Меню

Как выбрать двигатель постоянного тока с независимым возбуждением



Как выбрать двигатель постоянного тока с независимым возбуждением

Как уже говорилось ранее в моей предыдущей статье, двигатели постоянного тока применяются в различных промышленных, транспортных системах, в которых необходимо осуществлять плавное регулирование скорости вращения или выдерживать постоянство момента (прокатные станы, лифты, металлорежущие станки).

Рисунок 1 — Схема ДПТ НВ

Частота вращения двигателя постоянного тока с независимым возбуждением описывается формулой ниже. Это выражение является электромеханической характеристикой ДПТ:

U – питающее напряжение сети;
Iя – ток протекающий в якорной обмотке;
Rя – сопротивление якорной цепи;
k – конструктивный коэффициент;
Ф – магнитный поток.
момент на валу двигателя

Если подставить формулу момента в выражение частоты вращения, то мы получим электромеханическую характеристику, выраженную через момент:

Данное уравнение механической характеристики определяет зависимость скорости вращения двигателя к моменту на его валу. Если рассматривать момент в статике, то он будет равен моменту сопротивления Мс. Соответственно, уравнение определяет зависимость скорости вращения двигателя от момента сопротивления Мс.

При прямом пуске двигателя, пусковой ток значительно больше номинального Iп>>Iн, поэтому якорная обмотка начинает сильно греться и может выйти из строя. Кроме того, большие пусковые токи крайне негативно влияют на щеточно-коллекторный узел. Поэтому, начальный ток обычно ограничивают введением добавочного сопротивления в якорную цепь двигателя. Величина максимального превышения пускового тока от номинального может достигать от 2 до 5 раз Iп=(2-5)*Iн, в зависимости от конструкции и типа ДПТ.

Рисунок 2 – Реостатный пуск ДПТ

Как Вы могли заметить, пуск происходит в несколько ступеней – это необходимо для более плавного разгона. Наклон механической характеристики зависит от величины добавочного сопротивления, и чем оно больше, тем наклон круче. То есть характеристика становится более жесткой.

Рисунок 3 – Зависимость наклона мех. характеристики ДПТ от добавочного сопротивления

Так же регулирование частоты вращения двигателя может осуществляться понижением питающего напряжения:

Рисунок 4 – Зависимость частоты вращения ДПТ от питающего напряжения

Отличительная особенностью двигателей постоянного тока от АД — это возможность регулирования скорости вверх от основной, изменением магнитного потока. Однако экономически выгодно регулировать частоту вращения тогда, когда ток якоря является номинальным. Значения моментов будут различными для разных величин магнитного потока Ф. Такие точки значений номинальных моментов будут располагаться на пунктирной гиперболической кривой (рисунок 6).

Рисунок 5 – Регулирование скорости вращения ДПТ НВ изменением магнитного потока

Рисунок 6 – Изменение магнитного потока с сохранением оптимальных номинальных параметров

Источник

Выбор двигателя постоянного тока независимого возбуждения для привода производственного механизма

Анализ причин, вызывающих искрение на коллекторе. Понятие прямолинейной коммутации. Применение элементов теории асинхронного двигателя к решению практических задач. Выбор и расчет двигателей постоянного тока для привода производственного механизма.

Рубрика Физика и энергетика
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 18.01.2016
Размер файла 241,8 K
  • посмотреть текст работы
  • скачать работу можно здесь
  • полная информация о работе
  • весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовой проект

По дисциплине «Электромеханика»

Содержание

1. Коммутация в машинах постоянного тока

1.1 Причины, вызывающие искрение на коллекторе

1.2 Прямолинейная коммутация

1.3 Круговой огонь по коллектору

2. Применение элементов теории асинхронного двигателя к решению практических задач

2.1 Асинхронный трёхфазный двигатель с короткозамкнутым ротором

2.2 Трёхфазный шестиполюсный асинхронный двигатель с фазным ротором

3. Некоторые вопросы теории и расчета двигателей постоянного тока

3.1 Выбор двигателей постоянного тока для привода производственного механизма

3.2 Расчет сопротивления пускового реостата

3.3 Регулирование скорости двигателей постоянного тока при Uя=Uvar

3.4 Компоновка схемы управления двигателей постоянного тока и выбор ее элементов

3.5 Построение развернутой схемы простой петлевой обмотки якоря

Введение

Двигатели постоянного тока один из наиболее распространенных электрических машин. Особенно широко они используются в качестве электроприводов производственных механизмов и являются основными преобразованиями электрической энергии в механическую. В настоящее время двигатели постоянного тока потребляют значительную часть всей вырабатываемой в мире электроэнергии. Это объясняется рядом преимуществ двигателей постоянного тока, по сравнению с асинхронными машинами, хотя последние так же широко применяются на промышленных предприятиях.

Курсовой проект по дисциплине «Электромеханика» включает в себя выбор двигателя постоянного тока независимого возбуждения для привода производственного механизма.

Целью курсового проекта является систематизация и закрепления полученных теоретических знаний по конструкции ДПТ, видам коммутации в МПТ, а также по расчёту связанному с АД.

Задачи, решаемые в процессе работы: расчёт сопротивления пускового реостата, применение элементов теории АД к решению практических задач, регулирование скорости ДПТ при Uя = Uvar, построение развёрнутой схемы простой петлевой обмотки якоря, построение механических характеристик, компоновка схемы управления ДПТ и выбор её элементов (тип автотрансформатора, диодов и конденсатора), виды коммутации в МПТ, а также способы её улучшения и многие другие вопросы.

1. Коммутация в машинах постоянного тока

1.1 Причины, вызывающие искрение на коллекторе

При работе машины постоянного тока щетки и коллектор образуют скользящий контакт. Площадь контакта щетки выбирают по значению рабочего тока машины, приходящегося на одну щетку, в соответствии с допустимой плотностью тока для выбранной марки щеток. Если по какой-то причине щетка прилегает к коллектору не всей поверхностью, то возникают чрезмерные местные плотности тока, приводящие к искрению на коллекторе.

Читайте также:  После удара током чувствую ток

Причины, вызывающие искрение на коллекторе, разделяют на механические, потенциальные и коммутационные.

Механические причины искрения — слабое давление щеток на коллектор, биение коллектора, его эллиптичность или негладкая поверхность, загрязнение поверхности коллектора, выступание миканитовой изоляции над медными пластинами, неплотное закрепление траверсы, пальцев или щеткодержателей, а также другие причины, вызывающие нарушение электрического контакта между щеткой и коллектором.

Потенциальные причины искрения появляются при возникновении напряжения между смежными коллекторными пластинами, превышающего допустимое значение в этом случае искрение наиболее опасно, так как оно обычно сопровождается появлением на коллекторе электрических дуг.

Коммутационные причины искрения создаются физическими процессами, происходящими в машине при переходе секций обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую.

Иногда искрение вызывается целым комплексом причин. Выяснение причин искрения следует начинать с механических, так как их обнаруживают осмотром коллектора и щеточного устройства. Труднее обнаружить и устранить коммутационные причины искрения.

При выпуске готовой машины с завода в ней настраивают темную коммутацию, исключающую какое-либо искрение. Однако в процессе эксплуатации машины, по мере износа коллектора и щеток, возможно появление искрения. В некоторых случаях оно может быть значительным и опасным, тогда машину необходимо остановить для выяснения и устранения причин искрения. Однако небольшое искрение в машинах общего назначения обычно допустимо.

Согласно ГОСТу, искрение на коллекторе оценивается степенью искрения (классом коммутации) под сбегающим краем щетки.

Степень 1 — искрения нет (темная коммутация).

Степень 1 ј —слабое искрение под небольшой частью щетки, не вызывающее почернения коллектора и появления нагара на щетках.

Степень 1 Ѕ — слабое искрение под большей частью щетки, приводящее к появлению следов почернения на коллекторе, легко устраняемого протиранием поверхности коллектора бензином, и следов нагара на щетках.

Степень 2 — искрение под всем краем щетки. Допускается только при кратковременных толчках нагрузки и при перегрузке. Приводит к появлению следов почернения на коллекторе, не устраняемых протиранием поверхности коллектора бензином, а также следов нагара на щетках.

Степень 3 — значительное искрение под всем краем щетки с появлением крупных вылетающих искр, приводящее к значительному почернению коллектора, не устраняемое протиранием поверхности коллектора бензином, а также к подгару и разрушению щеток. Допускается только для моментов прямого (безреостатного) включения или реверсирования машин, если при этом коллектор и щетки остаются в состоянии, пригодном для дальнейшей работы.

Если допустимая степень искрения в паспорте электрической машины не указана, то при номинальной нагрузке она не должна превышать 1Ѕ .

При вращении якоря машины постоянного тока коллекторные пластины поочередно вступают в соприкосновение со щетками. При этом переход щетки с одной пластины (сбегающей) на другую (набегающую) сопровождается переключением секции обмотки из одной параллельной ветви в другую и изменением, как значения, так и направления тока в этой секции. Процесс переключения секции из одной параллельной ветви в другую и сопровождающие его явления называются коммутацией.

