Электропривод с двигателем постоянного тока параллельного возбуждения

 

Построение  электромеханических характеристик. Перед построением характеристик необходимо привести сопротивления двигателя r_я+r_дп и r_пар к рабочей температуре 75°С, умножив на коэффициент 1,22:

 

r_я + r_дп = 6,75 × 1,22 = 8,24 Ом.

 

Далее примем r_я равным 8,24 Ом.

 

r_пар = 600 × 1,22 =732 Ом.

 

Определим постоянную двигателя:

 

.

 

Токи двигателя  при заданных в моментах нагрузки:

 

 А;

 А.

Скорость идеального холостого хода составит:

 

c^-1.

 

Скорость в  установившемся режиме при нагрузке М_с1:

 

 c^-1.

 

Электромеханические характеристики изображены на рисунке 1.3.

Проведем расчёт пускового реостата аналитическим  методом. Схема включения двигателя приведена на рисунке 1.4. Максимальный пусковой ток по условиям коммутации примем 2,5×I_н:

 

А.

 

Полное сопротивление  при пуске:

 

 Ом; .

 

Определим ток  переключения:

 

 А.

 

Определим сопротивление  цепи якоря при переключении на одну ступень:

 

 Ом.

 

Определим сопротивления  пусковых резисторов:

 

 

Рассмотрим  получение пониженной скорости w = 0,3 × w_р шунтированием цепи якоря. Схема шунтирования якоря двигателя приведена на рисунке 1.5. Построим характеристику шунтирования. Она представляет собой прямую линию, проходящую через точки а3 с координатами (–w_р2; 2,1 ∙ I_н) и а4                   (–0,3 × w_р; –I_с2). Через начало координат проводим прямую, параллельную естественной характеристике. В точке пересечения с характеристикой шунтирован ия (точка А) находим ток I_А = 28 А. По характеристике шунтирования находим w_0ш = 80 c^-1.

Определим сопротивление  последовательного резистора:

 

 Ом.

 

Скорость холостого  хода при шунтировании якоря определяется по выражению:

 

.                                                                                          (1.6)

 

Выразив из выражения (1.6) сопротивление шунта, получим:

 

.

 

 

Рисунок 1.3 – Электромеханические характеристики

 

 

С учетом известных  значений величин получим:

 

 Ом.

 

Рассмотрим  торможение противовключением. Схема торможения противовключением приведена на рисунке 1.6. На рисунке 1.3 электромеханическая характеристика находится во II квадранте. Торможение с моментом М_с1 от w_р1 до 0.

Скорость в  точке а5 w_а5 = w_р1 = 86,72, c^-1. ЭДС якоря при этом будет равна С×w_а5. Тогда добавочное сопротивление при противовключении может быть найдено:

 

.                                                                                     (1.7)

 

Подставляя в (1.7) соответствующие  значения, найдем сопротивление:

 

 Ом.

 

Рассмотрим  торможение с моментом М_с2 от ^0,3 × w^{_р до 0.} На рисунке 1.3 электромеханическая характеристика находится во IV квадранте. Скорость в точке а6: w^{_а6 = 0,3} × w^{_р = 0,3} × 157 = 47,1 c^-1.

Подставляя  данное значение скорости в формулу, аналогичную формуле (1.7), получим:

 

 Ом.

 

 

Рисунок 1.4 – Схема пуска ДПТ в две ступени

 

 

Рисунок 1.5 – Шунтирование цепи якоря ДПТ

 

 

Рисунок 1.6 – Противовключение ДПТ

Знаки в скобках - торможение во II квадранте, без скобок - в IV

 

 

Рисунок 1.7 – Естественная схема включения ДПТ

1.4 Определение пределов изменения механической

характеристики  при колебаниях напряжения

 

Определим, как  изменится зависимость w = f(М) в естественной схеме при колебаниях напряжения в пределах ±20%. Схема включения двигателя приведена на рисунке 1.7.

При неизменном сопротивлении  цепи возбуждения и изменении  напряжения питания на 20% ток возбуждения и ток якоря также изменятся на 20% и будут лежать в пределах и (0,8…1,2)I_н. В то же время магнитный поток изменится в меньшей степени. По универсальной кривой намагничивания [1] находим:

 

; .

 

При изменении  потока соответственно изменятся и  постоянные двигателя:

 

 

Характеристики  строим по двум точкам. При увеличении напряжения:

 

c^-1;   ;

c^-1; М = М_с = 4,46 Н∙м.

 

При уменьшении напряжения:

 

 М = М_с = 4,46 Н∙м.

 

Характеристики изображены на рисунке 1.8.

 

Рисунок 1.8 – Механическая характеристика при колебаниях питающего

напряжения

 

 

1.5 Построение электродинамической характеристики

 

Построим ЭДТ w = f(I), обеспечивающую замедление с ускорениями, не превышающими _^½e_^доп½ при M_c = 0,5×М_н. Определим параметры тормозного резистора. Схема электродинамического торможения приведена на рисунке 1.9.

 

 

Рисунок 1.9 – Схема динамического торможения

 

Уравнение движения электропривода будет иметь вид:

 

M + M_c = –J_дв × e_доп.                                                                                       (1.8)

 

Из выражения (1.8) можем найти величину момента двигателя:

 

M = –J_дв × e_доп – 0,5 × M_н = –0,042 × 100 – 0,5 × 4,46= –6,43 Н×м.

 

Сумма напряжений в якорной цепи:

 

,                                                                                   (1.9)

 

где I– ток в цепи; w_р – скорость, соответствующая моменту нагрузки М_с.

 

 А.

Из выражения (1.9) найдем сопротивление тормозного резистора:

 

 Ом.

 

Характеристика ЭДТ изображена на рисунке 1.10.

 

 

Рисунок 1.10 – Характеристика ЭДТ

 

1.6 Построение АЧХ двухмассовой  системы механизма передвижения

тележки

 

Структурная схема  двухмассовой системы механизма передвижения тележки изображена на рисунке 1.11. Приняв J₁ = J_дв, J₂ = 3 × J₁, W₁₂ = 1,2 с^-1, построим АЧХ при воздействии возмущения на вал механизма.

 

 

Рисунок 1.11 – Структурная схема двухмассовой системы

 

Амплитудо-частотные характеристики двухмассовой системы определяются по следующему выражению [2]:

 

.                                                          (1.10)

 

Моменты инерции:

 

J₁ = J_дв = 0,042 кг×м²;

J₂ = 3×J₁ = 3 ∙ 0,042 = 0,126 кг×м².

 

Результаты расчета приведёны в таблице 1.2, график – на рисунке 1.12.

 

Таблица 1.2 - Амплитудо-частотные характеристики

Ω, [1/c]	A(Ω)	Ω, [1/c]	A(Ω)
0,01	595,28	1,21	293,93
0,02	297,70	1,22	145,16
0,03	198,54	1,25	55,98
0,05	119,25	1,30	26,37
0,10	59,94	1,35	16,60
0,20	30,61	1,40	11,77
0,30	21,16	1,45	8,92
0,40	16,74	1,50	7,05

Окончание таблицы 1.2

0,50	14,41	1,55	5,74
0,60	13,23	1,60	4,78
0,70	12,89	1,65	4,05
0,80	13,39	1,70	3,48
0,90	15,12	1,75	3,02
1,00	19,48	1,80	2,65
1,03	21,95	1,85	2,34
1,05	24,19	1,90	2,08
1,08	29,01	1,95	1,86
1,10	33,88	2,00	1,67
1,13	46,51	2,05	1,51
1,15	63,43	2,10	1,37
1,17	103,04	2,15	1,25
1,18	152,60	2,20	1,15
1,19	301,38	2,25	1,05

Рисунок 1.12 – АЧХ двухмассовой системы

1.7 Построение механических характеристик разомкнутой системы УП-Д

 

ЭДС преобразователя E_п = 220 В, внутреннее сопротивление управляемого преобразователя равно: r_п = 2 × r_я.

Механическая характеристика в системе УП-Д имеет вид:

                                                               

;                                                                                  (1.11)

 

График строим по двум точкам:

 

c^-1;  ;

 c^-1; M = M_н = 4,46 Н∙м.

 

График приведен на рисунке 1.13.

 

1.8 Расчет коэффициента обратной  связи

 

 

Структурная схема  системы УП-Д с замкнутой обратной связью по скорости представлена на рисунке 1.14. Определим коэффициент обратной связи по скорости К_ос и задающий сигнал U_зс, если статическая механическая характеристика проходит через точки М_н, w_н и имеет жесткость в 10 раз большую, чем в разомкнутой системе. Преобразователь будем считать инерционным звеном с коэффициентом усиления К_п = 100.

Механическая характеристика рассматриваемой системы описывается выражением:

 

 

 

 

Рисунок 1.13 – Характеристика УП-Д

 

 

 

 

Рисунок 1.14 – Структурная схема системы отрицательной обратной связи по скорости

 

,                                                            (1.12)

 Ом.

 

В разомкнутой  системе определим снижение скорости при номинальном моменте:

 

 

В замкнутой  системе снижение скорости в 10 раз меньше:

 

.

 

Скорость холостого  хода в замкнутой системе:

 

.

 

Коэффициент обратной связи может быть найден из выражения:

 

; .

 

Напряжение  задающего сигнала находится по формуле:

 

;                                                                                 (1.13)

 В.

 

2 ЭЛЕКТРОПРИВОД С ДВИГАТЕЛЕМ  ПОСТОЯННОГО ТОКА 

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