої величини, щоб двигун працював в четвертому квадранті;
для приводів з реактивним моментом навантаження МС -перемиканням двигуна, який обертається, на зворотний напрямок обертання, що здійснюється зміною чергування фаз в статорі.
Оскільки в обох випадках двигун примусово обертається проти напрямку обертання поля, то в роторі буде наводитися підвищена ЕРС. Відповідно зросте і струм ротора Ір, якщо не ввести додатковий резистор в коло ротора.
В електроприводі з активним моментом навантаження величина опору визначає задану швидкість обертання в четвертому квадранті, як це показано на рис.5,б. Для визначення опору противмикання необхідно побудувати характеристику (Д=, яка проходить через точку (0(s=0) і таку, яка відповідає заданій швидкості -(C1(s=sc) і моменту навантаження МС. електропривода в режимі противмикання, як показано на рис.5,б. Далі на цій характеристиці визначають точку, яка відповідає номінальному моменту МН і швидкості (ШН(s=sШН) . Повний опір роторного кола rp, який включає опір ротора двигуна Rp, опір резисторів прискорення і противмикання , визначається за виразом
rp=Rp + + = . (4.18)
Тоді з (4.18) опір резистора противмикання визначається як
= (4.19)
або, враховуючи параметри ротора,
= . (4.20)
Для електроприводів з реактивним моментом навантаження опір противмикання вазначається за тими самими виразами (4.19),(4.20), в яких замість ковзання підставляють , яке визначається по характеристиці противмикання, як це показано на рис.5,б (для другого та третього квадрантів).
Розрахунок витримок часу реле прискорення і гальмування
Час розгону і гальмування визначається витримкою часу реле прискорення і гальмування і власним часом спрацювання контактора прискорення . Таким чином, розрахувавши час , можна визначити витримку часу реле прискорення або гальмування:
=- (4.21)
Час спрацювання контакторів знаходиться в межах =(0.12...0.15)с.
Час пуску двигуна постійного струму незалежного збудження на і-му ступені визначається за виразом :
(4.22)
де -електромеханічна стала часу електропривода для і-го пускового ступеня.
-сумарний момент інерції привода, рівний сумі момента інерції двигуна і приведеного до валу двигуна момента інерції механізму;
-сума опорів резисторів на і-му пусковому ступені
4.3.2. Час динамічного гальмування зі швидкості до повної зупинки двигуна, що відповідає приводу з реактивним моментом навантаження, може бути визначений за виразом
, (4.23)
де - електромеханічна стала часу привода при динамічному гальмуванні;
-додатковий опір резистора, який вмикається в якір при динамічному гальмуванні.
На рис.6 приведені залежності та для режимів пуску в три ступеня і динамічного гальмування двигуна постійного струму з незалежним збудженням.
4.3.3. Час пуску асинхронного двигуна з фазовим ротором на і-му ступені визначається за виразом:
, (4.24)
де М1, М2- максимальний і мінімальний моменти, при яких відбувається перемикання пускових опорів;
МС-момент статичного навантаження при пуску двигуна;
-електромеханічна стала часу для і-го пускового ступеня;
-ковзання на штучній пусковій і-ій характеристиці, що відповідає номінальному моменту МН двигуна, як це показано на рис.4,б.
4.3.4. Час гальмування противмиканням , використовуючи середнє значення моменту Мсер за період гальмування (зі швидкості до ) може бути наближено визначений як (3(:
=, (4.25)
де - середнє значення моменту двигуна в режимі гальмування противмиканням;
МПОЧ, М0-момент на початку противмикання і момент який відповідає переходу швидкості через нуль (див. рис.7).
Знак "-" перед МС відповідає випадку, коли момент навантаження МС протидіє гальмуванню; знак "+" відповідає випадку, коли МС сприяє гальмуванню.
4.3.5. Час пуску асинхронних короткозамкнених двигунів може наближено бути визначений за виразом, схожим з (4.25) (3(:
=, (4.26)
де -середнє значення моменту при пуску;
МК , МП -критичний і пусковий моменти двигуна.
