close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Билет № 32

код для вставкиСкачать
 Экзаменационный билет №32
1. Особенности электромагнитов переменного тока.
1.1. Определение величины сопротивления катушки электромагнита
1.2. Влияние величины воздушного зазора на ток в катушке электромагнита
1.3. График зависимости тяговой характеристики электромагнита и действующего значения силы тока от величины воздушного зазора
1.4. Способы устранения вибрации якоря электромагнита
В отличие от электромагнитов постоянного тока катушка электромагнита переменного тока обладает как активным, так и индуктивным электрическим сопротивлением (Ом).
,(5.21)
где f - частота тока; w - число витков;  - магнитная проводимость электромагнита.
Если взять простейшую формулу для магнитной проводимости воздушного зазора, то в расчете на один результирующий зазор  электромагнита
, (5.23)
где S - площадь полюса.
Для электромагнита, изображенного на рис. 5.4,  = 2.
Обозначив через R (Ом) активное сопротивление обмотки электромагнита, получим выражение для тока (А) в ней:
(5.24)
где U~ - напряжение на катушке, В.
Рис. 5.4. Электромагнит переменного тока
Если принять R = 0, то
,(5.25)
Из формулы следует, что при неизменном действующем значении напряжения на катушке ток в ней зависит от величины воздушного зазора электромагнита (в отличие от электромагнитов постоянного тока). Это вызвано влиянием величины зазора на индуктивное сопротивление электромагнита. Характер зависимости действующего значения тока от величины зазора i() рис. 5.5.
При подаче напряжения на катушку электромагнита через нее протекает пусковой ток Iп, который имеет значительную величину из-за большого начального значения воздушного зазора 0. При движении якоря зазор уменьшается, что приводит и к уменьшению тока. В притянутом состоянии якоря по катушке протекает номинальный ток Iн, который в несколько раз меньше пускового.
Рис. 5.5. Зависимость тяговой характеристики электромагнита и действующего значения силы тока от величины воздушного зазора.
Чтобы уменьшить потери на вихревые токи и гистерезис, магнитопроводы электромагнитов переменного тока делают шихтованными.
Электромагнитная сила в электромагните переменного тока изменяется с двойной частотой от 0 до Fmax. Это недостаток, приводящий к вибрации якоря электромагнита (действует также сила, вызываемая возвратной пружиной электромагнита Fпр или весом механизма). Из-за ударов при вибрации расплющиваются полюса электромагнита, создается повышенный уровень шума, кроме того, из-за увеличения зазора и снижения индуктивного сопротивления катушки по ней протекает повышенный ток и перегревает ее.
Наиболее эффективный способ борьбы с вибрацией - установка короткозамкнутого витка на расщепленном полюсе электромагнита. Короткозамкнутый поток вызывает сдвиг фазы между потоками, проходящими через охваченную короткозамкнутым витком часть полюса и неохваченную, что приводит к сдвигу фазы между силами, вызываемыми этими потоками. В результате электромагнитная сила, действующая на якорь, будет изменяться не от нуля, а от некоторого значения F0 до Fmax, если F0 > Fпр, то вибрации якоря не будет. График изменения результирующей силы представлен на рис.5.6.
Рис.5.6. Влияние короткозамкнутого витка на результирующую силу
Электромагнитная сила в электромагнитах переменного тока (при заданной максимальной индукции и площади сечения полюсов) оказывается вдвое меньше силы, развиваемой в тех же условиях электромагнитом постоянного тока. Поэтому, для получения одной и той же средней силы, сечение и вес стали в электромагните переменного тока оказываются, по крайней мере, вдвое больше, чем в электромагнитах постоянного тока.
2 Приведите способы регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока
С точки зрения, регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока являются универсальными. Можно регулировать скорость за счет изменения сопротивления в цепи якоря, потоком и подводимым напряжением. Это видно из формулы: .
Регулирование частоты вращения сопротивлением в цепи якоря.
Уравнения токов до и после введения сопротивления
, , откуда , т. е. ток и момент уменьшается () .
При этом и скорость уменьшается. С уменьшением скорости ток якоря возрастает, и он достигнет исходного тока якоря, но при меньшей скорости .
Переходный процесс показан на рис. 50.
Регулирование частоты вращения сопротивлением в цепи якоря осуществляется в сторону уменьшения скорости, рис. 51.
Но так как ток якоря протекает по , то увеличиваются общие потери, и снижается кпд. При постоянном токе, за счет увеличения падения напряжения , скорость двигателя уменьшается.
Регулирование частоты вращения за счет изменения потока
Ток якоря до и после изменения потока , , их отношение . Уравнение моментов . Уменьшим поток на , т. е. , . Напряжение примем за единицу, тогда .
Ток якоря возрос в 3,3 раза, тогда , то и (возрастает). Переходный процесс представлен на рис. 52.
