close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Билет №7

код для вставкиСкачать
Билет №7
1. Процесс отключения постоянного тока. Особенности отключения переменного тока.
1.1 Преобразование энергии при отключении электрической цепи
1.2 Общий вид уравнения отключения электрической цепи
1.3 Восстанавливающееся напряжение и восстанавливающаяся электрическая прочность
1.4 Параметры, определяющие величину перенапряжения при отключении аппаратов
3.1 Законы коммутации
Переход от одного режима работы электрической цепи к другому происходит не мгновенно, а в течение некоторого времени. Так как каждому установившемуся режиму соответствует определенный запас энергии электрических и магнитных полей, переход к новому режиму связан с изменением распределения энергии этих полей.
Первый закон коммутации
в начальный момент коммутации ток в индуктивности остается таким же, каким он был непосредственно перед коммутацией, а затем плавно изменяется.
Если обозначить через iL(0-) ток перед началом коммутации, а через iL(0+) ток непосредственно после начала коммутации, то первый закон коммутации запишется так
iL(0-) = iL(0+).
Напряжение на индуктивности может изменяться скачком.
Второй закон коммутации
в начальный момент коммутации напряжение на емкости остается таким же, каким оно было непосредственно перед коммутацией, а затем плавно изменяется.
uC(0-) = uC(0+).
Ток через емкость может изменяться скачком.
Основной закон коммутации
1) коммутируемый фактор (ток, напряжение) не переходит мгновенно к новому значению;
2) при коммутации контуров с индуктивностями и емкостями возникают переходные процессы изменения коммутируемого фактора, который с течением времени приходит к установившемуся значению.
3.2 Отключение электрической цепи
Для электрических аппаратов наиболее трудной и определяющей является стадия отключения цепи.
Всякая цепь с током i, содержащая индуктивность L, обладает запасом электромагнитной энергии
,
которая расходуется в процессе отключения. Она может перейти в электростатическую энергию полей, связанных с коммутирующим элементом.
Любая цепь содержит (в большей или меньшей степени) активную и реактивную, индуктивную и/или емкостную составляющие (емкость и индуктивность токоведущих частей, проводов), поэтому при отключении на ней появляется напряжение Uc, которое определяется из равенства электромагнитной и электростатической энергии
.
Если электромагнитная энергия цепи полностью преобразовалась в электростатическую энергию полей, то возникают недопустимо большие перенапряжения, которые повредили бы элементы цепи и создали бы непреодолимые трудности при ее отключении.
Условия отключения цепей переменного тока облегчаются тем, что при переходах тока через нулевые значения электромагнитная энергия обращается в нуль.
Образующаяся на контактах электрическая дуга или искра создает токопроводящую связь в цепи до перехода тока через нулевое значение, когда наступает наиболее благоприятные условия для окончательного отключения.
При отключении цепи с током запасенная в ней электромагнитная энергия преобразуется в тепловую энергию электрической дуги или искры, которая отводится в окружающую среду. В этом заключается положительное значение электрических дуг и искр, образующихся на контактах электрического аппарата.
Отрицательный фактор - поскольку дугам и искрам свойственны температуры в тысячи и десятки тысяч градусов, они выжигают контакты и детали электрического аппарата.
3.3 Восстанавливающееся напряжение и восстанавливающаяся электрическая прочность
Восстанавливающееся напряжение - напряжение на коммутирующем органе, нарастающее в процессе отключения цепи.
Восстанавливающаяся электрическая прочность - электрическая прочность свойственная данному коммутирующему органу и нарастающая во времени при отключении. Восстанавливающаяся прочность определяется тем максимальным напряжением, которое способен выдержать без пробоя коммутирующий орган в данный момент времени.
3.4 Общий вид уравнения отключения электрической цепи
Цепь отключается успешно, если кривая восстанавливающейся прочности межконтактного промежутка аппарата будет лежать выше кривой восстанавливающегося напряжения на этом промежутке.
В простейшем случае контур состоит из последовательного активного сопротивления R, индуктивности L, отключающих контактов и источника напряжения U0. В переходном процессе участвует емкость С (параллельно контактам) (рис. 3.1).
Рис. 3.1 Отключаемый контур
В общем случае решается система двух уравнений: 1) уравнение контура и 2) уравнение электрической дуги, возникающей на контактах аппарата. Уравнение контура
.(3.1)
Здесь iд и uд - ток (А) и напряжение дуги, соответственно; lд - длина дуги, м;  = Q0/P0 - постоянная времени, с; P0 - удельная отводимая мощность, Вт/м; Q0 - тепловая энергия, содержащаяся в единице длины дуги, Дж/м.  и P0 важные тепловые параметры, определяются свойствами дугогасительного устройства. Чем мощнее дугогасительное устройство, тем больше P0lД и тем меньше . Обычно  измеряется десятками или сотнями микросекунд, а P0 - сотнями и тысячами ватт. U0. - неизменное напряжение при постоянном токе и синусоидальная функция времени при переменном.
