2 Енергетичні режими роботи дпс нз

Енергетичний режим роботи ЕД залежить від механічних (М, ) і електричних (Е, І) координат ЕД, які визначають його механічну М і електромагнітну ЕІ потужності.

При одному напрямі кутової швидкості й моменту і протилежному напрямі струму і ЕРС має місце двигунний режим роботи, а при протилежному напрямі кутової швидкості й моменту та однаковому напрямі ЕРС і струму — генераторний. Між двигунним і генераторним режимами роботи є режими ідеального холостого ходу і короткого замикання, в яких одна з електричних і механічних змінних дорівнює нулю.

При ідеальному холостому ході струм і момент дорівнюють нулю, а при короткому замиканні нульові значення мають ЕРС і швидкість.

Розглянемо режим роботи ДПС НЗ на різних ділянках його характеристик (рис. 2) при позитивній полярності напруги.

1. Режим ідеального холостого ходу (точка на осі ординат). Двигун не одержує енергії ні з мережі живлення (за винятком струму збудження), ні з вала ЕД Якір двигуна обертає робоча машина.

Рисунок-2. Механічні характеристики ДПС НЗ у двигунному і гальмівних режимах: 1,2,3-режим двигуна, при 1’,2’,3’- режими рекуперативного гальмування; 4- режим гальмування проти вмикання(гальмівний спуск); 5-режим гальмування проти вмикання до зупинки; 6,7 – режим динамічного гальмування з незалежним збудженням; 8,9- режим динамічного гальмування з самозбудженням

2. Двигунні режим роботи мають місце у першому (прямий напрямок обертання) і третьому (зворотній напрямок обертання) квадрантах. Межі зміни кутової або В цьому режимі , струм і напруга мають однаковий напрямок, а ЕРС якоря — протилежний. Електроенергія надходить з електричної мережі, а механічна енергія віддається з вала ДПС НЗ робочій машині.

3. Режим короткого замикання здійснюється тоді, коли і . При цьому , а споживана з мережі ЕЕ витрачається на нагрівання опорів кола якоря.

3 Гальмівні режими роботи

Гальмівні режими роботи мають місце у другому і четвертому квадрантах — це генераторні режими, оскільки МЕ, що поступає з вала машини, перетворюється в ЕЕ і передається на виводи машини. В залежності від способу використання ЕЕ, розрізняють три гальмівних режими.

1. Рекуперативне гальмування (генераторний режим роботи ДПС НЗ паралельно з електричною мережею) здійснюється тоді, коли при незмінній схемі вмикання ЕД його якір під дією активного моменту статичних опорів РМ обертається з швидкістю, більшою за швидкість ідеального холостого ходу . При цьому ЕРС якоря вища за прикладену напругу, тому струм якоря і обертовий момент змінюють свій напрямок. Рівняння МХ в режимі рекуперативного гальмування записується так:

де - опір рекуперативного гальмування.

Графічно ці характеристики 1’, 2’, 3’ (рис. 2) зображують прямими лініями, які є продовженням МХ двигунного режиму в зоні другого квадранту. Гальмівний момент або швидкість гальмування регулюють зміною опору . Рекуперативне гальмування економічне, оскільки супроводжується перетворенням МЕ, що надходить з вала робочої машини, в ЕЕ, яка віддається (крім втрат в ЕД) в електричну мережу. Перехід з двигунного режиму в гальмівний відбувається плавно без перемикань у колі якоря і колі збудження ЕД.

Його застосовують, наприклад, у приводах підйомних і транспортних механізмів.

Застосування рекуперативного гальмування обмежується тим, що для його здійснення ЕД повинен обертатися з швидкістю, вищою за швидкість ідеального холостого ходу. Рекуперативне гальмування можливе і при низьких швидкостях, коли останню регулюють зміною напруги, оскільки . Так, якщо ЕД в двигунному режимі працював в точці 1, то при зниженні напруги робоча точка переходить на нову ЕМХ, відрізок якої 2 — відповідає рекуперативному гальмуванню.

2. Режим гальмування противмиканням або режим генератора послідовно з електричною мережею має місце, коли напрямок дій обертального моменту ЕД протилежний напрямку обертання його якоря. Може бути три випадки цього виду гальмування.

Перший випадок реалізується в ЕП машин з активним моментом статичних опорів, наприклад, в вантажопідйомних механізмах при спуску вантажу. Двигун з активним моментом на валу (рис. 2) працює на точці «в» природної МХ 1 в режимі двигуна. Для переходу з режиму двигуна в режим гальмування противмиканням досить увімкнути в коло якоря достатню величину зовнішнього додаткового опору . Робоча точка ЕД переходить на штучну МХ 3 (точка ). Виникає від ємний динамічний момент, внаслідок чого знижується швидкість і на відрізку здійснюється режим гальмування противмиканням, Під дією активного моменту змінюється напрямок обертання ЕД і напрямок ЕРС якоря, яка буде діяти узгоджено з напругою мережі. При цьому якір двигуна споживає енергію як з мережі, так і від вала машини. Ця енергія у вигляді тепла виділяється в опорах кола якоря. Оскільки напруга, прикладена до якірного кола, і ЕРС якоря мають однаковий напрямок, то струм у колі якоря різко зростає. Момент двигуна, напрямок дії якого не змінюється, буде гальмівним. Усталеному режиму спуску вантажу відповідає точка d, коли зрівняються статичний і гальмівний моменти. Механічна характеристика двигуна, що працює в режимі гальмування противмиканням у випадку зміни напрямку обертання описується рівнянням:

