2.1 Рассчитать и построить естественные электромеханическую ω (I) и механическую ω (М) характеристики двигателя.
Технические характеристики двигателя ПБСТ33:
· номинальная мощность Р ном =1кВт;
· маховой момент J=0.13 
· номинальное напряжение Uном = 220 В;
· номинальный ток Iном = 5,4 А;
· максимальная частота вращения n=2500 об/мин;
· частота вращения n = 1000 об/мин;
· сопротивление обмотки якоря rя = 1,68 Ом;
· сопротивление обмотки добавочных полюсов rдп = 0,94 Ом.
 |
Рис. 1. Схема электропривода с двигателем постоянного тока независимого возбуждения
Запишем выражения для электромеханической и механической характеристик:
; 
.
Так как эти характеристики являются прямыми, для их построения достаточно двух точек. Возьмем точки номинального режима и холостого хода.
Номинальный режим:
Iном = 5,4 А; 
;
,
где 
Величина kФ н, где k – конструктивный параметр машины, Ф н - номинальный магнитный поток электродвигателя:
Номинальный момент электродвигателя:
Холостой ход:
Естественная электромеханическая характеристика:
Естественная механическая характеристика:
Построим естественные электромеханическую 
и механическую 
характеристики двигателя (рис. 2).
Рис. 2. Естественная электромеханическая характеристика ПБСТ33.
Рис. 3. Естественная механическая характеристика ПБСТ33.
2.2. Механическая характеристика должна пройти через точку с координатами 
; 
. Предложить простейшие с точки зрения реализации способ и схему включения двигателя для получения такой характеристики. Рассчитать и построить искусственные характеристики и . Определить потери мощности в двигателе и рассчитать его КПД при работе в заданной точке.
Простейшим способом реализации такого режима является включение резистора в цепь якоря.
Рис. 4. Схема электропривода с двигателем постоянного тока и добавочным резистором в цепи якоря
; 
.
Сопротивление добавочного резистора:
Найдем ток якоря в этом режиме: 
, значит 
.
Искусственная электромеханическая характеристика:
Искусственная механическая характеристика:
Построим искусственные электромеханическую и механическую характеристики двигателя (рис. 5).
Рис. 5. Искусственные характеристики при включении дополнит. резистора в цепь якоря.
Мощность, потребляемая из сети:
Полезная механическая мощность на валу двигателя:
Потери мощности в двигателе:
КПД двигателя:
2.3. Требуется получить повышенную скорость двигателя 
при моменте 
. Предложить способ воздействия на двигатель, позволяющий получить такую скорость, и соответствующую схему реализации. Рассчитать и построить искусственные характеристики 
и .
 |
Рис. 6. Схема включения двигателя при ослабленном потоке возбуждения.
Повышенную скорость двигателя можно получить путем ослабления потока возбуждения, то есть уменьшения тока в обмотке возбуждения.
; 
.
Найдем необходимое значение kФ из выражения механической характеристики:
, 
, 
.
Решим последнее квадратное уравнение: 
.
Выберем большее из двух значений kФи = 0,98 В.с, так как при этом момент двигателя Ми будет обеспечен при меньшем токе якоря.
Построим искусственные характеристики 
и (рис. 7):
, 
, 
Искусственная электромеханическая характеристика:
Искусственная механическая характеристика:
Рис. 7. Искусственные характеристики двигателя при ослаблении потока возбуждения.
2.4. Якорь двигателя питается от полупроводникового преобразователя (управляемого выпрямителя). Изобразить схему включения двигателя. Рассчитать ЭДС преобразователя, при которой механическая характеристика пройдет через точку , . Рассчитать и построить искусственные характеристики и .
Рис. 8.. Схема включения двигателя при питании от преобразователя.
Rп – сопротивление преобразователя, принятое равным 2*Rя.
; 
.
, откуда 
.
Построим искусственные характеристики и .
В режиме холостого хода 
.
Искусственные характеристики при этом будут иметь следующий вид (рис. 9).
Рис. 9. Искусственные характеристики двигателя при питании от преобразователя.
2.5. Требуется увеличить в 10 раз жесткость механической характеристики двигателя, полученной в схеме «преобразователь – двигатель» в п. 2.4. Предложить способ, схему реализации и рассчитать параметры элементов этой схемы.
По определению, жесткость механической характеристики 
, то есть увеличение жесткости в 10 раз означает уменьшение 
также в 10 раз. Увеличения жесткости можно добиться введением в систему обратных связей, реализующих принцип регулирования по отклонению. В данном случае следует ввести жесткую линейную отрицательную обратную связь по скорости. Эта обратная связь реализуется с помощью тахогенератора (см. рис. 11 и 12).
 |
Рис. 10. Структурная схема системы.
Рис. 11. Конструкция замкнутой системы регулирования скорости.
Воспользуемся формулой 
, где 
- приращение скорости в разомкнутой системе управления (без ОС), 
- приращение скорости в замкнутой системе управления (с ОС). Как было отмечено выше, 
, значит 
.
Чтобы найти коэффициент усиления регулятора скорости, воспользуемся соотношением: 
, где kc – коэффициент усиления всей системы, kpc – искомый коэффициент усиления регулятора скорости, kп – коэффициент усиления преобразователя, 
- коэффициент усиления тахогенератора, с = kФном = 1,96 = const.
Преобразователь берем из п. 2.4. и его коэффициент усиления равен 
.
Коэффициент усиления тахогенератора находится следующим образом: 
.
Где значение максимальной скорости для ПБСТ33 составляет 2500 об/мин
Найдем коэффициент усиления регулятора скорости 
.
Проверка устойчивости:
, где
, тогда
, условие выполнено.
2.9. Рассчитать величину сопротивления резистора, включение которого ограничит ток в якоре до уровня 2,5Iном при переводе двигателя в режим динамического торможения со скорости холостого хода. Рассчитать и построить характеристики динамического торможения двигателя 
и 
при включении этого резистора.
Допустимый ток в якоре 
.
, отсюда величина искомого сопротивления равна 
.
Характеристики динамического торможения будут выглядеть следующим образом (рис. 13).
Искусственные характеристики будут иметь следующий вид:
Рис. 12. Характеристики динамического торможения.
Схема включения двигателя приведена на рис. 13.
 | ||
 |
Рис. 13. Схема включения двигателя в режиме динамического торможения.
2.10. Рассчитать величину сопротивления резистора, включение которого ограничит ток в якоре до уровня 2,5· Iном при переводе двигателя в режим торможения противовключением с номинальной скорости. Рассчитать и построить характеристики двигателя ω (I) и ω (М), соответствующие включению этого резистора в цепь якоря двигателя.
Так как U = Uн, ток в якорной цепи в режиме торможения противовключением:
ЭДС вращения:
Сопротивление добавочного резистора:
Электромеханическая характеристика торможения противовключением:
Механическая характеристика торможения противовключением:
Рис. 14. Электромеханическая и механическая характеристики торможения противовключением