4.3.6. Час динамічного гальмування асинхронного двигуна без навантаження може бути визначений за формулою (4(:
= (4.27)
де -електромеханічна стала часу електропривода;
, -максимальне значення гальмівного моменту і ковзання, яке відповідає моменту на характеристиці динамічнаго гальмування (див. рис.8).
5.ДИНАМІЧНІ ПРОЦЕСИ В ПРИВОДІ З РЕОСТАТНИМ КЕРУВАННЯМ.
5.1.Електроприводи з двигунами постійного струму.
Представимо в операторній формі систему рівнянь, які описують динаміку процесів в електроприводі з двигунами незалежного збудження при незмінному потоці збудження.
Рівняння руху двигуна
.
Рівняння напруги якірного кола
.
Рівняння ЕРС і моменту МД двигуна
,
де - оператор диференціювання;
- сумарний приведений до валу двигуна момент інерції привода;
- індуктивність якірного кола двигуна, яка складається з індуктивності якірної обмотки двигуна, обмотки додаткових полюсів та компенсаційної обмотки.
Значення індуктивність якірного кола двигуна може бути наближено визначене за формулою:
де - коефіцієнт, який приймається для некомпенсованих машин = 0,6; для компенсованих двигунів = 0,1; для компенсованих генераторів = 0,15 ... 0,2.
Після відповідних перетворень система рівнянь для двигуна приймає вигляд:
;
; 5.1)
;
де - електромеханічна стала часу системи двигун-механізм. Стала власне двигуна, без врахування моменту інерції механізму, лежить в межах = (0,02 ... 0,12) с. З врахуванням моменту інерції механізму значення знаходиться в межах =(0,03 ... 0,5) с. Для деяких механізмів досягає і більших значень;
- електромагнітна стала часу двигуна. Ця стала знаходиться в межах = (0,01 ... 0,15) с.
На рис.9,а приведена структурна схема, яка відповідає системі рівнянь (5.1).
Систему рівнянь (5.1) можна представити в іншому вигляді. Для цього введемо модуль жорсткості , який зв'язує статичний спадок швидкості двигуна при дії навантаження МС: . В цьому випадку динаміка двигуна описується рівняннями :
;
; (5.2)
де - швидкість ідеального неробочого ходу двигуна;
- електромеханічна стала часу електропривода.
Структурна схема, яка відповідає рівнянням (5.2), приведена на рис.9,б.
Для випадків, коли двигун працює на реостатній характеристиці при введені в коло якоря додаткового опору , значення сталої часу зменшується до величин, які суттєво не впливають на якість перехідних процесів і можна прийняти = 0, а рівняння (5.2) спрощуються і мають вигляд:
;
. (5.3)
Структурна схема, яка відповідає рівнянням (5.3), приведена на рис.9,в.
Систему (5.3) приведемо до рівнянь, розв'язаних відносно координат (д або Мд.
(5.4)
5.5)
Для випадку, коли потік двигуна підтримується на номінальному значені Фд=Фдн, можна також записати:
(5.6)
Розв'язки рівнянь (5.4) ... (5.6) при ненульових початкових умовах мають вигляд:
; (5.7)
; (5.8)
; (5.9)
де (с - усталена швидкість двигуна при дії навантаження Мс,
початкові значення швидкості, момента та струму якоря в момент часу t=0.
При багатоступінчастому реостатному пуску струм двигуна змінюється від максимального струму І1 до струму перемикання І2, як це показано на рис.6, на якому приведені залежності Ія(t) і (Д(t) при пуску двигуна незалежного збудження в три ступені. Ці залежності показують, що швидкість (Д і струм Ія в період пуску не досягають усталеного значення, бо перемикання ступенів відбувається при ІЯ=І2. Підставивши у вирази (5.8) і (5.9) значення Мпоч=М1, Іпоч =І1, а також замість біжучих значень координат МД(t) і Ія(t) величини М2 і І2, визначимо час роботи на кожному ступені за виразом:
, 5.10)
або
, (5.11)
де - електромеханічна стала часу привода з врахуванням опорів пускових резисторів. Для нашого прикладу: r1=Rяд+R1 +R2 +R3, r2=RЯД +R2 +R3, r3=RЯД +R3.
