4. Задача № 26

1. Угловые и механические характеристики синхронных электродвигателей.

Нормальная схема включения

К обмотке возбуждения находящейся в роторе через контактные кольца подводится постоянный ток. Обмотки статора запитываются напряжениями:

;

Ротор вращается со скоростью поля, но в двигательном режиме отстает от поля статора на угол вылета ротора.

Уравнение эл для моментов:

После преобразования переменных к координатной системе dq, которая вращается с асинхронной скоростью получаем:

Эта система также является нелинейной и требует вычислительных методов

Для описания статических режимов примем производную равную 0, и учтем, что исп. Полная индуктивность : , теперь запишется:

Учитывая что полем ротора наводится в обмотке статора ЭДС

Переходя к переменным реальной машины от амплитудных значений к действующим, получаем:

Представляет собой зависимость момента от угла вылета ротора и называется угловой характеристикой

Угловая характеристика синхронного двигателя

На рис. представлены угловые характеристики электромагнитного момента M = f(θ) и его составляющих М_0СН f(θ) и M_Р = f(θ). Эти характеристики отличаются от угловых характеристик генератора лишь тем, что располага­ются в третьем квадранте осей координат, т. е. определяются отри­цательными значениями углов θ и моментов М и М_ОСН, а также мо­мента Мр при θ = 0÷(-90°).

Таким образом, в общем виде угловая характеристика синхрон­ной машины представляет собой две полуволны результирующего момента М: положительную, соответствующую генераторному ре­жиму работы, и отрицательную, соответствующую двигательному режиму работы. Переход машины из од­ного режима работы в другой происходит при θ = 0.

Основная составляющая электромагнитного момента М_ОСН и соответствующая ей составляющая электромагнитной мощности изменяются пропорционально синусу угла θ (график 1), а реактивная составляющая момента М_Р и соответствующая ей составляющая электромагнитной мощности изменяются пропорционально синусу угла 2 θ (график 2). Зависимость результирующего момент М = М_ОСН + М_Р и электромагнитной мощности Р_ЭМ от угла θ определяется графиком 3.

Устойчивая работа синхронного двигателя соответствует участ­ку угловой характеристики (рис.) при θ = 0÷(— θ _КР).

Отношение максимального электромагнитного момента М_макс к номинальному М_ном определяет перегрузочную способ­ность синхронного двигателя. Обычно перегрузочная способность синхронных двигателей λ = 2÷3, что при номинальной нагрузке двигателя соответствует θ_НОМ = 30÷20 эл. град.

2. Упрощенная принципиальная схема сау скоростью электроприводов постоянного тока с двухзонным регулированием.

ЭП с двухзонным регулированием скорости: в I зоне — от 0 до основной (номинальной) изменением напряжения на якоре. Во второй зоне от основной до максимальной изменением магнитного тока.

Рассмотрим диаграмму регулирования — зависимость допустимых тока, момента и мощности от скорости:

3. I зона. По условиям нагрева при Ф = Ф_н = const длительно допустимые значения I_доп = I_н, М_доп = М_н. при этом при изменении скорости от нуля до ω_н мощность изменяется так же (0…Р_н).

4. II зона. При уменьшении потока считается, что постоянные потери изменяются незначительно и можно считать, что I_доп = I_ном = const. Длительно допустимый момент М_доп=кФ*I_н

Максимально допустимый ток, т. е. перегрузочная способность, определяется условием коммутации на коллекторе с уменьшением потока основных полюсов уменьшается, т. е. при регулировании во второй зоне необходимо обеспечить снижение уровня ограничения регулятора скорости, т. е. задание max тока.

В замкнутой САУ скоростью при переходе во вторую зону поддерживается заданное значение ЭДС регулятором, воздействующим на цепь возбуждения.

Е = кФ * ω; Е = const; ω↑ кФ↓;

В двухфазной САУ при набросе нагрузки возрастает падение напряжения на якоре, что компенсируется увеличением ЭДС преобр. якорного канала. Поток при этом остается неизменным.

Изобразим упрощенную схему

где UZ1 — тиристорный преобразователь якоря;

UZ2 — ТП возбуждения;

UA1 — датчик тока якоря;

UA2 — датчик тока возбуждения;

UR — датчик скорости;

UV1 — датчик напряжения;

UV2 — датчик ЭДС;

AF — блок выделения модуля.

САУ состоит из двух взаимосвязанных систем:

3. системы регулирования скорости возбуждения напряжения якоря с подчиненным контуром тока якоря.

4. Двухконтурная система регулирования ЭДС с подчиненным контуром тока возбуждения.

В обратной связи по току возбуждения используется фильтр с постоянной времени

Сигнал задания тока возбуждения на выходе регулятора ЭДС ограничивается блоком БО2. на уровне задания тока возбуждения

На вход регулятора ЭДС подаются стгнал задания ЭДС U_зе и сигнал обратной связи U_ое, который получается из разности сигналов с датчика напряжения U_дн и с датчика тока якоря U_от.

Постоянная времени фильтра на конец напряжения:

- постоянная времени в канале ОС по напряжению.

Сравнивая это выражение с выражением для U_ОЕ, видно, что необходимо обеспечить , тогда получим:

,где

Задающее напряжение для регулятора ЭДС выбирается равным значению сигнала ОС по ЭДС при скорости перехода во вторую зону, как правило равной номинальной:

.

БВМ предназначен для того, чтобы исключить реверс поля.

Поэтому при скорости меньше основной (регулирование в первой зоне) регулятор ЭДС находится в ограничении.

.

Поэтому ток возбуждения и поток поддерживаются постоянными на уровне номинальных значений. При достижении скорости, близкой к основной, регулятор ЭДС выходит из ограничения. Контур ЭДС замыкается и САУ переходит в режим стабилизации ЭДС

, I_{я. нач.} = I_{я. ном.}; Ф_нач = Ф_н

Структурная схема 2-х зонной САУ скоростью.

Настройка контура тока якоря такая же, как и для однозонной САУ. Контур скорости настраивается как и для однозонной. Но коэффициент передачи контура скорости при переходе во вторую зону уменьшается из-за уменьшения потока. При этом уменьшается частота среза контура и снижается быстродействие.

Структурная схема контура тока возбуждения