Регулирование скорости двигателей постоянного тока Исполнитель

Регулирование скорости двигателей постоянного тока

1. Регулирование скорости двигателей постоянного тока с независимым и параллельным возбуждением
2. Регулирование скорости двигателей постоянного тока с последовательным и смешанным возбуждением

 {spoiler=Подробнее}

Регулирование скорости двигателей постоянного тока с независимым и параллельным возбуждением

Анализ уравнения скоростной характеристики (6) показывает, что для двигателя постоянного тока возможны три основных способа электрического  регулирования угловой скорости:

1. изменением сопротивления реостата в цепи якоря;
2. изменением магнитного потока двигателя;
3. изменением напряжения, подводимого к якорю.

Регулирование скорости изменением сопротивления реостата в цепи якоря. Как отмечалось в главе I, введение реостата в цепь якоря двигателя смягчает механическую характеристику, увеличивая ее наклон.

При этом работа двигателя на реостатной характеристике может стать нестабильной, так как с изменением нагрузки скорость значительно изменяется (см. рис. 5). Угловую скорость можно регулировать только вниз от основной скорости на естественной характеристике. Диапазон регулирования уменьшается с уменьшением момента нагрузки. Плавность регулирования будет низкой, так как введение в силовую цепь двигателя реостата с большим числом ступеней затруднительно. Данный способ регулирования неэкономичен, что ограничивает область его применения только приводами, где не требуется длительной работы двигателя при пониженной скорости. Потери энергии в  регулировочном реостате составляют

,                                                                           (37)

т.е. они пропорциональны перепаду угловой скорости при регулировании в диапазоне от ω₁ до ω₂.

Вследствие перечисленных выше недостатков рассмотренный способ регулирования скорости двигателей постоянного тока с параллельным возбуждением не нашел широкого применения.

Регулирование скорости изменением потока возбуждения двигателя широко применятся в электроприводе благодаря простоте и экономичности. Мощность, затрачиваемая в регулировочном реостате, включенном в цепь возбуждения, не превышает 1—2% мощности двигателя. Удовлетворительной будет и плавность регулирования скорости, так как использование маломощного регулировочного реостата с большим числом ступеней не вызывает затруднения. Она регулируется только вверх от основной.

Скорость идеального холостого хода   увеличивается с уменьшением магнитного потока Ф. Момент короткого замыкания  уменьшается с уменьшением потока возбуждения (рис. 34). Диапазон регулирования при данном способе сравнительно невелик и составляет обычно от 1,5:1 до 4:1. Верхний предел скорости ограничивается тем, что при значительном уменьшении потока возбуждения механическая характеристика значительно смягчается и скорость становится нестабильной (см. рис. 34). Нижний предел угловой скорости ограничен насыщением машины, когда увеличение тока возбуждения уже не вызывает роста магнитного потока. Как видно из рис. 34, при значительном нагрузочном моменте снижение магнитного потока приводит не к увеличению скорости, а, наоборот, к ее снижению.

Следует отметить, что вследствие значительной индуктивности обмотки возбуждения время регулирования при данном способе будет сравнительно велико, если не принять специальных мер.

Для получения жестких механических характеристик при малых скоростях якорь двигателя шунтируют реостатом R_ш, как это показано на рис. 35, а. Схема с шунтированием якоря используется в приводах сравнительно небольшой мощности. Обычно она применяется для предварительного снижения скорости при необходимости точной остановки привода. Длительная работа при шунтированном якоре неэкономична вследствие относительно больших потерь энергии в реостате. Диапазон регулирования скорости для рассматриваемого случая составляет примерно (3÷5):1.

На рис. 35, б изображена механическая характеристика 3 для данного случая регулирования. Для сравнения там же изображены естественная 1 и реостатная 2 характеристики двигателя. Как видно из рисунка, механическая характеристика пересекает ось ординат в точке ω'₀. Снижение угловой скорости идеального холостого хода объясняется тем, что при отсутствии тока в якоре напряжение, приложенное к якорю, будет ниже напряжения сети на величину падения напряжения в реостате R_п, через который ток будет проходить и при холостом ходе.

Механическая характеристика двигателя при шунтировании якоря отличается жесткостью, что обеспечивает стабильность регулирования скорости. Жесткость механической характеристики и скорость идеального холостого хода зависят от соотношения величин сопротивлений последовательного R_п (см. рис. 35, а) и шунтирующего R_ш реостатов. С увеличением величины сопротивления R_ш увеличивается наклон характеристики и снижается скорость идеального холостого хода. Когда R_п=∞, двигатель будет работать в режиме динамического торможения на внешний реостат R_ш.

Регулирование скорости двигателей постоянного тока с последовательным и смешанным возбуждением

Регулирование скорости двигателей с последовательным и смешанным возбуждением осуществляется теми же тремя способами, что и двигателя с параллельным возбуждением.

Регулирование скорости двигателя введением реостата в цепь якоря имеет те же достоинства и недостатки, какие были отмечены для двигателя с параллельным возбуждением. Схема включения и механические характеристики двигателя при этом способе регулирования аналогичны тем, что представлены на рис. 9. Этот способ регулирования скорости широкого применения не нашел.

Значительно чаше используется регулирование скорости последовательно-параллельным включением двигателей (рис. 36). Этот способ регулирования  нашел применение в приводе рудничных электровозов. При параллельном соединении двигателей и полностью выведенном реостате (рис. 36, а) скорость двигателя равна номинальной. Наименьшая скорость имеет место при последовательном соединении (рис. 36, б) двигателей и полностью введенном в цепь якоря реостате. При полностью выведенном реостате и последовательном соединении двигателей (рис. 36, б) каждый из них работает при напряжении и скорости, равных половине их номинальной величины.

Таким образом, при наличии только одной ступени реостата можно получить четыре ступени скорости.

Уравнение скоростной характеристики при последовательном соединении двигателей имеет вид

,

Регулирование скорости изменением магнитного потока двигателя осуществляется шунтированием обмотки возбуждения (рис. 37, а) или обмотки якоря (рис. 37, б).

В первом случае параллельно обмотке возбуждения включается шунтирующий реостат R_ш.в. Ток якоря I_я распределяется обратно пропорционально сопротивлениям обмотки возбуждения и шунта

.

Поскольку ток якоря I_я=I_о.в+I_ш.в, то ток возбуждения

,

Механическая характеристика и, соответствующая пониженному потоку возбуждения, расположится выше естественной характеристики е (рис. 37, в).

При шунтировании обмотки возбуждения верхний предел скорости обычно не превышает 150% номинальной, так как ограничен условиями коммутации и механической прочностью двигателя.

Из формулы (7) видно, что если при данном способе регулирования момент сохранить постоянным, то с уменьшением магнитного потока Ф должен возрастать ток якоря I_я, что может вызвать перегрев двигателя и выход его из строя. Поэтому данный способ регулирования целесообразно использовать для приводов, мощность которых постоянна, а момент изменяется в зависимости от скорости по гиперболической кривой.

Регулирование скорости двигателя шунтированием обмотки якоря. При шунтировании обмотки якоря реостатом R_ш.я (см. рис. 37, б) увеличиваются ток обмотки возбуждения и, как следствие, магнитный поток двигателя. Шунтирование обмотки якоря вызывает увеличение жесткости механической характеристики двигателя и появление конечной скорости идеального холостого хода, причем механические характеристики будут пересекать ось ординат (см. рис. 37, б, линия и'). Появляются свойства двигателя смешанного возбуждения. Скорость идеального холостого хода уменьшается с уменьшением сопротивления шунта R_ш.я

.

Данный способ регулирования мало экономичен, так как потери мощности в шунтирующем резисторе имеют тот же порядок, что при регулировании введением реостата в цепь якоря. Этот способ применяется для кратковременного снижения скорости при необходимости сохранения достаточной жесткости механических характеристик. Скорость двигателя регулируется только вниз от основной. Пределы регулирования 1:0,5. Достоинством данного способа является устойчивость регулирования, особенно при малых скоростях.

Литература

1. Электропривод рудничных машин. М.М. Фотиев, М.: Недра, 1981
2. Электропривод и электрификация открытых горных работ. Б.П. Белых, В.И. Щуцкий,… М., Недра, 1983, 269 с.
3. Общий курс электропривода. М.Г. Чиликин, А.С. Сандлер, М., Энергоиздат, 1981, 576 с.

{/spoilers}