Опис динаміки електроприводів з двигунами послідовного збудження ускладнюється тим, що потік двигуна залежить від струму якірного кола. Пропорційність між потоком і струмом зберігається тільки до = (0,4...0,5) .
При струмах, близьких до номінального , двигун переходить в насичення. При реостатному пускові струм перемикання приймається більшим за номінальний і він складає = (1,1 ... 1,2) . При такому значені струму двигун знаходиться в насиченні. Так, при зміні струму в межах від =1,1 до = 2,5 потік збудження змінюється тільки на 30%. Тому, при розрахунках процесу реостатного пуску, двигун послідовного збудження можна розглядати як двигун з незалежним збудженням, а час пуску визначати за виразом (5.10).
Процеси в приводі з двигуном постійного струму при динамічному гальмуванні описуються системою рівнянь (5.3), якщо прийняти =0. Структурна схема, яка відповідає цьому режиму, приведена на рис.10. Рішення цих рівнянь відносно струму при початкових умовах = , має вигляд:
, 5.12)
де = - значення струму в момент переходу двигуна в режим динамічного гальмування зі швидкістю ;
- електромеханічна стала часу приводу в режимі динамічного гальмування;
- модуль жорсткості двигуна в режимі гальмування.
Час гальмування до повної зупинки двигуна з реактивним моментом навантаження визначається за виразом:
, (5.13)
де - усталене значення струму при дії моменту навантаження .
Залежності та при динамічному гальмуванні двигуна приведенi на рис.6.
5.2. Електроприводи з асинхронними двигунами
Динамічні процеси в електроприводах з асинхронними двигунами описуються нелінійними рівняннями високого порядку. Можна скористатися спрощеним описом динаміки, якщо обмежитись розглядом тільки робочого відрізка природної механічної характеристики двигуна, в діапазоні зміни ковзання від s=0 до s=sk, а також випадком роботи двигуна на реостатних характеристиках при введені активних опорів в роторне коло. Основними припущеннями, які приймаються при спрощеному описі динаміки асинхронного двигуна, є:
- потокозчеплення статора залишається незмінним в динамічних режимах;
- нехтують активним опором статора і індуктивним опором ротора .
Припущення =const наближено зберігається при всіх способах регулювання, крім регулювання двигунів з подвійним живленням, а також регулювання напругою статора двигуна при незмінній частоті живлення статора.
Нехтування активним опором статора не суттєво впливає на точність математичного опису, якщо напруга живлення статора значно більша від спадку напруги на активному опорі статора . Можливість нехтувати індуктивним опором ротора пояснюється тим, що при роботі двигуна на лінійному відрізку характеристики в роторі наводиться змінна ЕРС, частота якої значно нижча від частоти статора . В цьому випадку індуктивний опір ротора значно менший від активного опору ротора
.
Для двигунів з реостатним керуванням введення додаткового опору в коло ротора зменшує вплив , то в цьому випадку виконується умова .
Ці припущення дозволяють спростити рівняння статики i динаміки. Рівняння моменту при роботі двигуна з ковзанням має вигляд
(5.14)
де - критичний момент двигуна;
- критичне ковзання двигуна;
- швидкість ідеального холостого ходу двигуна;
- біжуче значення швидкості двигуна;
- індуктивний опір кола короткого замикання;
- кількість пар полюсів;
- коефіцієнт жорсткості робочого відрізку механічної характеристики двигуна;
- сумарний приведений активний опір якірного кола.
Запишемо в операторній формі рівняння динаміки асинхронного двигуна.
Рівняння руху двигуна:
.