де

Другий випадок: ЕД працює на штучній МХ 3 в точці . Збільшення величини статичного моменту від до спричинить виникнення від’ємного динамічного моменту, внаслідок чого почнеться зниження швидкості до зупинки у точці с, а потім реверс якоря до швидкості в точці d. Графічно МХ З’’ зображається прямою, яка є продовженням лінії МХ 3 двигунного режиму в зоні IV квадранта (рис. 2).

Третій випадок гальмування противмиканням використовується в приводах машин з реактивним моментом статичних опорів і здійснюється шляхом зміни полярності напруги, підведеної до якоря двигуна, що працює в двигунному режимі (точка в на рис. 2). Це призведе до зміни напрямків струму в колі якоря і електромагнітного моменту. Робоча точка переміщується в другий квадрант (точка ). Поки напрямок обертання не змінився ( якір під дією кінетичної енергії системи «ЕД — РМ» продовжує обертатися в попередньому напрямку), електромагнітний момент ЕД діє в протилежному напрямку, тобто гальмує привод. В цьому випадку напруга мережі і ЕРС якоря діють узгоджено і рівняння МХ має вигляд:

Графічно ця МХ зображує прямою лінією . В момент зупинки (точка ) двигун необхідно вимкнути з мережі, інакше він знову перейде у двигунний режим і буде обертати РМ в протилежному напрямку.

Позитивними якостями гальмування противмиканням ДПС НЗ є. значна інтенсивність гальмування до повної зупинки; висока надійність гальмування при будь-якій кутовій швидкості обертання якоря двигуна; наявність гальмівного моменту при нерухомому двигуні, порівняно стале значення гальмівного моменту.

Основними недоліками цього способу гальмування є значні зусилля на передавальний пристрій і вал двигуна та великі втрати енергії.

3 Режим динамічного гальмування або режим генератора, незалежного від мережі, створюється шляхом вимикання якоря з мережі і замикання його на зовнішній опір або накоротко (відзначимо, що закорочування накоротко якоря двигуна не означає для нього режиму короткого замикання). Можливі два способи динамічного гальмування: із самозбудженням та з незалежним збудженням.

Рисунок – 3. Схеми вмикання ДПС НЗ при динамічному гальмуванні: а) при самозбудженні; б) при незалежному збудженні

Двигун працює як генератор, перетворюючи МЕ, що надходить від вала РМ, в ЕЕ, яка потім витрачається на нагрівання якоря ЕД і гальмівного резистора. Оскільки якір ЕД вимикається з мережі, то Тоді рівняння МХ двигуна, що працює в режимі динамічного гальмування, має вигляд:

Із рівняння видно, що МХ є прямими лініями які незалежно від величини опору проходять через початок координат (рис. 2). Жорсткість характеристик при сталому потоці збудження цілком залежить від величини гальмівного опору .

При гальмуванні ЕД, на валу якого діє реактивний момент, двигун переходить з точки в в точку (рис. 2) і гальмується до зупинки. При активному моменті М на валу ЕД може працювати в точці k, яка відповідає усталеній гальмівній швидкості, наприклад, при опусканні вантажу.

При динамічному гальмуванні із самозбудженням (рис. 3, а) ЕД працює в режимі генератора з самозбудженням на зовнішній опір . Характерною рисою цього режиму є те, що в процесі гальмування при деякій критичній швидкості, залежній від опору кола обмотки збудження, гальмівний момент практично зникає (криві 8 і 9 на рис. 2). Пояснюється це тим, що при швидкостях, менших від критичної, не відбувається самозбудження.

До позитивних якостей динамічного гальмування ДПС НЗ можна віднести простоту і економічність (у гальмівному режимі енергія з мережі витрачається тільки на живлення обмотки збудження), надійність, плавність гальмування. Гальмування при відсутності напруги в мережі є основними перевагами цього гальмівного режиму, тому він застосовується як аварійний. Недоліком є зникнення гальмівного моменту при швидкостях двигуна, менших від критичної.

Узагальнення матеріалу:

1 У схемі вмикання ДПС НЗ напрям струму режиму роботи

2 Рівняння, що описують усталені (статичні) режими ДПС:

4. Енергетичний режим роботи ЕД залежить від механічних ( ) і електричних (Е,І) координат ЕД, які визначають механічну і електричну потужність.

4 Режими роботи ДПС НЗ на різних ділянках характеристик: - ідеального холостого ходу; - двигун ний режим роботи; - короткого замикання; - гальмівні режими роботи; 5 Гальмівні режими роботи – це генераторні режими; - рекуперативне гальмування; - гальмування проти вмикання; - динамічне гальмування;

ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ:

ВИКЛАДАЧ — КРАПИВА В. І.

Лекція № 24 (2 год)