3.4.1 Процесс отключения постоянного тока.
После момента размыкания контактов (МРК) (рис. 3.2) - начинает увеличиваться сопротивление дуги, т.к. столб дуги охлаждается дугогасителем. Напряжение на дуге uд растет но, при успешном гашении, будет меньше восстанавливающейся прочности межконтактного промежутка.
Рис. 3.2 Отключение цепи постоянного тока
В конце процесса отключения ток составляет единицы или доли ампера, затем резко уменьшается (вследствие роста сопротивления дугового канала), возникает перенапряжение Umax на промежутке. Затем избыточные заряды (на емкости С) растекаются через сопротивление утечки по изоляции Rш, и напряжение спадает до U0.
Рис. 3.3 Условие гашения дуги постоянного тока, цифрами обозначено: 1 - uд = f(iд); 2 - (U0 - iR)
Условие гашение дуги постоянного тока.
На всем диапазоне изменения тока от I0 до нуля при отключении цепи вольтамперная характеристика uд = f(iд) (1) должна лежать выше реостатной характеристики (U0 - iR) (2) отключаемой цепи. При пересечении этих характеристик, в зоне между точками их пересечения производная di/dt будет положительной, и условия гашения дуги нарушатся (рис. 3.3 а).
3.4.2 Процесс отключения переменного тока.
При переходе тока через нулевое значение создаются самые благоприятные условия для гашения дуги и отключения цепи. Это момент наиболее интенсивного роста восстанавливающейся прочности (Uвп) межконтактного промежутка и напряжения на нем. Напряжение дуги (uд), горевшей в течение полпериода, бывает сравнительно небольшим. Вблизи перехода тока через нуль начинается интенсивный процесс восстановления напряжения на промежутке до мгновенного напряжения источника (Uв0). Восстанавливающееся напряжение - uв.
Рис. 3.6 Отключение цепи переменного тока:
На рис. 3.6 обозначено: Uвп0 - начальная восстанавливающаяся прочность (на интервале 5...10 мкс), f0 - собственная частота колебаний.
Первый максимум восстанавливающегося напряжения Umax наступает в момент времени
.
Условия гашения дуги переменного тока:
Электрическая дуга переменного тока будет погашена и цепь отключена, если за переходом дуги через нулевое значение кривая восстанавливающейся прочности uвп межконтактного промежутка будет лежать выше кривой восстанавливающегося напряжения uв. Если эти кривые пересекутся, возникнет повторное зажигание дуги.
2. Номинальные режимы работы электродвигателей (SL-58) и их характеристика. Основные соотношения, характеризующие нагрев двигателей при длительном, кратковременном и повторно-кратковременном режимах.
Номинальные режимы работы электродвигателей
По условиям нагревания двигателей различают восемь режимов работы, обозначенных S1, S2, ... S8.
S1. Продолжительный номинальный режим
Характеризуется тем, что за время работы с номинальной нагрузкой температура перегрева двигателя достигает установившегося значения уст. Идеализированная нагрузочная диаграмма электропривода и кривая =f(t) изображены на рисунке. В таком режиме работает электропривод таких механизмов, как вентиляторы, насосы, конвейеры, транспортеры.
S2. Номинальный кратковременный режим Характеризуется тем, что за время кратковременной работы с номинальной нагрузкой температура перегрева двигателя не достигает установившегося значения, а за время отключенного состояния двигатель успевает охладиться до температуры окружающей среды. Идеализированная нагрузочная диаграмма электропривода и кривая изменения температуры перегрева представлены на рисунке. В таком режиме работает, например, электропривод механизмов с моментом сопротивления, обусловленным вязким трением. Длительность кратковременной работы стандартизована и составляет 15, 30, 60, 90 минут.
S3. Повторно-кратковременный номинальный режим Характеризуется тем, что за время работы температура перегрева двигателя не достигает установившегося значения, а за время паузы, двигатель не успевает охладиться до температуры окружающей среды. Идеализированная нагрузочная диаграмма и кривая =f(t) изображены на рисунке. Для характеристики этого режима принят символ ПВ% (продолжительность включения) .
Используется и понятие относительной продолжительности включения .
Время цикла не должно превышать 10 минут. Стандартные значения ПВ%: 15%, 25%, 40%, 60%.
