Расчёт и построение механических характеристик двигателя смешанного возбуждения

↑

▷ Содержание

Стр 1 из 2Следующая ⇒

ВВЕДЕНИЕ

Электрический привод представляет собой электромеханическую систему, обеспечивающую реализацию технологических процессов с использованием механической энергии.

Основным элементом любого электропривода служит электрический двигатель, который вырабатывает механическую энергию за счет потребляемой электроэнергии. Применяются различные типы электродвигателей, в частности двигатели постоянного тока (ДПТ), которые нашли широкое применение. ДПТ делятся на: независимого (ДПТНВ), последовательного (ДПТПВ), параллельного (ДПТПВ) и смешанного возбуждении (ДПТСВ). Последние могут работать во всех энергетических режимах, имеют определенную скорость идеального холостого хода.

В данной работе предлагается по заданным параметрам ДПТ смешанного возбуждения рассчитать:

1) Естественную (при Uном=24 В) и искусственную (при пониженном напряжении) механические характеристики стартер-генератора.

2) Параметры регулирующего элемента при работе в генераторном режиме при заданных изменениях нагрузки и скорости.

Выполнение расчетно-графической работы по дисциплине «Электропривод» способствует закреплению и более глубокому пониманию положений теории по разделам: «Машины постоянного тока», «Электромеханические свойства двигателей», «Регулирование координат электропривода», а также развитию у студентов навыков решения прикладных задач; изучению и построению механических характеристик различных видов двигателей и их анализу.

Механическая характеристика двигателя постоянного тока смешанного возбуждения не имеет аналитического выражения вследствие изменения магнитного потока при изменении нагрузки. Но может быть получено аналитическое выражение, которое позволяет построить механические характеристики ДПТ смешанного возбуждения (рисунок 1) с использованием вебер-амперной характеристики двигателя, полученной экспериментальным путём. Далее приведем основные расчётные соотношения для вывода этого аналитического выражения.

Рисунок 1 Схема включения ДПТ смешанного возбуждения

Угловая скорость, соответствующая скорости вращения якоря ω[с^-1]:

(1)

Момент на валу двигателя

где  – номинальная механическая мощность на валу двигателя, Вт.

Величина тока в параллельной обмотке возбуждения:

                                       (3)

где  – номинальное напряжение, В;

Определим пониженное  напряжение:

.                                                                             (4)

Величина тока в параллельной обмотке возбуждения при пониженном напряжении:

,

где  – пониженное  напряжение, В;

 – сопротивление параллельной обмотки возбуждения, Ом.

Величина тока якоря двигателя

Величина тока якоря при пониженном напряжении:

 А.

где – ток в общей цепи якоря двигателя, А.

Определим при пониженном напряжении:

Уравнение равновесия напряжений для цепи якоря двигателя

где – сопротивление обмотки якоря двигателя, Ом;

– сопротивление последовательной обмотки возбуждения, Ом;

Е – величина ЭДС, индуцированной в обмотке якоря двигателя, В.

Из (6) определим величину ЭДС:

            (7)

При пониженном напряжении:

Величина Е может быть также определена из выражения

где Ф – магнитный поток, создаваемый обеими обмотками возбуждения:

где  и  – магнитные потоки, создаваемые параллельной и последовательной обмоткой возбуждения;

 – коэффициент, зависящий от конструктивных данных двигателя, .

При этом в любых режимах работы двигателя, а величина изменяется впределах от минимального значения  до номинального и зависит от величины тока в цепи якоря. Для удобства расчетов используем безразмерный коэффициент :

т.е. .

Введём коэффициент пропорциональности

При этом выражение (7) примет вид

Отсюда

При номинальном напряжении:

При пониженном напряжении:

С учётом (6) получим

                                               (12)

Величина коэффициента пропорциональности С может быть определёна по выражению (11) при подстановке известных параметров номинального режима: .

Из (7) с учётом (11) получим

где – величина тока якоря в режимах, отличных от номинального, А.

Коэффициент отношения магнитных потоков, создаваемых последовательной и параллельной обмотками возбуждения:

                                          (14)

Наиболее употребительным является такое отношение потоков, которое при номинальном токе даёт равенство намагничивающих сил обеих обмоток возбуждения. Но в настоящей работе заданы различные значения коэффициента К в учебных целях.

Из (13) получим

Подставим (14) в (9):

Отсюда

При номинальном напряжении:

При пониженном напряжении:

Подставим (15) в (9):

С учетом (8) получим:

Отсюда    

При номинальном напряжении:

При пониженном напряжении:           

*.

Подставим (15) и (16) в (12):

где .

Выражение (19) позволяет построить механические характеристики ДПТ смешанного возбуждения с использованием вебер-амперной характеристики (рисунок 2), полученной экспериментальным путём Ф*=f(I*).

Для построения механической характеристики кривую Ф*=f(I*) разбивают на интервалы, в каждом из которых определяют значения Ф_i*, соответствующие значениям I_i*. Далее по (19) определяют ω_i. Рекомендуемое число интервалов – не менее десяти.         

Рисунок 2 Вебер-амперная характеристика двигателя постоянного

тока.

В качестве примера приведем расчет угловой скорости и момента электродвигателя для

Угловая скорость при номинальном напряжении (U=24В):

Момент двигателя при номинальном напряжении:

Угловая скорость при пониженном напряжении (U=19,2 В):

Момент двигателя при пониженном напряжении:

Расчет остальных точек механической характеристики производится аналогично. Результаты расчетов сводим в таблицу 1.

Таблица 1 Данные для построения механических характеристик двигателя постоянного тока

Ток якоря в относи-

тельных единицах

Iя/Iян=I*

Приведенный магнитный поток

Ф/Фн

Угловая скорость при номи-нальном напряжении

,с^-1

Момент двигателя при номинальном напряжении Н^.м

Угловая скорость при повы-

шенном напряжении

, с^-1

Момент двигателя при повы-

шенном напряжении, Н^.м

0,1

1283,42

1662,34

0,15

0,2

1157,28

1,37

1454,9

1,93

0,25

0,3

1056,45

2,5

1300,6

3,6

0,3

0,4

975,5

3,25

4,74

0,35

0,5

905,35

4,09

1090,43

6,02

Продолжение таблицы 1

0,4

0,6

843,97

5,01

1005,05

7,46

0,45

0,7

789,8

6,03

929,72

9,08

0,5

0,8

741,67

7,13

862,75

10,87

0,6

0,9

654,55

9,7

788,34

14,28

0,7

652,15

11,35

721,35

18,21

Согласно полученных данных строим естественную и искусственную механические характеристики двигателя смешанного возбуждения (рисунок 3).

Рисунок 3 Механическая характеристика двигателя постоянного тока смешанного возбуждения при номинальном и пониженном напряжении.

Познавательные статьи:



Алгоритмические операторы Matlab

Конструирование и порядок расчёта дорожной одежды

Исследования учёных: почему помогают молитвы?

Почему терпят неудачу многие предприниматели?