(27)
где nmax - заданная повышенная скорость двигателя
Магнитный поток нелинейно зависит от тока возбуждения Iв. Поэтому, чтобы определить степень уменьшения Iв при определенном ослаблении потока Ф*, необходимо воспользоваться кривой намагничивания.
При относительный ток возбуждения , т.е. должен составлять 30% от номинального значения тока возбуждения.
Рисунок 5 - Кривая намагничивания двигателя
Сопротивление, включаемое в цепь возбуждения для перехода на повышенную скорость:
(28)
Коэффициент магнитного потока при ослабленном поле машины [В·мин/об]:
(29)
Наклон естественной характеристики и характеристики при ослаблении потока:
(30)
(31)
Скорость идеального холостого хода при ослабленном магнитном потоке:
(32)
Номинальный электромагнитный момент двигателя:
(33)
Момент механических потерь двигателя:
(34)
Электромагнитный момент двигателя при ослабленном потоке:
(35)
Допустимый момент сопротивления на валу двигателя при ослабленном потоке:
(36)
Характеристику при ослабленном потоке строим по двум точкам: .
На графике механической характеристики эти точки обозначены как nI0 и f.
Получившаяся характеристика имеет больший наклон (меньшую жесткость), чем естественная характеристика двигателя. Это говорит о том, что двигатель работает менее стабильно: при колебаниях момента сопротивления его скорость будет изменяться в больших пределах.
7. Расчет режима динамического торможения
При динамическом торможении якорь двигателя отключается от питающей сети и включается на тормозной резистор Rт. Для обеспечения тормозного эффекта по обмотке возбуждения должен протекать номинальный ток Iвн. Момент и ток двигателя меняют направление на противоположное, двигатель переходит в генераторный режим, преобразуя кинетическую энергию вращающихся масс в тепло, выделяющееся в якоре и на тормозном резисторе.
Считаем, что двигатель включают на торможение в некоторый момент tх, когда он работал с номинальной скоростью nн, поэтому в начальный момент на якоре будет номинальная ЭДС Ен. Для определения сопротивления тормозного резистора, который ограничивает начальный тормозной ток, необходимо знать значение этого тока. Считаем, что для четных вариантов курсовой работы начальный тормозной ток:
(37)
Сопротивление тормозного резистора определим по формуле:
(38)
При этом начальный тормозной момент определяется из выражения:
(39)
и имеет отрицательное значение
Т.к. в якорной цепи включены сопротивления Rя и Rт, электромеханическую постоянная времени при динамическом торможении определяем по формуле:
(40)
Сделаем расчет при t=1/3Тмт = 1/3·0,807 = 0,269 с:
(41)
(42)
·м
Таблица 6
|
t, с |
0 |
1/3Тмт |
2/3Тмт |
Тмт |
1,5Тмт |
2Тмт |
? |
|
|
0 |
0,269 |
0,538 |
0,807 |
1,211 |
1,614 |
? |
||
|
n, об/мин |
1000 |
716,53 |
513,42 |
367,88 |
223,13 |
135,34 |
0 |
|
|
M, Н·м |
-747 |
-535,2 |
-383,5 |
-274,8 |
-166,7 |
-101,1 |
0 |
Рисунок 6 - Кривые изменения тока и частоты вращения при торможении
При данном виде торможения двигатель тормозится до полной остановки длительное время, поэтому переходный процесс считаем до момента, когда время достигнет значения 2Тмт. При этом скорость двигателя снизится приблизительно на 90%, после чего можно применить механическое торможение, например, с использованием тормозных колодок.
8. Проверка двигателя по нагреву
По рассчитанной и построенной на графике кривой М = f(t) (рисунок 4) проверяем двигатель по нагреву. Для проверки используем метод эквивалентного момента. При этом выбираем наиболее тяжелый случай работы двигателя, считая, что непосредственно после разгона двигателя следует его торможение, т.е. участок установившейся работы не учитывается. Криволинейный график М(t) заменяется ломаной линией, возможно ближе совпадающей с реальной кривой. В результате график окажется разбитым на отдельные участки. Для каждого участки определяем эквивалентное значение момента. Так, для первого участка, площадь которого представляет собой трапецию, имеем:
(43)
Для участка динамического торможения (пятый участок), площадь которого ограничена прямоугольным треугольником:
(44)
Вычисленные по (43), (44) значения эквивалентных моментов отдельных участков и соответствующих времен подставляем в выражение эквивалентного (среднеквадратичного) момента для данного режима работы двигателя:
…. (45)
Мэ = (448,5382·0,524 + 448,5382·0,292 + 448,5382·0,162 + 409,5672·0,196
+ 431,2812·0,807) / (0,524 + 0,292 + 0,162 + 0,196 + 0,807) = 437,83 Н·м
Для обеспечения надежной работы двигателя в длительном режиме с переменной нагрузкой и отсутствия перегрева двигателя необходимо выполнение условия Iэ? Iн. Поскольку ток пропорционален мощности, а значит моменту то получаем: МэМн = 437,83 477,5
Проверка двигателя по нагреву выполняется.
