www.toehelp.ru

Решение задач по ТОЭ, ОТЦ, Высшей математике, Физике, Программированию ...

/ / / Лекция 17. Полюсное управление исполнительным двигателем

Амплитудное управление. Поскольку в этом способе векторы напряжения Uу, U'в перпендикулярны, sinb = 1. Уравнения (1.3) и (1.4) принимают вид

(1.5)

(1.6)

По данным уравнениям на рис.1.6,а построены механические /m = f(n) при aэ= const, а на рис.1.6,б регулировочные /n = f(aэ) при m = const/ характеристики идеального асинхронного исполнительного двигателя при амплитудном управлении.

Анализ механических характеристик позволяет сделать следующие выводы:

1)Механические характеристики идеального двигателя линейные, но не параллельные, что свидетельствует о зависимости быстродействия от коэффициента сигнала (см. § 1.3);

2)Максимальный момент двигатель развивает при пуске. В относительных единицах он равен коэффициенту сигнала aэ;

3)При aэ < 1 скорость теоретического холостого хода всегда меньше синхронной, что объясняется действием токов обратной последовательности, которые создают тормозные моменты.

Анализ регулировочных характеристик показывает:

1)Даже для идеального исполнительного двигателя они, к сожалению, нелинейные. Лишь при сравнительно небольших коэффициентах сигнала можно выделить зону пропорционального регулирования;

2)Напряжение трогания пропорционально моменту сопротивления.

Механическая мощность. В относительных единицах механическая мощность

(1.7)

Максимум механической мощности найдем из уравнения

или

откуда

Следовательно, максимальную механическую мощность двигатель развивает при скорости, равной половине скорости холостого хода. Подставляя nmaxв (1.7), получим максимальное значение механической мощности

На рис. 1.7. показаны зависимости рмех = f(n) при aэ = const. Из графиков видно, что даже при aэ= 1 максимум механической мощности не превышает 1/4 базового значения; с уменьшением коэффициента сигнала использование двигателя ухудшается.

Рис. 1.7. Зависимость механической мощности от скорости вращения при амплитудном управлении

Характеристики реального двигателяпри амплитудном управлении должны определяться по полным схемам замещения, позволяющим учитывать реактивные сопротивления, намагничивающий ток, падения напряжения в обмотках, что конечно усложняет их вывод. Поэтому, не вдаваясь в детали, отметим лишь некоторые особенности реальных исполнительных двигателей.

Механические и регулировочные характеристики двигателей показаны пунктирными линиями на рис.1.6,а и 1.6,б. Как видно из рисунков, все они нелинейные и проходят выше характеристик идеального двигателя.

Однако выводы, сделанные выше относительно быстродействия, пропорциональности пускового момента и пр., остаются справедливыми и здесь.

Мощность возбуждения. Sв = UвIв. В реальном двигателе намагничивающий ток, не учитываемый в идеальном, составляет 85¸ 9О % от номинального. В результате ток и мощность возбуждения остаются практически постоянными в любом режиме работы при всех значения aэи n.

Мощность управления. Sу = U2у/Zу = a2эU2в/Zу. Видно, что она в сильной мере зависит от коэффициента сигнала и немного от частоты вращения (от частоты вращения зависит Zу - полное сопротивление обмотки управления).

Фазовое управление. В этом случае векторы напряжения возбуждения Uви управления Uу равны по величине, поэтому aэ = 1. Уравнения (1.3) и (1.4) принимают вид

(1.8)
(1.9)

На рис. 1.8,а и б приведено семейство механических /m = f(n) при sin β = const/ и регулировочных /n= f(sin β) при m = const/ характеристик идеального асинхронного исполнительного двигателя при фазовом управлении. Как видно из графиков, механические характеристики линейны и параллельны, что означает не зависимость быстродействия от коэффициента сигнала sin β.

Обратите внимание, что при коэффициенте сигнала меньшем единицы, теоретическая скорость холостого хода здесь меньше, чем при амплитудном управлении. Объясняется это большим значением тока обратной последовательности /проанализируйте формулы (1.2) при aэ = 0,5 и sin β = 1, что соответствует амплитудному управлению, а затем при sinb = 0,5 и aэ = 1, что соответствует фазовому управлению/.

К положительным качествам фазового управления следует отнести линейность регулировочных характеристик идеального двигателя. Механические и регулировочные характеристики реального двигателя конечно нелинейные, однако, их нелинейность весьма не большая (см. пунктирные графики на рис. 1.8, а и б).

Полная мощность возбуждения реального двигателя здесь, как и при амплитудном управлении, остается практически постоянной в широком диапазоне изменения скоростей и коэффициентов сигнала.

Полная мощность управления Sу = Uу2/Zу не зависит от коэффициента сигнала, а зависит лишь от частоты вращения n.

Механическая мощность в относительных единицах равна

Относительную скорость, при которой наступает максимум мощности, найдем из условия мех/dn = 0. Выполнив дифференцирование, получим nмax = sinb/2. С учетом последнего максимальная механическая мощность

На рис. 1.12 построены графикирмех = f(n) при sinb = const. Как и при амплитудном управлении, максимум механической мощности при фазовом управлении и sinb = 1 не превышает 1/4 базовой мощности.

Рис. 1.9. Зависимость механической мощности от скорости вращения при фазовом управлении

Конденсаторное управление. Известно, что при конденсаторном управлении коэффициент сигнала aео и емкость конденсатора С выбирают из условия получения кругового поля при пуске двигателя. Найдем эти значения.

При круговом поле существуют только токи прямой последовательности, причем

или

(1.10)

Токи в обмотках возбуждения и управления

где: rу и xу – активное и реактивное сопротивление схемы замещения двигателя для фазы управления при пуске двигателя (режим КЗ); rв=k2rу и xв=k2xу – то же для фазы возбуждения.

Подставляя значения токов в (1.10), получим

или

Приравнивая действительные и мнимые части,

получим условия, необходимые для создания кругового поля:

В общем случае аналитические выражения напряжений, токов и моментов при этом способе управления получаются весьма сложными и малопригодными для анализа. Поэтому ограничимся простым изображением механических /m = f(n) при aе = const рис. 1.10,а/ и регулировочных /n = f(aе/aео) при m = const (рис. 1.10,б)/ характеристик реального асинхронного исполнительного двигателя [1]

Рис.1.10. Механические (а) и регулировочные (б) характеристики реального асинхронного исполнительного двигателя при конденсаторном управлении

Как видно из графиков, характеристики очень похожи на характеристики при амплитудном управлении. Это объясняется малым изменением фазы b по сравнению с изменением амплитуды напряжения управления Uу. Однако отличие есть и оно заключается в том, что теоретическая скорость холостого хода при m = 0 и aе = aео меньше синхронной. Причина этого - в эллиптичности магнитного поля, создающего не только движущие но и тормозящие моменты. Напомним, что при конденсаторном управлении круговое поле имеет место только в пусковом режиме и aе = aео.

При малых и средних скоростях вращения момент при конденсаторном управлении имеет большее значение, чем при других способах, что объясняется увеличением напряжения на обмотке возбуждения Uв и соответственно увеличением магнитного потока машины.

Напряжение увеличивается потому, что по мере разгона двигателя уменьшается ток возбуждения Iв и уменьшается падение напряжения на конденсаторе, ибо

где

Рис. 1.11. Зависимость механической мощности от скорости вращения при конденсаторном управлении

Этим же фактом объясняется и большая величина максимальной механической мощности (рис. 1.11).

Полная мощность возбуждения с увеличением скорости вращения увеличивается, а мощность управления уменьшается. Перераспределение мощностей поступающих от усилителя (мощность управления) и из сети (мощность возбуждения) позволяет на практике уменьшить мощность управления, что выгодно отличает данный способ управления от других.

В заключение этого раздела подведем некоторые итоги.

1.Механические характеристики АИД при всех способах управления нелинейные. Степень нелинейности оценивается максимальным расхождением Dmмежду действительной характеристикой и прямой, проведенной через точки холостого хода и короткого замыкания. На практике, чтобы найти Dm, параллельно линии, соединяющей точки ХХ и КЗ, проводят касательную к характеристике и из точки касания опускают перпендикуляр на ось абсцисс. Численное значение отрезкаDm и будет нелинейностью механической характеристики (рис. 1.12,а)

Рис.1.12. Определение степени нелинейности механических (а) и регулировочные (б) характеристик реального асинхронного исполнительного двигателя

Уменьшить нелинейность можно увеличением активного сопротивления ротора, но это приводит к ухудшению использования АИД, поэтому нелинейность порядка 10% считается допустимой.

Наибольшую линейность имеют характеристики при фазовом способе управления, наименьшую - при конденсаторном управлении.

2.Регулировочные характеристики при всех способах управления так же нелинейные. Лишь при небольших значенияn (порядка 0÷0,25) можно выделить более иле менее линейные участки характеристик, т.е. выделить зоны пропорционального регулирования. С целью расширения этой зоны в абсолютном значении скоростей вращения, целесообразно использовать двухполюсные АИД, рассчитанные на повышенную частоту питающей сети, т.к. n = n/n1, где n1 = 60f/p.

Количественно степень нелинейности регулировочных характеристик определятся подобно тому, как это делается для механических характеристик (рис. 1.12,б). Наиболее линейные характеристики при фазовом, наименее линейные при конденсаторном управлении.

И хотя конденсаторное управление имеет наименее линейные характеристики, этот способ получил широкое распространение, благодаря простоте реализации.

Далее...

Социальные сети  

Реклама

Социальные сети