ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЕЛЕКТРОПРИВОДУ ЗА СИСТЕМОЮ ЕЛЕКТРОМАШИННИЙ ПІДСИЛЮВАЧ-ДВИГУН ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

ЕЛЕКТРОПРИВОДУ ЗА СИСТЕМОЮ ЕЛЕКТРОМАШИННИЙ ПІДСИЛЮВАЧ-ДВИГУН ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

принцип дії схеми керування та методи перевірки електромеханічних характеристик електроприводу за системою Електромашинний підсилювач- двигун постійного струму

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМИ ЕЛЕКТРОПРИВОДУ

досягається за допомогою застосування системи П-Д, збудованої за замкнутим принципом. Залежно від вимог до діапазону і точності регулювання застосовуються різні зворотні зв'язки. Якщо ці вимоги не дуже жорсткі, то можливе застосування негативного зворотного зв'язку за напругою перетворювача. Схему вмикання двигуна в такій системі приведено на рис.4.1.а. Її основу складає розімкнена система П-Д. Потрібна швидкість обертання М визначається величиною сигналу завдання U_зс. Випрямлена напруга перетворювача U контролюється датчиком напруги ДН. За наявності внутрішнього активного опору перетворювача R_п випрямлена напруга залежить від струму в якірному колі М. В сталому режимі U=Е_п-І_яR_п. Вихідний сигнал ДН U_ос=αU є сигналом зворотного зв'язку за напругою. Тут α коефіцієнт передачі датчика напруги.

U_зс і їх різниця у вигляді сигналу помилки U_вх= U_зс- U_ос подається на вхід регулятора напруги РН, який з коефіцієнтом к_рн підсилює сигнал помилки і подає його у вигляді сигналу управління U_у= к_рнU_вх на вхід перетворювача П.

на валу двигуна зменшується його швидкість ω і тому збільшується струм в якірному колі І_я. За рахунок збільшення падіння напруги на активному опорі перетворювача І_яR_п знижується напруга на якорі М і зменшується сигнал зворотного зв'язку U_ос. Це викликає збільшення сигналу помилки U_вх і сигналу управління U_у, що у свою чергу

приведе до зростання ЕРС перетворювача Е_п і напруги на якорі двигуна. Тим самим компенсується складова статичного падіння швидкості Δω₂, визначувана величиною І_яR_п. Тому пряма 2 на рис. 4.1.б, що відображає характеристику двигуна в замкнутій системі, буде розташована вище прямої 1, що відображає характеристику двигуна в розімкненій системі П-Д. Система регулювання напруги, що розглядається, є статичною, оскільки величина І_яR_п збільшенням Е_п компенсується не повністю. Повної компенсації падіння напруги на активному опорі перетворювача може бути досягнуто в астатичній системі регулювання напруги. У цьому випадку можна припустити, що двигун живиться від перетворювача з нульовим внутрішнім опором. При U=U_н двигуна він працюватиме на природній характеристиці. Статичне падіння швидкості під час роботи двигуна на інших характеристиках буде таким же, як і на природній.

U_зс2<U_зс1

визначається величиною сигналу завдання U_зс. Швидкість двигуна ω контролюється тахогенератором ВR. Вихідний сигнал тахогенератора U_ос=β_сω є сигналом зворотного зв'язку за швидкістю. Тут β_с коефіцієнт передачі тахогенератора. В пристрої, що підсумовує, сигнал зворотного зв'язку віднімається із задаючого сигналу і їх різниця у вигляді сигналу помилки U_вх=к_зсU_ос підсилює сигнал помилки і подає його у вигляді сигналу управління U_у=к_рсU_вх на вхід перетворювача П.

LM

а)

б)

4.2. а) схема вмикання двигуна в замкнутій системі- ЕМП- Д

U_ос. Це викликає збільшення сигналу помилки Uвх і сигналу управління U_у, що у свою чергу веде до зростання Е_п і напруги на якорі двигуна. Тим самим

компенсуються обидва складові Δω_с. При пропорційному регуляторі швидкості Δω_с2 компенсується повністю, а Δω_с1 частково. Система регулювання швидкості є статичною і пряма 2 на мал. 3б, що відображає характеристику двигуна в системі, що розглядається, буде розташована вище за природну характеристику. Прямою на мал. 3б зображено характеристику двигуна в статичній системі при сигналі завдання U_зс2<U_зс1.

Повна компенсація Δω_с1, Δω_с2 забезпечується у разі використання інтегро-пропорційного регулятора швидкості. В такій системі характеристика двигуна паралельна осі абсцис. Це дозволяє розширити діапазон регулювання швидкості до величини 10000:1 і більш і здійснювати процес регулювання при S_х=0.

примерзлого або заклиненого, в електроприводі підйому ковша екскаватора при черпанні екскаватором скельної породи або змерзлого грунту та ін. У будь-якому випадку при роботі на упор момент опору необмежено зростає. Швидкість двигуна знижується, зменшується ЕРС обертання двигуна і зростають якірний струм, величина якого визначається як І_я=(U-Е)/R_я, і момент двигуна М=кФІ_я. Коли двигун зупиниться, ЕРС обертання буде рівною 0. В якірному колі протікатиме струм короткого замикання І_якз=U/R_я Момент, що розвивається двигуном, названий моментом стопоріння М_ст по відношенню до номінального моменту М_н не перевищуватиме перевантажувальну здатність двигуна М_ст≤2,5М_н.

приведено на рис. 4.3. Як датчик струму використовується включений в якірне коло двигуна шунт з опором R_ш. Падіння напруги на R_ш пропорційно струму якоря I_я, тому сигнал зворотного зв'язку за струмом визначається як

U_ос=β_тI_я

U_ос перевищує за величиною деякого опорного сигналу U_оп, сигнал U'_ос на виході ВСО рівний 0. При U_ос> U_оп на виході ВСО з'являється сигнал негативного зворотного зв'язку U'_ос, який поступає на пристрій, що підсумовує.

U_оп

Електромеханічні характеристики двигуна на рис. 4.3.б мають дві ділянки: на першому U'_ос=0 розімкнуто по струму. Статізм характеристики невеликий і це сприяє підвищенню продуктивності технологічної машини.

перевищує струм відсічки І_отс, на виході ВСО з'являється сигнал U'_ос і система стає замкнутою за струмом. Із зростанням І_я збільшується сигнал U'_ос і, отже зменшується сигнал на вході регулятора швидкості U_вх= U_зс- U_ос- U'_ос. Зменшуються сигнал управління

U_у=к_рсU_вх, ЕДС і напруга перетворювача U, що і приводить до подальшого обмеження зростання струму і моменту двигуна. Швидкість двигуна різко зменшується. Коефіцієнт передачі зворотного зв'язку за струмом

приведену на рис.4.4. Як керований перетворювач (генератора) G1 в ній використовується електромашинний підсилювач з поперечним полем типу

створює поперечний потік реакції якоря Ф_кз який індукує в якорі ЕРС подовжньої осі Е_ему що знімається зі щіток 2-2. Для компенсації реакції якоря від струму навантаження ЕМУ по подовжній осі на статорі розташовується компенсаційна обмотка КО, потік якої регулюється за допомогою опору R_к. додаткових полюсів ДП поліпшує комутацію по подовжній осі машини.

Якір генератора G1 приводиться в обертання короткозамкнутим асинхронним двигуном М1. Підключення до мережі обмотки статора М1 здійснюється через автоматичний вимикач QF1 і головні контакти магнітного пускача КМ1. У фазах А і С кіл живлення обмотки статора М1 включені чутливі елементи теплового реле КК, що захищає М1 від перевантаження. Розмикаючий контакт КК є включено в коло живлення котушки КМ1.

До якоря G1 через автоматичний вимикач QF2 і амперметр РА1 підключений якір досліджуваного двигуна М2. Обмотка збудження двигуна LM2 підключена через рубильник Q1 до незалежного джерела напруги. Струм в

обмотці регулюється за допомогою резистора R7 і контролюється амперметром РА5. Вольтметр РV1 контролює напругу на якорі М2.

Навантаженням досліджуваного двигуна М2 є генератор G2. Вал G2 сполучений з валом М2. До якоря G2 підключений резистор R8. За його допомогою регулюється струм в якірному колі G2, а отже, і навантаження на М2. Номінальне значення струму в обмотці збудження LG2 генератора встановлюється за допомогою резистора R9.

Швидкість обертання М2 контролюється за допомогою тахогенератора BR, до якоря якого підключений вольтметр PV2. Номінальне значення струму в обмотці збудження тахогенератора LBR встановлюється за допомогою резистора R10.