Ток . С увеличением скорости вращения, ток якоря будет уменьшаться, но он будет больше исходного т. к. уменьшен поток. При уменьшении потока частота вращения возрастает, рис 53.
Рис. 53.
Как правило, регулирование частоты вращения изменением потока производят в сторону увеличения. В сторону уменьшения регулирование мало эффективно из-за насыщения магнитной цепи.
Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения.
Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения производится следующими способами:
А) Системы генератор-двигатель (Г-Д).
Б) Ттиристорный преобразователь-двигатель (ТП-Д).
В) Широтно-импульсное регулирование.
А) Система Г-Д, рис.54.
Рис. 54.
Увеличивая ток возбуждения генератора iвг, возрастает поток Фг и Ег, а следовательно увеличивается напряжение на якоре двигателя и скорость возрастает. Регулирование происходит плавно при малых потерях энергии.
Эта система используется при большой мощности двигателя (подъёмники, прокатные станы, экскаваторы и т.д).
Б) Тиристорный преобразователь-двигатель.
В системе Г-Д используется большое число машин, что увеличивает стоимость установки и снижает надежность.
Поэтому в последнее время для регулируемого напряжения все чаще используются статические преобразователи, рис.55.
Рис. 55.
Увеличивая угол управления - площадь полупериода уменьшается, уменьшается среднее значение напряжения - Uср, а следовательно уменьшается скорость вращения.В) Широтно-импульсное регулирование. Идея регулирования напряжения подводимого к двигателю заключается в том, что, изменяя длительность подключения двигателя ключом (К) к сети, изменяется среднее значение напряжения, рис. 56. В качестве ключа используются схемы на базе тиристоров или транзисторов.
Рис. 56.
Изменяя время импульса t4 изменяется скважность ,
где t4 - время импульса;
tп - время паузы.
Среднее значение Uср=U0.
.
Как видим, изменяя среднее значение напряжения, можно регулировать частоту вращения двигателя. Эта система широко используется вместо контактакторно-резисторных систем.
3 Системы регулирования положения рабочих органов электроприводов (режимы малых, средних и больших перемещений; синтез линейного регулятора положения; синтез нелинейного регулятора положения; специфика следящих СУЭП).
Системы стабилизации положения, контурные и следящие САР функционируют, как правило, в режиме малых отклонений координат, т. е. их координаты не достигают предельно допустимых значений. Применительно к позиционным системам различают три режима их функционирования и, соответственно три режима перемещений:
- режим малых перемещений;
- режим средних перемещений;
- режим больших перемещений.
При малых перемещениях скорость двигателя  не достигает рабочей
максимальной скорости ( <  max), ток двигателя i не достигает значения тока ограничения (i<imax). В режиме средних перемещений скорость двигателя не достигает рабочей максимальной скорости, но ток двигателя может достигать значения тока ограничения (i  imax). В режиме больших перемещений скорость двигателя и ток двигателя могут достигать максимальных значений (iimax,  max). Графики перемещения исполнительного органа, скорости и тока двигателя для этих режимов приведены на рис. 8.15. Рис. 8.15. Графики перемещения рабочего органа, скорости и тока якоря двигателя в позиционной САР: а) режим малых перемещений; б) режим средних перемещений; в) режим
больших перемещений
Заметим, что время позиционирования исполнительного органа в режиме малых перемещений является неизменным, не зависящим от величины перемещения (рис. 8.15а). САР положения при этом остается линейной. В режимах средних и больших перемещений время позиционирования зависит от величины перемещения и САР становится нелинейной (рис. 8.15 б,в).
8.5.1. САР положения с линейным регулятором
Функциональная схема САР положения приведена на рис. 8.16. САР положения содержит двигатель постоянного тока ДПТ с независимым возбуждением, управляемый по цепи якоря от тиристорного преобразователя ТП, редуктор Р, регуляторы и датчики тока, скорости и положения (РТ, РС, РП, ДТ, ДС, СП), задатчик положения СД, фазочувствительный выпрямитель ФЧВ. В качестве датчика скорости используется тахогенератор постоянного или переменного тока (на схеме изображен тахогенератор постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов). В качестве датчика положения применен сельсин-приемник (СП), а в качестве задатчика положения - сельсин-датчик (СД). Сельсины работают в трансформаторном режиме (их обмотки возбуждения не соединены друг с другом и синхронизирующий момент не возникает). При возникновении рассогласования  =  з-  в положении роторов сельсинов, т.е. при возникновении ошибки регулирования положения, в выходной однофазной обмотке сельсина-приемника наводится э.д.с. U = U , max sin  .