9. Составление силовой электрической схемы пуска двигателя
На рисунке 7 представлена схема двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением и трехступенчатым пусковым реостатом.
Схема работает следующим образом:
Замыкают контакт К1, обмотка возбуждения подключается на номинальное напряжение, в машине создается номинальный магнитный поток. Замыкают контакт К2.1 (при этом контакты К2.2, К3 и К4 разомкнуты, контакт К6 замкнут), якорь двигателя подключается к сети через пусковой реостат, ток якоря ограничен до предельно-допустимого значения, двигатель начинает разгон при максимальном моменте М1. При достижении скорости n1 замыкается контакт К3.
Рисунок 7 - Электрическая схема пуска двигателя
Замыкание контакта автоматически осуществляет схема управления, которая может работать по одному из трех принципов регулирования: тока, скорости или времени. При реализации принципа тока в цепь якоря включают токовое реле, которое при снижении пускового тока до значения I2 (соответствует моменту М2 в расчетах) последовательно размыкает контакты К3-К4. Принцип скорости предполагает установку на валу двигателя тахогенератора или подключение к якорю реле напряжения, к которому приложена ЭДС, пропорциональная скорости двигателя. Контакт К3 размыкается при достижении скорости значения двигателя n1, контакт К4 - значения n2. Для реализации принципа времени в схему управления включают реле времени (их число равно числу ступеней пускового реостата), которые размыкают контакты К3-К4 по истечении определенных в работе периодов t1 - t3. Двигатель выходит на естественную характеристику и разгоняется до номинальной скорости nн.
При необходимости увеличения скорости двигателя до значения размыкают контакт К6, ток возбуждения уменьшается, магнитный поток машины ослабляется, а скорость двигателя возрастает. Из-за ослабленного потока характеристика двигателя имеет больший наклон, т.е. становится мягче.
Для останова двигателя размыкают контакт К2.1 и замыкают контакт К2.2, якорь отключается от сети и замыкается на тормозной резистор Rт, ток в якоре меняет направление, двигатель переходит в режим динамического торможения. После останова двигателя необходимо разомкнуть контакт К1, иначе при отсутствии вентиляции обмотка возбуждения выйдет из строя. Обычно такое размыкание осуществляется с помощью дополнительного реле времени в схеме управления, период срабатывания которого должен несколько превышать рассчитанное врем tт.
двигатель тормозной магнитный нагрев
Заключение
В данной курсовой работе произведен расчет разгона двигателя постоянного тока до основной скорости и при ослаблении магнитного потока, расчет тормозного режима, переходных процессов в данных режимах, а также произведена проверка двигателя по нагреву.
Так как угловая скорость механизма и момент его сопротивления отличаются от скорости двигателя и развиваемого им момента, а суммарный запас кинетической энергии движущихся частей системы электропривода остается неизменным, осуществляют приведение моментов сопротивления и инерции механизма к валу двигателя. Приведенный момент инерции системы определяет интенсивность разгона, торможения и реверса двигателя.
Важной характеристикой двигателя является механическая характеристика, которая показывает, с какой скоростью будет работать двигатель при определенном моменте сопротивления на его валу.
Естественная механическая характеристика получается при номинальных значениях питающего напряжения и потока и отсутствии внешних сопротивлений в цепи якоря. Чем мощнее двигатель, тем больше его пусковой момент и тем более пологой будет естественная характеристика двигателя.
При пуске двигателя необходимо обеспечить надлежащее значение пускового момента и условия для достижения необходимой частоты вращения и предотвратить возникновение чрезмерного пускового тока, опасного для двигателя.
Наиболее распространенный способ регулирования частоты вращения - это изменение потока возбуждения путем регулирования тока в обмотке возбуждения. Наиболее простой способ регулирования тока возбуждения - варьирование сопротивления регулировочного резистора в контуре возбуждения.
Изменением тока возбуждения можно регулировать частоту вращения в пределах 1:1,5, 1:2. Глубокое уменьшение потока недопустимо, так как приводит к неустойчивой работе двигателя. Увеличение магнитного потока в обычных двигателях параллельного возбуждения нецелесообразно, так как магнитная система двигателей насыщена. Хотя этот способ обеспечивает сравнительно небольшие пределы регулирования частоты вращения, он является экономичным и находит широкое применение, когда пределы изменения частоты вращения небольшие.
Список использованных источников
1. Плотников С.М. Электрические машины: «Расчет пуска двигателя постоянного тока»: Методическое пособие к выполнению курсовой работы для студентов очной и заочной форм обучения специальностей 23.05.05 «Системы обеспечения движения поездов». - Красноярск: КрИЖТ ИрГУПС, 2018. - 19 с.
2. Семенов И.В. Электрические машины и электропривод: Методические указания по выполнению расчетно-графических работ. - Красноярск. КрИЖТ ИрГУПС, 2008. - 57 с.
3. Копылов И.П. Электрические машины. - М.: Высш. школа, 2012. - 697 с.
2. Вольдек А.И., Попов В.В. Электрические машины: Введение в электромеханику: Машины постоянного тока и трансформаторы. - СПб.: Питер Пресс, 2008. - 320 с.