Обмотка 0IV використовується як задаюча. Струм в обмотці, а отже, і створюваний нею потік регулюється за допомогою резистора R1. Полярність напруги на R1, напрям струму і потоку обмотки 0IV можуть змінюватися на протилежні, оскільки резистор включений в реверсивний міст, утворений контактами контакторів КМ2, КМ3. Керування контакторами КМ2, КМ3 здійснюється за допомогою кнопкових перемикачів SB3, SB4, SB5. Струм в обмотці 0IV контролюється амперметром РА2. Максимальна напруга, що знімається з R1, дорівнює 220В. При цій напрузі струм в обмотці 0IV за допомогою R2 встановлюється рівним 4х-кратному по відношенню до номінального струму обмотки.

Обмотка 0I ЕМУ використовуються в колі негативного зворотного зв'язку за напругою. За допомогою резистора R3 регулюється коефіцієнт передачі зворотного зв'язку. Амперметр РА3 контролює струм в обмотці, який встановлюється за допомогою R4. Потік, створюваний обмоткою 0I, направлений стрічно по відношенню до потоку, створюваного 0IV. При замиканні перемикача S1відбувається алгебраічне підсумовування сигналу завдання (потоку обмотки 0IV) і сигналу зворотного зв'язку (потоку обмотки 0I).

В сталому режимі ЕРС ЕМУ, а отже, швидкість обертання М2 визначається сумарним потоком ЕМУ, визначуваним як різниця потоків обмоток 0IV і 0I. При збільшенні М_с на валу М2 швидкість обертання М2 зменшується, а струм в якірному колі М2 збільшується. Через збільшення падіння напруги на активному опорі якоря ЕМУ зменшується напруга на якорі двигуна М2. Зменшується напруга, що знімається з резистора R3. Тому зменшується і потік, створюваний обмоткою 0I. Сумарний потік ЕМУ зростає, що приводить до зростання ЕРС ЕМУ, компенсуючому падіння напруги на активному опорі якоря ЕМУ і зменшуючому статичне падіння швидкості М2.

Обмотка 0II ЕМУ використовується в колі затриманого негативного зворотного зв'язку за струмом якоря М2. Як сигнал зворотного зв'язку, використовується падіння напруги на активному опорі компенсаційної обмотки КО і додаткових полюсів ДП ЕМУ. При замиканні перемикача S2 цей сигнал поступає на вузол струмового відсічки, виконаний на діодах VD7VD10. Опорна напруга на ВСО подається з резистора R5, який, у свою чергу, підключений до виходу трифазного випрямляча на діодах VD1 VD6. Трансформатор ТV знижує напругу мережі.

Опорна напруга з резистора R5 вимикає діоди VD7VD10. При збільшенні струму в якірному колі М2 падіння напруги на КО і ДП зростає. Припустимо, що в точці 27 полярність напруги позитивна по відношенню до полярності напруги в точці 29. При струмі якоря, рівному струму відсічки I=I_отс напруга зворотного зв'язку перевищує опорну напругу. Вмикаються діоди VD7, VD10 і через обмотку 0II починає протікати струм. Його величина контролюється амперметром РА4. Потік, створюваний обмоткою 0II, направлений зустрічно по відношенню до потоку обмотки 0IV. Тому із збільшенням струму в якірному колі М2 збільшуватиметься потік обмотки 0II і зменшується результуючий потік ЕМУ. Це у свою чергу приводитиме до зменшення ЕРС ЕМУ. При швидкості якоря М2, рівній нулю, струм в якірному колі М2 буде рівний струму стопоріння.

роботи і механічні характеристики М2, одержувані, як в розімкненій, так і в замкнутій системі ЕМП-Д; принцип дії ЕМУ і агрегату навантаження (див. розд. 3)

елементів системи ЕМП-Д..

Зібрати вимірювальну частину схеми, яка включає амперметриРА1РА5, вольтметри PV1PV2, резистори R1R8, перемикачі S1S2,випрямлячі на діодах VD1VD10. Рукоятки перемикачів S1, S2 повинні знаходитися в положенні 0.

Замкнути рубильник Q1. За допомогою R7 встановити номінальне значення струму в обмотці LМ2.

Натиснути на кнопковий перемикач SB3 і включити контактор КМ2. Визначити напрям переміщення повзунка R1, при якому струм в обмотці 0IV зростає. Перевести повзунок R1 в крайнє положення даного напряму і, за допомогою R2, встановити струм в обмотці 0IV рівним 0,8А. Потім повзунок R1 перевести в протилежний напрям.

Включити автоматичний вимикач QF1. Натиснути на кнопковий перемикач SB1 і запустити двигун М1.

Е_ЕМУ=f(I_0IV). За допомогою резистора R1 збільшувати струм в обмотці 0IV, і через кожні 0,025А реєструвати покази РV1 до значення 250В.Після завершення досліду повзунок R1 повернути в початковий стан.

Зняти нижню гілку характеристики холостого ходу ЕМУ, для чого натиснути на кнопковий перемикач SB4, а потім повторити дослід по п.4.7. Після завершення досліду повзунок R1 повернути в початковий стан.

Зняти електромеханічну характеристику двигуна М2 в розімкненій системі П-Д. Для чого в якірне коло G2 повністю ввести резистор R8. Перемикач S3 в колі живлення LG2 розімкнути. Включити автоматичний вимикач QF2. Збільшуючи за допомогою R1 струм в обмотці 0IV, встановити напругу на якорі М2 рівною 220В. Зафіксувати покази РА1 і РV2. Замкнути S3 і знов зафіксувати покази РА1 і РV2. Зменшуючи величину R8, через кожні 2-3А фіксувати покази РА1 і РV2. Струм в якірному колі М2 збільшувати до 15А. Після закінчення досліду повзунок R1 і рукоятку R8 повернути в початковий стан, S3 розімкнути.

Зняти електромеханічну характеристику М2 в розімкненій системі П-Д при іншому значенні задаючого сигналу. Для цього, збільшуючи за допомогою R1 струм в обмотці 0IV, встановити напругу на якорі М2рівною 110В. Зафіксувати покази РА1 і РV2. Повторити дослід за п.4.9. Після закінчення досліду повзунок R1 і рукоятку R8 повернути впочатковий стан, S3 розімкнути.

Зняти електромеханічну характеристику М2 в розімкненій системі П- ослабленому потоці, для чого за допомогою R7 встановити в обмотці LМ2 струм, рівний 0,5 від номінального значення. Потім за допомогою R1 встановити напругу на якорі М2, рівною 220В. Повторити дослід за п. 9 Після закінчення досліду повзунки R7, R1 і рукоятку R8 повернути в початковий стан, S3 розімкнути.

Зняти природну електромеханічну характеристику М2, для чого за допомогою R1 встановити напругу на якорі М2 рівним 220В. Зафіксувати покази РА1 і РV2. S3 замкнути. При цьому зменшуватимуться і покази РV1. За допомогою R1 встановити покази РV1 рівними 220В. Після цього зафіксувати покази РА1, РV2. Дослід повторити, зменшуючи величину R8 так, щоб покази РА1 збільшилися на 3-4А. Струм в якірному колі М2 збільшувати до 15А. Після завершення досліду повзунок R1 і рукоятку R8 повернути в початковий стан, S3 розімкнути.

негативним зворотним зв'язком по напрузі. Для цього рукоятку S1 перевести в положення 1. За допомогою R1 встановити напругу на якорі М2 рівною 220В. Зафіксувати покази РА1 і РV2. Повторити дослід за п.4.9. Після закінчення досліду повзунок R1 і рукоятку R8 повернути в початковий стан, S3 розімкнути.

Зняти електромеханічну характеристику М2 в замкнутій системі П-Д із негативним зворотним зв'язком за напругою та із затриманим негативним зворотним зв'язком за струмом двигуна М2. Для цього рукоятку S2 перевести в положення 1. За допомогою R1 встановити покази РV1 рівними 220В. Зафіксувати покази РА1, РV2. Замкнути S3. Зменшуючи R8, по показах РА4 визначити струм відсічки. Зафіксувати покази РА1 і РV2. Збільшувати якірний струм М2 на 2-3А і фіксувати покази РА1, РV2. Після закінчення досліду повзунок R1 і рукоятку R8 повернути в початковий стан.

Перевірити дію максимально-струмового реле КА в розімкненій системі П-Д. Для цього рукоятки S1, S2 перевести в положення 0. За допомогою R1 встановити на якорі М2 напругу 220В. Плавно зменшуючи величину R8, збільшувати струм в якірному колі М2 до моменту спрацьовування реле КА.