Рівняння фазної напруги статора:
Рівняння ЕРС ротора:
Рівняння моменту двигуна:
,
де - кутова електрична частота обертання напруги мережі;
- кутова електрична частота обертання поля ротора;
- кутова електрична швидкість обертання ротора;
- потокозчеплення поля статора;
- результуючий потік двигуна.
Після відповідних перетворень отримаємо систему рівнянь відносно вихідних координат:
,
, (5.15)
,
;
де - електромагнітна стала двигуна.
У відповідності з системою рівнянь (5.15) на рис.11, зображена структурна схема, яка відповідає роботі двигуна на відрізку механічної характеристики від
s=0 до s=sк. Вхідними координатами структурної схеми є: фізична напруга статора UФ, частота напруги статора і активний опір ротора . Вихідні координати - струм ротора , електромагнітний момент МД і кутова швидкість двигуна . Структурна схема може бути спрощена, якщо в двигуні підтримується постійним потокозчеплення на номінальному значенні, що досягається підтримуванням відношення =const.
Наближено це може бути здійснено при підтримуванні =const. Це дозволяє в структурній схемі рис. 11 здійснити заміну добутку UФ на постійну величину
UФ. (5.16)
Враховуючи (5.16), структурна схема може бути розв'язана як відносно вхідної координати - фазної напруги статора UФ , так і відносно вхідної координати частоти , бо зміна напруги UФ приводить до пропорційної зміни частоти і навпаки, як це зображено на рис. 12,а , і в якій здійснено перехід від електричної кутової швидкості поля статора до швидкості холостого ходу . При прийнятих припущеннях добуток - величина постійна і представляє сталу двигуна , яка зв'язує швидкість неробочого ходу з напругою статора () і момент двигуна МД зі струмом ротора .
На рис. 12,б приведена структурна схема, яка враховує сталу двигуна С.
Якщо врахувати вираз (5.14) і значення коефіцієнта жорсткості , систему рівнянь (5.15) після перетворень можна звести до загальноприйнятого вигляду (як для машини постійного струму), а саме:
.17)
де - електромеханічна стала двигуна.
Відповідно до системи рівнянь (5.17) на рис. 12 в зображена структурна схема двигуна. При відсутності значень і коефіцієнт жорсткості можна визначити за виразом
(5.18)
Для випадків, коли двигун працює на реостатній характеристиці при введені в коло ротора додаткового опору , значення сталої часу зменшується до величин, які суттєво не впливають на якість перехідних процесів, і можна прийняти =0. Для цього випадку структурна схема зображена на рис. 12,г, а система рівнянь, яка описує її динаміку, має такий самий вигляд, як і для двигуна постійного струму (5.3). Виходячи з того, що динаміка спрощеної моделі асинхронного двигуна описується тими самими рівняннями, що і динаміка двигунів постійного струму, можна скористатись виразом (5.10) для визначення часу роботи на ступенях при реостатному керуванні двигуном.
Час пуску асинхронних короткозамкнених двигунів може бути наближено визначений, якщо скористатися середнім значенням моменту двигуна,
=(+)/2,
де , - критичний і пусковий момент асинхронного двигуна (див. рис. 8).
В цьому випадку час пуску при постійному значенні момента навантаження () визначається за виразом:
,
де - швидкість, якої досягає двигун в усталеному режимі.
Середнє значення моменту двигуна в режимах гальмування противмиканням і динамічного гальмування визначаються відповідно за виразами:
=
,
де - початковий момент, з якого починається режим противмикання або динамічного гальмування, як це показано на рис.7 та рис.8.
- критичне значення моменту двигуна в режимі динамічного гальмування.
Час гальмування визначається за виразом:
,
де - початкова швидкість, з якої починається гальмування.
6.НАЛАГОДЖЕННЯ РЕЛЕ
Для налагодження витримки реле часу КТ використовують електричний секундомір ЕС. В залежності від того, які контакти реле часу використовують- замикаючі чи розмикаючі - застосовують для вмикання секундоміра відповідно схему на рис.13,а або рис.13,б. Налагоджування здійснюють в такій
26.02.2015 17:02-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора