Тепловая модель двигателя Моделирование электротехнических устройств Пуск асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором Конструирование металлургических машин

Тепловая модель двигателя. Стандартные режимы

В тепловом отношении электрическая машина – сложный объект: она неоднородна по материалу, имеет рассредоточенные внутренние источники тепла, интенсивность которых зависит от режима, теплоотдача зависит от скорости и т.п. Именно эта сложность побуждает пользоваться на практике для относительно грубых оценок предельно простой моделью, построенной в предположении, что машина – однородное тело с постоянной теплоемкостью С, Дж/°С, с одинаковой температурой во всех точках J, с теплоотдачей во внешнюю среду Аt, пропорциональной коэффициенту теплоотдачи А, Дж/с×°С, и разности t температуры машины J и окружающей среды Jос , т.е. t = J - Jос, °С.

Тогда уравнение теплового баланса для некоторого интервала времени dt будет

. (7.1)

Разделив обе части на А dt, получим:

или

 , (7.2)

где Tт = C/A  – тепловая постоянная времени;

tкон = DР/А – конечное (установившееся) значение превышения температуры.

Парамагнетики Итак, магнитные моменты атомов парамагнетика не равны нулю. В отсутствие магнитного поля тепловое движение атомов магнетика приводит к тому, что ориентация их магнитных моментов носит случайный характер. Если парамагнетик поместить в магнитное поле с индукцией , то на каждый атом парамагнетика, как на рамку с током в магнитном поле

Мы вновь обнаружили, как и в п. 5.2, что при одном накопителе энергии, в данном случае тепловой, переменная, характеризующая ее запас, изменяется по экспоненте, являющейся решением (7.2):

 . (7.3)

Уравнение (7.2) позволяет представить динамическую тепловую модель двигателя в виде передаточной функции

 . (7.4)

Отметим, что постоянная времени Тт, вообще говоря, - не постоянная: в начальной части нагрева, когда греются лишь активные части, главным образом медь обмоток, и тепло не успевает распространиться по всему телу машины, процесс идет быстрее, чем по (7.3), т.е. Тт¢ < Тт – пунктир на рис. 7.6.

Рис. 7.6. Характеристики нагревания – охлаждения

электрической машины

Для самовентилируемых машин теплоотдача зависит от скорости, уменьшаясь с ее уменьшением, т.е. Тw=0>Tтw , причем разница может быть существенной – в 2 и более раза – см. рис. 7.6. Некоторое представление о

порядке постоянных времени машин при w » w н дает рис. 7.7.

Рис. 7.7. Ориентировочная зависимость тепловой постоянной

времени от мощности электрической машины

Итак, реакция машины на быстрые изменения потерь в ней – отрезки экспонент с относительно большими (минуты, даже часы для больших машин) постоянными времени. В установившемся режиме (dt /dt =0) по (7.2) имеем

 ; (7.5)

в номинальном режиме по определению

 . (7.6)

Найденные закономерности нагревания и охлаждения двигателей позволяют выделить три характерные стандартные режима работы электроприводов.

Продолжительный режим S1 характеризуется условием

 , (7.7)

т.е. за время работы tр температура перегрева достигает установившегося

значения (рис. 7.8,а), продолжительность паузы роли не играет.

Кратковременный режим S2, при котором

 ,

 , (7.8)

т.е. за время работы перегрев не успевает достичь установившейся величины, а за время паузы tо двигатель охлаждается до температуры окружающей среды (рис. 7.8,б).

 

а) б)

в)

Рис. 7.8. Диаграммы продолжительного S1 (а), кратковременного S2 (б) и повторно-кратковременного S3 (в) режимов

Повторно-кратковременный режим S3 соответствует условиям

 ,

 , (7.9)

т.е. за время работы перегрев не достигаетtуст, а за время паузы не становится равным нулю. При достаточно долгом повторении циклов процесс устанавливается, т.е. температура перегрева в начале и конце цикла одинакова и ее колебания происходят около среднего уровня tср (рис.7.8,в). Повторно-кратковременный режим характеризуется относительной продолжительностью включения e  или ПВ

 , (7.10)

 .

При повторно-кратковременном режиме ограничивается как e (e£0,6), так и время цикла (tц£10 мин).

Еще четыре стандартных режима базируются на перечисленных выше основных: S4 и S5 отличаются от S3 учетом динамических моментов при пуске и торможении, S6 и S7 соответствуют S1, но при переменной нагрузке (S6) и с учетом пуска и торможения (S7). Стандартный режим S8 отражает самый общий случай периодического изменения М и w.

Проверка двигателей по нагреву в продолжительном режиме Если известна нагрузочная диаграмма двигателя и его тепловые параметры, то можно построить график t(t) и, оценив действительный перегрев, сравнить его с допустимым. Этот путь весьма громоздок, в связи с чем на практике пользуются упрощенными приемами, основанными на косвенной оценке перегрева. В основе этих приемов лежит метод средних потерь.

Проверка двигателей по нагреву в повторно-кратковременном режиме

Оптимизация параметров вентильных электрических машин постоянного тока с аксиальным воздушным зазором

Уравнение электромагнитной мощности Несмотря на различные конструктивные исполнения, для анализа и синтеза вентильной машины с аксиальным зазором (ВМАЗ) можно применить единый подход. Для этого по аналогии с представим активную часть ВМАЗ в виде диска с равномерным токовым слоем, который пронизывается магнитными силовыми линиями

Постановка задачи синтеза Задача оптимального проектирования ЭМАЗ (задача синтеза) была поставлена в классической формулировке [5]: для заданных параметров (конкретного исполнения, материалов, исходных данных технического задания), при технологических ограничениях (минимально и максимально возможных размерах магнита, проводника), делая перебор независимых переменных по определенному алгоритму, определить геометрию, которая обеспечивала бы минимальное значение конкретного выбранного критерия.

Для моделирования и анализа электронных схем, управляющих работой ВАМЗ в программе имеется процедура подключения к программе MicroCap7. При этом в программу MicroCap7 передается информация об ЭДС вращения в фазах.

Общие принципы построения выпрямительных устройств Производство и распределение электрической энергии в основном осуществляется на переменном токе, вследствие простоты трансформации напряжения. Однако значительная часть производимой электрической энергии (30-35%) используется на постоянном токе, в том числе и для передачи на расстояния.

Основные схемы выпрямления Однофазную, однополупериодную схему обычно применяют при выпрямленных токах до нескольких десятков миллиампер и в тех случаях, когда не требуется высокой степени сглаживания выпрямленного напряжения. Эта схема характеризу­ется низким коэффициентом использования трансформатора по мощности и большими пульсациями выпрямленного напряжения.

Двухполупериодная схема со средней точкой (схема Миткевича) Однофазный двухполупериодный выпрямитель со средним (нулевым) выводом вторичной обмотки трансформатора применяют в низковольтных устройствах. Он позволяет уменьшить вдвое число диодов и тем самым понизить потери, но имеет более низкий коэффициент использования трансформатора и, следовательно, большие габариты по сравне­нию с однофазным мостовым выпрямителем, который рассмотрен ниже. Обратное напряжение на диодах выше в этой схеме, чем в мостовой.

Мостовая схема (схема Греца) Однофазная мостовая схема характеризуется высоким коэффициентом использования трансформатора по мощности и поэтому может быть рекомендована для использования в устройствах повышенной мощности при выходных напряжениях от десятков до сотен вольт; пульсации такие же, как в предыдущей схеме. Достоинства – меньшее обратное напряжение на диодах в 2 раза, меньшие габариты, выше коэффициент использования трансформатора, чем в схеме со средней точкой. Недостаток – на диодах падение напряжения в 2 раза больше.

Трехфазная нулевая (схема звезда-звезда) В схему трехфазного выпрямителя со средней (нулевой) точкой входит трансформатор со вторичными обмотками, соединенными звездой. Выводы вторичных обмоток связаны с анодами трех вентилей. Нагрузка подключается к общей точке соединения катодов вентилей и среднему выводу вторичных обмоток


Создадим модель выпрямителя с трансформатором