Секция, в которой происходит коммутация, называется коммутирующей, а продолжительность процесса коммутации — периодом коммутации:

где bщ — ширина щетки; К — число коллекторных пластин; n — частота вращения якоря, об/мин; bк — расстояние между серединами соседних коллекторных пластин (коллекторное деление).

Сложность процессов коммутации не позволяет рассмотреть коммутацию в общем виде. Поэтому для получения аналитических и графических зависимостей, поясняющих коммутацию, допускают, что ширина щетки равна коллекторному делению; щетки расположены на геометрической нейтрали; электрическое сопротивление коммутирующей секции и мест ее присоединения к коллектору по сравнению с сопротивлением переходного контакта «щетка— коллектор» пренебрежимо мало (обычно такое соотношение указанных сопротивлений соответствует действительности).

а) б) Вращения в)

Переход коммутирующей секции из одной параллельной ветви в другую.

В начальный момент коммутации (рис. 9, а) контактная поверхность щетки касается только пластины 1, а коммутирующая секция относится к левой параллельной ветви обмотки и ток в ней равен ia. Затем пластина 1 постепенно сбегает со щетки и на смену ей набегает пластина 2. В результате коммутирующая секция оказывается замкнутой щеткой, и ток в ней постепенно уменьшается. В середине процесса коммутации (t = 0,5Tк) контактная поверхность щетки равномерно перекрывает обе коллекторные пластины (рис. 9, б). В конце коммутации (t = Тк) щетка полностью переходит на пластину 2 и теряет контакт с пластиной 1 (рис. 9, в), а ток в коммутирующей секции становится равным — iа, т. е. по значению таким же, что и в начале коммутации, а по направлению — противоположным. При этом коммутирующая секция оказалась в правой параллельной ветви обмотки.

1.2 Прямолинейная коммутация

Этот вид коммутации имеет место в машине, если в процессе коммутации в коммутирующей секции ЭДС не наводится или, что более реально, сумма ЭДС в коммутирующей секции равна нулю. В этом случае для коммутирующей секции, замкнутой щеткой (рис. 9, б), в соответствии со вторым законом Кирхгофа можно записать

и — переходные сопротивления между щеткой и сбегающей 1 и набегающей 2 пластинами;и — токи, переходящие в обмотку якоря через пластины 1 и 2:

здесь i— ток в коммутирующей секции.

Используя (2), получим

откуда ток в коммутирующей секции

Закон изменения тока коммутирующей секции в функции времени определяется уравнением

Это уравнение является линейным, а поэтому график представляет собой прямую линию, пересекающую ось абсцисс в точке t = 0,5TК (рис. 10). Коммутация, при которой ток в коммутирующей секции изменяется по прямолинейному закону, называют прямолинейной (идеальной) коммутацией. искрение коммутация асинхронный двигатель

Весьма важным фактором, определяющим качество коммутации, является плотность тока в переходном контакте «щетка— пластина»: — плотность тока под сбегающим краем щетки; — плотность тока под набегающим краем щетки.

График тока прямолинейной коммутации

Плотность тока под щеткой прямо пропорциональна тангенсу угла между осью абсцисс и графиком коммутации, т. е. = , и =. График прямолинейной (идеальной) коммутации имеет вид прямой линии. При этом , а следовательно, плотность тока в переходном контакте «щетка—коллектор» в течение всего периода коммутации остается неизменной (== const). Физически это объясняется тем, что при прямолинейной коммутации убывание тока, проходящего через сбегающую пластину коллектора, пропорционально уменьшению площади контакта щетки с этой пластиной, а нарастание тока через набегающую пластину пропорционально увеличению площади контакта щетки с этой пластиной..

Из построений, сделанных на рис. 10, следует, что к моменту времени, когда щетка теряет контакт со сбегающей пластиной, ток через эту пластину уменьшается до нуля. Таким образом, при прямолинейной коммутации пластина коллектора выходит из-под щетки без разрыва тока.

Изложенные свойства прямолинейной (идеальной) коммутации — постоянство плотности тока под щеткой и выход пластины из-под щетки без разрыва тока — являются основными, и благодаря им этот вид коммутации не сопровождается искрением на коллекторе.

1.3 Круговой огонь по коллектору

При значительных перегрузках или внезапном коротком замыкании машины постоянного тока коммутация приобретает резко замедленный характер. В этом случае между сбегающей коллекторной пластиной и сбегающим краем щетки возникает электрическая дуга. Так как коллектор вращается, то дуга механически растягивается.

Растяжение электрической дуги вращающемся коллекторе (а) и расположение барьеров между щетками (б)

Наряду с этим перегрузка машины сопровождается усилением реакции якоря, под действием которой распределение индукции в воздушном зазоре машины становится не равномерным. В результате напряжение между соседними коллекторными пластинами увеличивается, превышая допустимые пределы. Это, с одной стороны, может привести к возникновению электрических дуг между смежными пластинами, а с другой стороны, появление высокого потенциала на некоторых пластинах вызывает резкое повышение напряжения между щеткой и коллекторными пластинами по мере их удаления от сбегающего края щетки. Все это создает условия для возникновения электрической дуги между щеткой и коллекторными пластинами.

Таким образом, в условиях значительной перегрузки в машине постоянного тока появляются коммутационные и потенциальные причины для возникновения электрической дуги на коллекторе. При этом электрические дуги, вызванные коммутационными причинами, сливаются с дугами, вызванными потенциальными причинами, образуя вокруг коллектора мощную электрическую дугу, которая может перекинуться также и на корпус машины. Описанное явление называется круговым огнем по коллектору. Круговой огонь очень опасен, так как может привести к тяжелой аварии машины, включая возникновение в машине пожара.

Добавочные полюсы и компенсационная обмотка хотя и ослабляют опасность возникновения кругового огня, но полностью ее не устраняют. Поэтому для защиты обмотки якоря от повреждения электрической дугой в случае возникновения кругового огня в электрических машинах, работающих в условиях частых перегрузок, между коллектором и обмоткой на якоре устанавливают изолирующий экран. В некоторых машинах применяют воздушное дутье, сдувающее дугу в сторону подшипника, защищенного теплостойкой изоляционной перегородкой. Для создания препятствия на пути распространения дуги между щетками разной полярности устанавливают барьеры из изоляционного материала.

2. Применение элементов теории асинхронного двигателя к решению практических задач

2.1 Асинхронный трёхфазный двигатель с короткозамкнутым ротором

Дано: Асинхронный трёхфазный двигатель с короткозамкнутым ротором, имеющий паспортные данные: Напряжение (В),номинальная мощность(кВт), частота вращения(об/мин), КПД (%), коэффициент мощности(cos), кратность пускового тока(К1), кратность пускового момента(КМ), перегрузочная способность двигателя.

Определить: число пар полюсов, номинальное скольжение, номинальные максимальный и пусковой вращающий моменты, номинальный и пусковой токи двигателя при соединении обмоток статора в «треугольник» и «звезду». Возможен ли пуск нагруженного двигателя, если подводимое напряжение на % ниже номинального и пуск производится переключением обмоток статора со «звезды» на «треугольник» от сети напряжением U=220В.

Таблица — Данные двигателя с короткозамкнутым ротором

Источник

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)

ads

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) В этом двигателе (рисунок 1) обмотка возбуждения подключена к отдельному источнику питания. В цепь обмотки возбуждения включен регулировочный реостат rрег, а в цепь якоря — добавочный (пусковой) реостат Rп. Характерная особенность ДПТ НВ — его ток возбуждения Iв не зависит от тока якоря Iя так как питание обмотки возбуждения независимое.

Схема двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)

Механическая характеристика двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)

Уравнение механической характе­ристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения имеет вид

Уравнение механической характе­ристики двигателя постоянного тока независимого (параллельного) воз­буждения

где: n — частота вращения вала двигателя при холостом ходе. Δn — изменение частоты вращения двигателя под действием механической нагрузки.

Из этого уравнения следует, что механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) прямолинейны и пересекают ось ординат в точке холостого хода n (рис 13.13 а), при этом изменение частоты вращения двигателя Δn, обусловленное изменением его механической нагрузки, пропорционально сопротивлению цепи якоря Rа =∑R + Rдоб. Поэтому при наименьшем сопротивлении цепи якоря Rа = ∑R, когда Rдоб = 0, соответствует наименьший перепад частоты вращения Δn. При этом механическая характеристика становится жесткой (график 1).

Механическая характеристика двигателя постоянного тока независимого возбуждения ДПТ

Механические характеристики двигателя, полученные при номинальных значениях напряжения на обмотках якоря и возбуждения и при отсутствии добавочных сопротивлений в цепи якоря, называют естественными рисунок 13.13, а (график 1 Rдоб = 0 ).

Если же хотя бы один из перечисленных параметров двигателя изменен (напряжение на обмотках якоря или возбуждения отличаются от номинальных значений, или же изменено сопротивление в цепи якоря введением Rдоб), то механиче­ские характеристики называют искусственными .

Искусственные механические характеристики, полученные введением в цепь якоря добавочного сопротивления Rдоб, называют также реостатными (графики 2 и 3).

При оценке регулировочных свойств двигателей постоянного тока наибольшее значение имеют механические характеристики n = f(M). При неизменном моменте нагрузки на валу двигателя с увеличением сопротивления резистора Rдоб частота вращения уменьшается. Сопротивления резистора Rдоб для получения искусственной механической характеристики, соответствующей требуемой частоте вращения n при заданной нагрузке (обычно номинальной) для двигателей независимого возбуждения:

Снимок 5

где U — напряжение питания цепи якоря двигателя, В; Iя — ток якоря, соответствующий заданной нагрузке двигателя, А; n — требуемая частота вращения, об/мин; n — частота вращения холостого хода, об/мин.

Частота вращения холостого хода n представляет собой пограничную частоту вращения, при превышении которой двигатель переходит в генераторный режим. Эта частота вращения превышает номинальную nном на столько, на сколько номинальное напряжение Uном подводимое к цепи якоря, превышает ЭДС якоря Ея ном при номинальной нагрузки двигателя.

Снимок 7

Снимок 8

На форму механических характеристик двигателя влияет величина основного магнитного потока возбуждения Ф. При уменьшении Ф (при возрастании сопротивления резистора rpeг) увеличивается частота вращения холостого хода двигателя n и перепад частоты вращения Δn. Это приводит к значительному изменению жесткости механической характеристики двигателя (рис. 13.13, б). Если же изменять напряжение на обмотке якоря U (при неизменных Rдоб и Rрег), то меняется n, a Δn остается неизменным [см. (13.10)]. В итоге механические характеристики смещаются вдоль оси ординат, оставаясь параллельными друг другу (рис. 13.13, в). Это создает наиболее благоприятные условия при регулировании частоты вращения двигателей путем изменения напряжения U, подводимого к цепи якоря. Такой метод регулирования частоты вращения получил наибольшее распространение еще и благодаря разработке и широкому применению регулируемых тиристорных преобразователей напряжения.

Используемая литература: — Кацман М.М. Справочник по электрическим машинам

Источник

Возбуждение двигателя постоянного тока

Наличие обмотки возбуждения (ОВ) у двигателя постоянного тока позволяет осуществлять различные схемы подключения. В зависимости от того как включена ОВ, различают двигатели с независимым возбуждением, с самовозбуждением, которое делится на последовательное, параллельное и смешанное.

Двигатель с независимым возбуждением

В ДПТ с независимым возбуждением обмотку возбуждения подключают к отдельному источнику питания (рис. 1). Это может быть связано с различными напряжениями возбуждение Uв и напряжения цепи якоря U. При данной схеме подключения ОВ не имеет электрической связи с обмоткой якоря. Для уменьшения потерь в ОВ, и создания необходимой МДС необходимо уменьшить ток возбуждения, увеличив число витков. Обмотку возбуждения выполняют из малого числа витков, так чтобы ток Iв составлял 2…5% от Iя. Выбор данной схемы возбуждения для двигателя зависит от свойств электропривода.

ДПТ с параллельным возбуждением

По сути, схема подключения ОВ с параллельным возбуждением(рис.2) аналогична схеме с независимым возбуждением. Свойства двигателя при подключении по обеим схемам одинаковы. Плюсом данного вида подключения является то, что отпадает необходимость в отдельном источнике питания.

ДПТ с последовательным возбуждением

При подключении по данной схеме ОВ соединена последовательно цепи якоря (рис.3), при этом ток якоря равен току возбуждения. В связи с этим ОВ изготавливают из провода толстого сечения. Данную схему используют, если требуется обеспечить большой пусковой момент. При уменьшении нагрузки на валу меньше 25% от номинальной, частота вращения резко увеличивается и достигает опасных для двигателя значений. Характеристика ДПТ с последовательным возбуждением “мягкая”.

ДПТ со смешанным возбуждением

ДПТ со смешанным возбуждением (рис.4) имеет две ОВ, одна из которых соединена последовательна, а другая параллельно якорной цепи. При согласном соединении обмоток с увеличением нагрузки на валу растёт магнитный поток, что приводит к уменьшению частоты вращения. При встречном соединении суммарный магнитный поток с увеличением нагрузки уменьшается, что приводит к резкому увеличению частоты вращения. Это приводит двигатель к нестабильному режиму работы, поэтому последовательную обмотку выполняют из малого числа витков, чтобы при увеличении нагрузки магнитный поток снижался незначительно, тем самым стабилизируя работу двигателя.

Источник