Расчет и анализ переходных процессов в электроприводе системы генератор – двигатель

 

 

Резистор R1 при форсированном  пуске нужен для погашения  избытка напряжения:

 

 

 

Ток в разрядном резисторе R4:

 

 

 

Ток в цепи возбуждения  при форсировании процесса возбуждения:

 

 

 

Значение сопротивления  R1 вычислим по формуле:

 

 

 

Резистор R2 обеспечивает получение  основной угловой скорости вращения после снятия форсирования процесса возбуждения:

 

 

 

Для нахождения значения сопротивления R3 необходимо с характеристики холостого  движения (рисунок 3.1) по значению ЭДС генератора найти соответствующее значение тока обмотки возбуждения ГПТ . Резистор R3 находим из условия получения половинной основной угловой скорости вращения:

 

 

 

 

 

7 ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ  В СИСТЕМЕ ГЕНЕРАТОР – ДВИГАТЕЛЬ

 

 

Переходные или динамические процессы в ЭП - это режим работы ЭП при переходе от одного установившегося состояния к другому в процессе пуска, торможения или реверса, а также при резком приложении нагрузки на вал ЭП. Эти режимы характеризуются изменением ЭДС, угловой скорости, механического момента и токов в цепи возбуждения ГПТ и в якорной цепи ДПТ.

Изучение переходных процессов  позволяет:

• правильно определить мощность электродвигателя и его аппаратуры;
• рассчитать систему управления;
• оценить влияние работы ЭП на продуктивность и качество работы промышленных механизмов;

Во время переходных процессов (ПП) в ЭП одновременно и взаимосвязано между собой действуют переходные механические, электромагнитные и тепловые процессы. При процессах, быстро протекающих, тепловые процессы на состояние ЭП, в большинстве случаев, не влияют на другие переходные процессы, поэтому в дальнейшем при исследовании динамических свойств в ЭП не будем учитывать его тепловое состояние. Тогда в этом случае учитываем протекания в ЭП только механических и электромагнитных переходных процессов, что в совокупности дает электромеханические переходные процессы. Они вызываются электромагнитной инерции обмоток электрических машин и аппаратов.

В некоторых случаях влиянием электромагнитных переходных процессов  можно пренебречь, тогда динамические свойства определяются только механическими  переходными процессами, в которых  учитывается только механическая инерция масс ЭП, что движутся.

 

 

 

 

7.1 Расчет переходных процессов в области возбуждения генератора системы Г–Д графоаналитическим методом

 

 

Графоаналитическим методом  необходимо выполнить расчеты динамических процессов в цепи возбуждения  ГПТ при:

• пуске ЭП;
• торможении ЭП;
• реверсе ЭП.

По полученным данным расчетов для каждого для этих режимов  выполним построение временных зависимостей генератора постоянного тока: изменение  тока в цепи возбуждения , индуктивности обмотки возбуждения и ЭДС .

 

 

7.1.1 Расчет переходных  процессов во время пуска ЭП

 

 

Исходными данными для  расчета переходных процессов в  цепи возбуждения ГПД при пуске ЭП является система уравнений:

 

 

 

где U_м – повышенное напряжение питания цепи возбуждения ГПС;

 – токи обмотки возбуждения ДПТ и ГПТ соответственно;

 – падение напряжения на обмотке возбуждения двигателя;

 – индуктивность обмотки возбуждения ГПД.

 

Подставив во второе уравнение  системы первое и третье уравнения  и выполнив упрощения, получим уравнение:

 

 

 

Определим коэффициент :

 

 

 

Определим эквивалентное  сопротивление:

 

 

 

Переходя к конечным упрощениям, получим формулу для численного расчета приращения времени для i-го значения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Получим численный расчет времени для i – го значения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При пуске ЭП ток  в кругу обмотки возбуждения ГПТ изменяется от нуля до своего максимального значения (). Для удобства все результаты полученных расчетов динамических процессов, которые будут выполнены в дальнейшем, занесем в таблицу 7.1. Расчеты точек временных зависимостей ГПТ и заполнения таблицы 7.1 выполним в следующей последовательности.

 

Все значения тока обмотки возбуждения (из таблицы 2.3), приращение тока обмотки возбуждения ГПТ (из таблицы 2.3), индуктивности обмотки возбуждения генератора (из таблицы 2.3), и ЭДС генератора Е^г (из таблицы 2.2) перенесем в соответствующие столбцы таблицы 7.1.

Определим умножение величин  для каждого значения тока обмотки возбуждения , расчет произведем по формуле:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполним определение  величины :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 7.1 – Расчет переходных процессов при пуске ЭП

№	,    А	А	,Гн	Ег,    В		,В	Δt, мc	t, мc
1	0,32	0,32	22,03	23,9	52,1	39,2	0,18	0,18
2	0,64	0,32	17,34	43,9	104,2	−12,9	0,142	0,322
3	0,96	0,32	7,19	59,7	156,3	−65,1	0,059	0,381
4	1,28	0,32	6,83	64,3	208,4	−117,1	0,019	0,4
5	1,6	0,32	6,41	68,4	260,5	−169,2	0,012	0,412
6	1,96	0,64	5,62	72,5	312,6	−221,3	0,016	0,428
7	2,56	0,48	4,58	79,5	416,8	−325,5	0,006	0,434
8	3,04	–	–	82,4	495,1	−403,7	–	–

 

 

По данным таблицы 7.1 построим временные зависимости , и соответственно. На рисунках 7.1, 7.2, 7.3 представим соответствующие временные зависимости, и в общем виде.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 7.1 – Временная зависимость при пуске ЭП

 

 

Рисунок 7.2 – Временная зависимость при пуске ЭП

 

 

Рисунок 7.3 – Временная зависимость при пуске ЭП

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 7.1.2 Расчет переходных процессов во время торможения ЭП

 

 

Во время этого процесса обмотку возбуждения генератора отключают от источника питания  и запирают на разрядное сопротивление R4.

Рассчитаем численное  приращение времени для i-го значения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Численный результат переходного  процесса в этом случае рассчитывается по формуле:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для каждого значения тока обмотки возбуждения  выполним расчет величины :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где i – текущий номер  ряда таблицы 7.2 .

При торможении ЭП ток  в кругу обмотки возбуждения ГПТ изменяется от своего максимального отрицательного значения () до нулевого значения. Для удобства все результаты полученных расчетов, которые будут выполнены в дальнейшем, занесем в таблицу 7.2. Расчеты точек временных зависимостей ГПТ и заполнения таблицы 7.2 выполним в следующей последовательности:

• значение i-й строки столбца таблицы 7.2 берем из девятой строки столбца таблице 7.1 с противоположным знаком;
• заполняем следующий столбец приращение тока обмотки возбуждения ГПТ;
• из таблицы 7.1 по модулю для соответствующих значений тока обмотки возбуждения генератора заполняем столбцы и в таблице 7.2;
• далее заполним столбец произведения величин для каждого значения тока обмотки возбуждения ;
• записываем значения времени торможения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 7.2 – Расчет переходных процессов при торможении ЭП

№	, А	, А	, Гн	–Ег, В		Δt, мc	t, мc
1	–0,32	0,32	22,03	–23,9	–72,3	–0,098	–0,098
2	–0,64	0,32	17,34	–43,9	–144,6	–0,038	–0,136
3	–0,96	0,32	7,19	–59,7	–216,9	–0,011	–0,147
4	–1,28	0,32	6,83	–64,3	–289,2	–0,008	–0,155
5	–1,6	0,32	6,41	–68,4	–361,5	–0,006	–0,161
6	–1,96	0,64	5,62	–72,5	–442,8	–0,008	–0,169
7	–2,56	0,48	4,58	–79,5	–572,3	–0,004	–0,173
8	–3,04	–		–82,4	–686,8	–	–

 

 

По данным таблицы 7.2 построим временные зависимости , и соответственно. На рисунках 7.4, 7.5, 7.6 представим соответствующие временные зависимости переходных процессов при торможении ЭП в общем виде.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 7.4 – Временная зависимость при торможении ЭП

 

 

Рисунок 7.5 – Временная зависимость при торможении ЭП

 

 

Рисунок 7.6 – Временная зависимость при торможении ЭП

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.1.3 Расчет переходных  процессов при реверсе ЭП

 

 

Рассчитаем численное  приращение времени для i-го значения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Численный результат переходного  процесса в этом случае рассчитывается по формуле:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчеты производятся аналогично пункту 7.1.1: при реверсе ЭП ток в кругу обмотки возбуждения ГПТ изменяется от нуля до своего максимального отрицательного значения (). Результаты расчетов динамических процессов занесем в таблицу 7.3.

 

 

 

 

 

 

Таблица 7.3 – Расчет переходных процессов при реверсе ЭП

№	,    А	А	,Гн	Ег,    В		,В	Δt, мc	t, мc
1	–0,32	0,32	22,03	23,9	52,1	39,2	0,18	0,18
2	–0,64	0,32	17,34	43,9	104,2	−12,9	0,142	0,322
3	–0,96	0,32	7,19	59,7	156,3	−65,1	0,059	0,381
4	–1,28	0,32	6,83	64,3	208,4	−117,1	0,019	0,4
5	–1,6	0,32	6,41	68,4	260,5	−169,2	0,012	0,412
6	–1,96	0,64	5,62	72,5	312,6	−221,3	0,016	0,428
7	–2,56	0,48	4,58	79,5	416,8	−325,5	0,006	0,434
8	–3,04	–	–	82,4	495,1	−403,7	–	–