S4. Повторно-кратковременный номинальный режим с частыми пусками Характеризуется тем же, что и режим S3, но в этом режиме на нагрев двигателя существенно влияют пусковые потери. Идеализированная нагрузочная диаграмма и зависимость =f(t) изображены на рисунке. .
Нормируемые значения ПВ% те же, что и для режима S3. Нормируется так же число пусков. Стандартное число пусков в час 30, 60, 120, 240.
Для этого режима используется также такой показатель, как коэффициент инерции , равный отношению суммарного, приведенного к валу двигателя момента инерции системы, к моменту инерции ротора (якоря) самого двигателя. Нормированные значения коэффициента инерции 1,2; 1,6; 2,5; 4; 6,3; 10.
S5. Повторно-кратковременный номинальный режим с частыми пусками и электрическим торможением
Этот режим характеризуется тем же, что и режим S3, но в этом режиме на нагреве двигателя сильно сказываются потери при пуске и торможении. .
Нормируемы значения ПВ% и числа пусков такие же, что и для режима S4. Нормированные значения коэффициента инерции Fу 1,2; 1,6; 2,0; 2,5; 4.
S6. Перемежающийся номинальный режим Характеризуется тем, что за время работы с номинальной нагрузкой температура перегрева двигателя не достигает установившегося значения, а за время холостого хода он не охлаждается до температуры окружающей среды. Для обозначения этого режима используется символ ПН% (продолжительность нагрузки) .
Продолжительность цикла не должна превышать 10 минут. Нормированные значения ПН% = 15, 25, 40,60%.
S7. Перемежающийся номинальный режим с частыми реверсами Характеризуется тем, что периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами реверса, причем периоды нагрузки не настолько длительны, чтобы превышения температуры двигателя могли достигнуть установившихся значений. В этом режиме потери при реверсе оказывают существенное влияние на нагрев двигателя, работающего без остановки. Режим характеризуется числом реверсов в час (30, 60, 120, 240) и коэффициентом инерции (как для режима S5).
S8. Перемежающийся номинальный режим с двумя и более скоростями
Это режим, при котором периоды с одной нагрузкой на одной угловой скорости чередуются с периодами работы на другой угловой скорости при соответствующей этой скорости нагрузке. В этом режиме потери при переходе с одной угловой скорости на другую оказывают существенное влияние на нагрев двигателя, но периоды нагрузки на каждой из угловых скоростей не настолько длительны, чтобы температура перегрева двигателя могла достичь установившегося значения. Этот режим характеризуется числом циклов в час, коэффициентом инерции и относительной продолжительностью нагрузки на отдельных ступенях, определяемой для данного конкретного случая с тремя установившимися скоростями по формулам: Нормированные значения числа циклов в час: 30,60;120,240; коэффициента инерции: 1,2; 1,6; 2,0; 2,5; 4.
Нагревание и охлаждение двигателей при длительном
режиме работы с постоянной нагрузкой
При t=0 в общем случае двигатель мог иметь перегрев 0, , где - установившееся значение температуры перегрева, которое достигается через бесконечно большое время;
- постоянная времени нагрева. Это время, в течение которого двигатель нагрелся бы до установившейся температуры у, если бы не было теплоотдачи в окружающую среду.
Если нагрев двигателя идет от температуры окружающей среды, т.е. 0=0, то закон изменения температуры перегрева такой:
.
Для получения зависимости =f(t) при охлаждении двигателя от у1 до у2, можно воспользоваться ранее полученным уравнением, подставив в него вместо у - у2, а вместо 0-у1. Тогда .
Кривая охлаждения двигателя, соответствующая этому уравнению, приведена на рисунке. При охлаждении до температуры окружающей среды у2=0 и уравнение приобретает вид .
Нагревание двигателей при кратковременном режиме работы с постоянной нагрузкой
- коэффициент термической перегрузки.
Нагревание двигателей при повторно-кратковременном режиме работы
Процесс установления температуры в этом режиме можно представить в виде следующего рисунка (при идеализированной нагрузочной диаграмме). Температура обмоток двигателя изменяется по отрезкам экспоненциальных кривых и достигает установившихся колебаний со сравнительно небольшой амплитудой. При правильном выборе двигателя, наибольшая температура не достигнет уст, а будет стремиться через достаточно большое число циклов к величине уст=доп.
Двигатель длительного режима за счет охлаждения во время пауз может работать в повторно-кратковременном режиме с коэффициентом термической перегрузки , где уст - наибольшая температура, которая имела бы место при длительном режиме работы с потерями повторно-кратковременного режима.
Величина  может быть найдена на том основании, что для цикла работы, достаточно удаленного от начала, температура перегрева колеблется в пределах от 0 до уст. При этом для периода работы, tр можно написать .
Температура в конце паузы понизится до значения ,
3. Система двухзонного регулирования скорости электропривода (качественный характер изменения координат электропривода в обеих зонах; функциональная схема системы; работа системы в обеих зонах; синтез контуров регулирования СУЭП).
8.4. Система двухзонного регулирования скорости
Применяется в тех случаях, когда требуется обеспечить работу электродвигателя со сверхноминальной скоростью. Управление ДПТ осуществляют по цепям якоря и возбуждения, причем в обеих зонах задающим воздействием является лишь напряжение задания скорости. В первой зоне диапазон регулирования ограничен номинальным значением скорости, во второй - максимальным для данного типа электродвигателя. В табл. 8.1. приведены области изменения основных координат системы двухзонного регулирования скорости.
Табл. 8.1.
Параметр  M eдФ 1-я зона    н M  M н eд  eдн Ф = Ф н 2-я зона    н M  M н eд = eдн Ф Ф н
Изменение координат СУ ЭП в функции скорости двигателя представлено на рис. 8.13. В 1-ой зоне магнитный поток двигателя поддерживается номинальным, допустимое значение электромагнитного момента равно номинальному. Во второй зоне постоянным поддерживается э.д.с. двигателя, а магнитный поток и момент двигателя изменяются в обратно пропорциональной зависимости от скорости, поскольку eд = Се Ф , M=СмФi. Таким образом, применение двухзонного регулирования целесообразно в тех случаях, когда момент нагрузки механизма на верхних скоростях меньше, чем на скоростях ниже номинальной. При этом ток якоря и потребляемая мощность двигателя не превышают допустимых значений. Функциональная схема системы двухзонного регулирования скорости приведена на рис. 8.14.
Рис. 8.13. Изменение координат СУ ЭП в функции скорости Система управления содержит два взаимосвязанных канала:
- регулирования скорости электродвигателя в обеих зонах;
- стабилизации э.д.с. двигателя на номинальном уровне во второй зоне.
Рис. 8.14. Функциональная схема системы двухзонного
регулирования скорости
В первой зоне регулирования скорости э.д.с. двигателя ниже номинального значения. Модуль напряжения обратной связи по э.д.с. меньше напряжения задания номинальной э.д.с., т. е. /Uдэ / < Uзэ,н . При этом регулятор э.д.с. (РЭ) находится в режиме насыщения, причем блок ограничения (БО) формирует задание номинального тока возбуждения (магнитного потока) двигателя. Во второй зоне  >н, а следовательно, в динамике возникает ситуация, когда /Uдэ / > Uзэ,н. РЭ выходит из режима ограничения, снижает Uзтв, а значит, ток возбуждения и магнитный поток двигателя. В итоге э.д.с. двигателя стабилизируется на номинальном уровне, а магнитный поток устанавливается на уровне, обратно пропорциональном скорости двигателя. Датчик э.д.с. реализован на основе измерения напряжения на якоре и тока якоря двигателя (первый метод измерения э.д.с.). Делительное устройство (ДУ), установленное на выходе РС, обеспечивает оптимальную настройку контура регулирования скорости за счет деления Uрс на сигнал, пропорциональный текущему значению магнитного потока.
Настройку контуров регулирования канала регулирования скорости производят так же, как в системе с однозонным регулированием (см. раздел 8.1.2). Настройку контуров регулирования канала стабилизации э.д.с. производят на ТО. Передаточная функция оптимального регулятора возбуждения имеет вид [2]:
где Rв , Tв - активное сопротивление и постоянная времени цепи обмотки возбуждения двигателя;
Tв,т - постоянная времени контура вихревых токов, Tв,т  0,1 Tв ;
Tв - эквивалентная малая постоянная времени замкнутого контура регулирования тока возбуждения, T в  Tтпв Kтпв, Tтпв - коэффициент передачи и постояння времени тиристорного преобразователя возбуждения (тиристорного возбудителя) - ТПВ;
Kв - коэффициент обратной связи контура регулирования возбуждения.
Передаточная функция оптимального регулятора э.д.с. имеет вид:
гдеT э - эквивалентная малая постоянная времени замкнутого контура регулирования э.д.с. двигателя, T э  2T в ;
Kв,э - коэффициент передачи цепи "ток возбуждения - э.д.с. двигателя", Kв,э = eд /  iв =wв Kф Се  н. Если измерение э.д.с. двигателя производится с малой инерцией (Tя,ц  0), например с применением тахометрического моста, то регулятор э.д.с. имеет И-структуру.
1
Документ
Категория
Разное
Просмотров
70
Размер файла
320 Кб
Теги
билет
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа