Электрических машин постоянного тока. Генераторное торможение с отдачей энергии в сеть»

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 6

Цель занятия – Закрепить практические знания при обслуживании при обслуживании электрических машин постоянного тока в процессе эксплуатации. Приобрести практические навыки в выполнении опытов по снятию данных и построении механических характеристик двигателя постоянного тока параллельного (независимого) возбуждения для различных режимов работы. Получить экспериментальное подтверждение теоретическим сведениям о механических характеристиках этого двигателя.

1. Теоретическая часть.

Частота вращения двигателя постоянного тока

. (1)

Если в этом выражении ток якоря выразить через электромагнитный момент

, (2)

то получим уравнение механической характеристики двигателя постоянного тока ,

представляющее собой зависимость частоты вращения n от момента M при неизменном токе возбуждения и номинальном подведенном напряжении

, (3)

где ; – постоянные коэффициенты;

Ф – основной магнитный поток (Вб)

R – электрическое сопротивление цепи якоря двигателя (Ом)

– сопротивление обмоток в цепи якоря, приведенное к рабочей температуре

– сопротивление добавочного резистора, включенного последовательно в цепь якоря двигателя.

В режиме идеального холостого хода ток в цепи якоря , а, следовательно, и электромагнитный момент , поэтому частота вращения в режиме идеального холостого хода (об/мин)

. (4)

Таким образом, уравнения механических харавтеристик можно привести к виду

, (5)

где – изменение частоты вращения, вызванное нагрузкой двигателя.

Зависимость от тока нагрузки определяется выражением

, (6)

а зависимость отмомента нагрузки имеет вид

(7)

Механические характеристики двигателя постоянного тока параллельного (независимого) возбуждения

Рис. 1

Таким образом, как это следует из выражения (5), механические характеристики двигателя параллельного (независимого) возбуждения представляют собой прямые линии ( рис. 1). Выражения (6) и (7) показывают, что изменение частоты вращения, обусловленное изменением его нагрузки, пропорционально электрическому сопротивлению цепи якоря. Поэтому наименьшему сопротивлению цепи якоря соответствует наименьшее изменение частоты вращения. В этом случае механическая характеристика двигателя является наиболее жесткой.

Характеристики двигателей постоянного тока при называют естественными (график 1, рис.1). если же в цепь якоря ввести добавочное сопротивление, т. е. , то влияние нагрузки на величину будет более значительным, характеристики двигателя станут мягкими и их угол наклона к оси абсцисс увеличится (графики 2 и 3, рис. 1). Такие характеристики называют искусственными (реостатными).

Все характеристики двигателя независимо от сопротивления цепи якоря пересекаются в точке идеального холостого хода (пограничной частоты вращения) . Объясняется это тем, что при идеальном холостом ходе ток якоря и электромагнитный момент равны нулю, а поэтому изменение частоты вращения .

Механические характеристики двигателя постоянного тока параллельного (независимого) возбуждения прямолинейны (5). В связи с этим положение любой из этих характеристик в осях координат определяется двумя точками. Одной из них является точка идеального холостого хода с координатами и , а другой – точка номинальной нагрузки двигателя в двигательном (основном) режиме с координатами и . если в цепи якоря отсутствует добавочный резистор , то координаты точки номинальной нагрузки определяются паспортными данными двигателя. Если же в цепь якоря включено добавочное сопротивление, то при номинальном токе якоря частота вращеня (об/мин)

(8)

Для двигателей постоянного тока параллельного (независимого) возбуждения возможны следующие режимы работы:

а. двигательный (основной);

б. режим генераторного торможения с отдачей энергии в сеть (рекуперативный);

в. режим торможения противовключением;

г. режим динамического торможения.

Генераторное торможение с отдачей энергии в сеть (рекуперативный) наступает при частоте вращения якоря, превышающей частоту вращения идеального холостого хода, т. е. при .

В этом случае ЭДС якоря становится больше напряжения сети и ток якоря изменяет свое направление (по сравнению с направлением в двигательном режиме), т. е. становится отрицательным:

. (9)

В связи с изменением направления тока якоря меняет свое направление электромагнитный момент двигателя и становится тормозящим. Характеристики двигателя в этом режиме, являясь продолжением характеристик двигательного режима, располагаются во втором квандранте осей координат. Уравнение характеристик в тормозном генераторном режиме имеет вид, аналогичный (5), но величина в этом случае приобретает отрицательный знак :

(10)

Действие тормозного генераторного момента прекращается, как только частота вращения якоря, уменьшаясь, достигнет частоты вращения идеального холостого хода .

Торможение противовключением происходит в том случае, когда изменяют полярность напряжения на клеммах обмотки якоря (полярность клемм обмотки возбуждения должна остаться прежней) и напряжение питания обмотки якоря становится отрицательным . Но якорь двигателя под действием кинетической энергии вращающихся масс сохраняет прежнее направление вращения и так как направление магнитного потока не изменилось, ЭДС якоря так же не меняет своего направления и действует согласно с напряжением , при этом ток якоря создается суммой напряжения сети U иЭДС якоря

. (11)

В этих условиях ток якоря, а, следовательно, и электромагнитный момент становится отрицательными и работа двигателя определяется режимом точки на характеристике 4 во втором квадранте осей координат (рис. 1). Чтобы ток якоря в этих условиях не превысил допустимого значения, в цепь обмотки якоря включают резистор . При этом ток якоря будет ограничен сопротивлением

Такой вид торможения противовключением применяется в подъемных устройствах, работающих по принципу лебедки, когда подвешенный к тросу груз создает на барабане статический момент сопротивления , превышающий электромагнитный момент двигателя, который в этих условиях становится тормозящим и замедляет движение опускающего груза. В данной практической работе исследуется именно такой вид торможения противовключением. При этом момент создается на лабораторной установке, благодаря определенному режиму ее работы.

Динамическое торможение наступает при отключении обмотки якоря от сети и замыкании ее на резистор сопротивлением . Обмотка возбуждения при этом остается по-прежнему подключенной к источнику питания, например к сети. Якорь двигателя продолжает вращение за счет сил инерции, т. е. за счет кинетической энергии, запасенной во вращающихся частях системы электропривода. В режиме динамического торможения двигатель переходит в генераторный режим, но энергия, вырабатываемая при этом, не отдается в сеть, как это имело место в режиме генераторного торможения, а преобразуется в тепловую энергию, выделяясь на сопротивлении .

В режиме динамического торможения ЭДС якоря не изменяет своего направления по сравнению с двигательным режимом, но так как напряжение сети , то ток якоря, изменив свое направление, действует согласно с ЭДС якоря (а не против ЭДС, как это происходит в двигательном режиме). Другими словами, ток якоря в режиме динамического торможения имеет отрицательное направление (рис. 1, 2-й квадрант). В этом режиме ток якоря