Рис. 8.16. Функциональная схема САР положения
При малых рассогласованиях в угловых положениях сельсинов ( < 3) величина наведенной э.д.с. будет практически пропорциональна величине рассогласования, т. е. U = K  ,
где K = U, лин /  лин - коэффициент передачи сельсина-приемника в линейной зоне измерения углового положения,
U, лин,  лин - отклонения координат в линейной зоне измерения углового положения.
Фазочувствительный выпрямитель ФЧВ позволяет выявить знак (фазу) рассогласования, формируя напряжение, пропорциональное ошибке регулирования положения, т. е.
Uп = Kфчв U = Kфчв K , где Kфчв - коэффициент передачи ФЧВ.
Замкнутые контуры регулирования тока якоря и скорости двигателя (ЗКРТ и ЗКРС) настраиваются так же, как и в системе регулирования скорости: ЗКРТ - на технический оптимум (ТО), ЗКРС - на технический или симметричный оптимум (СО). При этом регулятор тока якоря имеет ПИ-структуру, регулятор скорости - П или ПИ-структуры.
В зоне малых перемещений контур регулирования положения настраивают, как правило, на ТО. Структурная схема замкнутого контура регулирования положения приведена на рис. 8.17. Передаточную функцию ЗКРС аппроксимируют звеном первого порядка
где Tc - постоянная времени ЗКРС.
Рис. 8.17. Структурная схема контура регулирования положения
Коэффициент передачи силового редуктора K определяется как отношение выходной скорости редуктора к входной. Коэффициент передачи Kп цепи обратной связи по положению представляет собой отношение
Kп = Uп, лин /  лин.
При использовании в качестве датчика положения сельсина или вращающегося трансформатора Kп рассчитывают по формуле
Kп = Kфчв K = Kфчв U , лин /  лин.
Эквивалентная малая постоянная времени замкнутого контура регулирования положения (ЗКРП) представляет собой сумму малых постоянных времени ЗКРС и фильтров на выходах регулятора положения (РП) и датчика положения (на выходе ФЧВ при использовании сельсина в качестве датчика положения), см. рис. 8.17:
Tп = Tс + Tфрп + Tфдп. Применяя типовую методику синтеза к контуру, настраиваемому на ТО, получим передаточную функцию регулятора положения:
Cтатическая точность позиционирования САР положения с таким пропорциональным РП определяется величиной статической нагрузки на валу электродвигателя при  = 0, т.е.
 c = Uс / Kп Kрп = Kc  с / Kп Kрп = (2Tc Kc / Kп Kрп Jпр) Mc .
Подставляя в полученную формулу выражение для Kрп получим
 c = (4Tc Tп K / Jпр) Mc  При больших значениях статическй нагруки Mc на валу электродвигателя величина  c может превышать допустимую. При этом по якорю неподвижного двигателя будет протекать большой ток. Избежать этого можно, если ЗКРС настроить на симмеричный оптимум и на его входе установить фильтр с постоянной времени 4Tc. Интегральная составляющая ПИ-регулятора скорости сводит  с к нулю, а следовательно и  c = 0. Аналогичный эффект можно получить, вводя интегратор в структуру регулятора положения, однако в позиционных САР, работающих в режимах средних и больших перемещений, такое решение приводит к недопустимому перерегулированию при позиционировании. В этой связи П-РП часто настраивают компромиссно для режима средних перемещений.
САР положения с параболическим регулятором
Сделаем допущение, что статическая ошибка позиционирования в ЗКРП отсутствует и ЗКРС имеет достаточное быстродействие. В этом случае выходное напряжение регулятора положения для момента времени, соответствующего началу торможения, можно представить в виде
Uрп = Kрп Uп = Kc  нт. Подставляя в это соотношение выражение для Kрп в режиме средних перемещений получим или где Kрп - постоянный коэффициент передачи параболического регулятора положения, Таким образом, оптимальный нелинейный регулятор положения для режима средних перемещений представляет собой нелинейность типа "корень квадратный", получивший, однако, название "параболический регулятор".
Режим больших перемещений характеризуется позиционированием с предельно допустимой скоростью  max, что достигается ограничением выходного сигнала регулятора скорости на уровне Uрп=Kcmax. В режиме средних перемещений (РСП) характеристика РП имеет нелинейность типа "корень квадратный", в режиме больших перемещений (РБП) - нелинейность типа "насыщение" (на уровне Kc  max), в режиме малых перемещений (РМП) характеристика РП имеет линейную зависимость с коэффициентом передачи, обеспечивающим оптимильную настройку ЗКРП на ТО в режиме малых перемещений, т. е.
Рис. 8.19. Характеристика "вход / выход" параболического регулятора
положения
Нелинейная характеристика такого РП реализуется включением диодно-резистивной матрицы в обратную связь операционного усилителя.
1
Документ
Категория
Разное
Просмотров
84
Размер файла
147 Кб
Теги
билет
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа