Электромагнитные переходные процессы в цепях возбуждения и форсирование процессов возбуждения

⇐ ПредыдущаяСтр 21 из 29Следующая ⇒

Как известно, основным способом регулирования скорости двигателей постоянного тока является изменение напряжения или магнитного потока, что достигается изменением тока возбуждения i_Всамого двигателя, либо питающего двигатель преобразователя ( в системе ГД – генератора, в системе ТПД – изменением напряжения управления). В случае двигателя или генератора независимого возбуждения, что имеет место в системе ГД, переходные процессы в цепях возбуждения можно рассматривать изолированно от остальных процессов, происходящих в приводе. Если пренебречь реакцией якоря и влиянием вихревых токов, то i_B не зависит от тока якоря. Переходный процесс в цепи возбуждения описывается выражением.

Обычно L_B не равно const. Но если машина работает на линейной части кривой намагничивания, то можно считать L_B=const и решение уравнения дает закон изменения тока возбуждения

, где -электромагнитная постоянная цепи возбуждения

Как видно, ток в цепи возбуждения при изменении напряжения нарастает или спадает по экспоненциальному закону. Т.к. обмотки возбуждения обладают сравнительно большой индуктивностью, переходный процесс в них протекает сравнительно медленно. В зависимости от мощности и скорости машин постоянная Т_В находится в пределах от десятых долей секунды до 2-4 секунд. С увеличением мощности и уменьшением скорости Т_В увеличивается (При мощности 1, 5-15 кВт Т_В=0, 2-0, 6, а при мощности 3000 кВт и более Т_В=2-4 сек.). Т.к. переходный процесс длится в течение t=(3-5)Т_В, то это существенно сказывается на производительности рабочих машин, если не принять мер к ускорению (форсированию) переходного процесса, в частности, ускорению нарастания тока возбуждения. Как правило, форсирование возбуждения осуществляется за счет приложения к обмотке возбуждения машины повышенного напряжения на весь период нарастания тока возбуждения. Рассмотрим вопрос форсировки на примере системы ГД. При пуске двигателя повышенное напряжение прикладывается к обмотке возбуждения генератора на весь период разгона двигателя до основной скорости, а при разгоне его в зоне выше основной скорости, напротив, напряжение U_B в цепи возбуждения двигателя с целью ослабления потока кратковременно снижается.

Пусть к обмотке возбуждения генератора на время разгона двигателя приложено напряжение в a раз больше, чем необходимо для получения требуемого тока возбуждения , при котором напряжение, развиваемое генератором, равно заданному. Ток возбуждения будет изменяться по закону при i_в.нач=0.

Как только i_в достигнет значения , форсировка должна быть прекращена, т.к. напряжение генератора достигнет требуемого значения. Очевидно, при наличии форсировки i_в достигнет значения i_в.уст значительно раньше (за время t₂ ), чем при отсутствии форсировки.

Для момента достижения током i_в значения, равного , можно написать

и . Для оценки t₂ определим далее

Если при отсутствии форсировки принять t₁=5T_B, то ; При a=2 t₂=0, 14t₁, т.е. процесс нарастания тока возбуждения увеличивается ~ в семь раз. Форсирование возбуждения не только сокращает длительность переходного процесса, но и улучшает его качество, т.к. нарастание i_в и, следовательно, ЭДС и напряжения генератора становится более равномерным.

При вентильном возбуждении тиристорный возбудитель должен иметь большой запас по напряжению. В нормальном режиме он работает с большим зарегулированием, а при форсировке вентили открываются полностью, чем достигается быстрый подъем тока возбуждения, а значит и напряжения генератора.

Уравнение равновесия для контура системы вентильного возбуждения имеет вид

Закон изменения тока возбуждения при включении

, где

При мгновенном изменении угла регулирования от a₁ до a₂

Переходный процесс электропривода с двигателем независимого возбуждения при изменении магнитного потока

Обычно ДНВ работает при Ф=Ф_н если U=const или U=var. Необходимость ослабления потока возникает когда требуется получить скорость, превышающую основную (согласно требованиям технологического процесса ). Если бы поток изменялся мгновенно, то в начальный момент времени имел бы место бросок тока и момента, как показано на рисунках w=f(I_a) и w=f(M) пунктиром. В действительности Ф изменяется во времени. Поэтому ток якоря и момент двигателя будут изменяться по т.н. динамическим характеристикам (кривая1). Для расчета переходного процесса пренебрегаем индуктивностью якоря L_Я т.к. она мала по сравнению с индуктивностью L_В обмотки возбуждения. Бросок тока и момента будет тем больше, чем быстрее темп изменения Ф. Для получения расчетного выражения воспользуемся уравнением равновесия ЭДС в якорной цепи и уравнением момента.

Выразим коэффициенты “k” через номинальные параметры. Коэффициенты ЭДС

;

1) ; 2)

Определив из второго уравнения I_Я и подставив в первое, а также разделив полученное выражение на , получим

или в относительных единицах

3) , где ;

Это уравнение нелинейное и решить его непосредственно нельзя, т.к. f=f(t). При небольших пределах изменения Ф можно считать, что Ф изменяется по линейному закону, как показано на графике кривой намагничивания. Линейное изменение потока имеет место в случае, если , т.е. когда цепь машины не насыщена (здесь допускается некоторая погрешность). Закон изменения тока возбуждения при ненасыщенной магнитной цепи можно найти из уравнения равновесия ЭДС для цепи возбуждения

Отсюда , где

При закон изменения потока будет таким же . Это экспонента.

Для расчета строится кривая j=f(t) и разбивается на участки постоянной длительности. На каждом участке длительностью Dt поток j считается постоянным, равным среднему значению . Аналогично скорость двигателя в течении Dt считаем постоянной и равной среднему значению

Подставив значения и в уравнение 3, решаем его относительно

Окончательная расчетная формула имеет вид

Расчет кривой скорости ведется с первого участка длительностью Dt, для которого известна и среднее значение потока . Приращение скорости на первом участке

Начальная скорость на втором участке длительностью Dt равна скорости в конце первого участка, т.е. . Аналогично определяется приращение скорости на втором участке и т.д. По рассчитанным приращениям строится кривая n=f(t), которая изображена на графике.

Для нахождения закона изменения тока J_Я в переходном режиме разделим обе части уравнения 1 на U

отсюда

Конечное значение тока якоря

Поскольку значения j и n для каждого участка длительностью Dt известны, можно построить кривую J_Я=f(t). Примерный вид этой кривой при М_c = const приведен на рис.

Закон изменения момента находится аналогично согласно уравнению движения

Если бросок тока при ослаблении f окажется недопустимым по условиям коммутации, изменение f следует осуществлять в несколько ступеней.

Расчет переходного процесса можно вести и в именованных величинах. Расчетное выражение для определения приращения скорости можно получить аналогично изложенному выше. Оно имеет вид

Расчет переходного процесса при усилении f производится аналогично, только кривая j=f(t) будет выглядеть так, как изображена на следующем рис.

⇐ Предыдущая 16 17 18 19 202122 23 24 25 Следующая ⇒