книги из ГПНТБ / Основы автоматизированного электропривода учеб. пособие

Схема рнс. 4-21, 6 выгодно отличается от предыдущей в том отношении, что в этом случае возможен режим идеального холостого хода. Это связано с тем, что поскольку /„ = / с, то при / я = О ток в обмотке возбуждения не спадает до нуля.

Рис. 4-22. Механические характеристики двига­ теля постоянного тока последовательного воз­ буждения, включенного по схеме рис. 4-21, а,

при В а = const и Дш = var (ЯШ1 > В шг).

Аналогично рассмотренной ранее схеме и в этом случае могут быть записаны уравнения скоростной и механической характерис­ тик в виде

где ДП= Д П+ ДП; а = Bm/(RU+ Яш).

Полученные уравнения не могут быть использованы для рас­ чета скорости без учета дополнительных условий, так как поток возбуждения является функцией тока в последовательном сопро­ тивлении / в = / с. Задача построения механических и скоростных характеристик может быть решена, если учесть, что в соответствии е (4-30) / с п 1Япри любых значениях скорости связаны соотношением

jис-\-Вш1я

°" Лп + Лш '

Отсюда, задаваясь / я, следует найти / с = / в, а затем по кривой намагничивания значение Ф, что, в свою очередь, дает возможность вычислить величину М. Значения угловой скорости находятся

190

по (4-ЗЗа). Расист скоростных п механических характеристик удобно свести в таблицу следующего вида:

Из последнего выражения для тока /<; следует, что он умень­ шается с уменьшением / я п при / я -> — Uc/Rm I c — I в —>0, а значит, и Ф -» 0, что в соответствии с (4-ЗЗа) приводит к неограниченному

мента, приближенно может быть определено, если положить, что на начальном участке кривой намагничивания поток пропорцио­ нален току возбуждения. Тогда

Ф =а11в= ах^сЧ~-5щ^я

Отсюда значение тока / я, соответствующее ЛГмаКс. равно:

‘яМмакс Uc/2Rm-

191

С ледовательно,

Ломакс —— ко.! 47?ш (-^п+^ш)

Дп+ 2Дш + R n+ R'nRnlRm

мМмакс =

На рпс. 4-24 и 4-25 приведены семейства соответственно ско-

снижается, а соответствующая ему скорость увеличивается, как показано на рпс. 4-25.

На рпс. 4-26 п 4-27 приведены семейства скоростных п механи­ ческих характеристик прп R'a = const и R m = var. Прп пзмененпп

где Ф (Uc/R'n) — значение потока двигателя прп токе возбуждения

'в =

192

Скорость, соответствующая точке поресечеппл характеристик, может быть определена из (4-ЗЗа), если в нем положить I п — Uc/R'n.

Тогда

RnUo

Из рпс. 4-26 впдно, что по мере увеличения Пш снижается 1С, соответствующий / я = 0, т. о. холостому ходу двигателя. Кроме того, и в этом случае с ростом Rm снижается М макс п увеличивается “ лгмакс’ как ск азан о на рис. 4-27.

со

Анализ механических характеристик показывает, что в рас­ сматриваемой схеме на рпс. 4-21, 6 возможно регулирование угло­

вой скорости в двигательном режиме вниз от основной скорости: При этом модуль жесткости механических характеристик больше, чем при реостатном регулировании. В отличие от предыдущей схемы включепия в данном случае допустимый момент на валу двпгателя уже не постоянный, а, как правило, меньше номинального. Дейст­ вительно, в двигательном режиме работы всегда / п .< / с, и посколь­ ку / с = / в, а ток возбуждения должен быть ограничен номинальной величиной, равной 1Я. н, то / я < / я. н, откуда' и следует М =

= А-Ф (/я. н) / я < М н.

Потери мощности в расс-матрпваемой схеме и значения к. п. д. при регулировании скорости такие же, как и в случае шунтирования якоря двигателя независимого возбуждения. В связи с этим данный способ применяется для регулирования скорости двигателей при относительно непродолжительной работе в зоне низких скоростей.

В схеме рлс. 4-21, в обмотка возбуждения включена в цепь шунтирующего сопротивления. При этом / ц = / ш. Уравнения скоростпон и механической характеристик аналогичны (4-33) и (4-34) н имеют вид:

*ий-{1Гя+ аНп)1п

где Ля —Ля + Дп п; я = Лш/(Йп+ Лш); ^ Ш= ^ п + Лш-

Как н в предыдущем случае, для построения скоростных н механических характеристик необходимо знать -зависимость тока в обмотке возбуждения от / я, т. е. зависимость / ш (/„). Из (4-30) следует

гис— Лп^я

Расчет скоростных п механических характеристик удобно свести в таблицу следующего вида:

Из выражения для тока / ш следует, что он уменьшается с увели­ ченном /„ п при / я — и с/Пп имеем / ш — 0. Это значит, что п Ф — О п, как следует из (4-336), со - » — то. Таким образом, скоростная характеристика имеет асимптотой прямую, параллельную осп орди­ нат н соответствующую току / я = UcIRn. Механическая же характе­ ристика асимптотически приближается к оси ординат, имея макси­ мум момента. Используя ранее принятое допущение о прямолиней­ ности кривой намагничивания, запишем:

Ф = а 1/ В = а 1 Uс—

и

194

П олученное выражение для а м показывает, что максимум

момента имеет место при относительно небольшой скорости. В част­

момент. В связи с этим данная схема часто используется для регу­ лирования угловой скорости электроприводов подъемных механиз­ мов, работающих в режиме спуска грузов. Соответствующая меха­ ническая характеристика показана пунктиром на рнс.4-28 (кривая 3). Когда требуется спустить относительно легкий груз, например

Рис. 4-29. Скоростные (а) и механические (б) характеристики двигателя постоянного тока, включенного по схеме рис. 4-21, в, при Ящ = const и Ra = var; ДП1 > ЯП2-

пустой крюк подъемного крана, вес которого недостаточен для преодоления сил трения в механизме, необходим двигательный режим электропривода (МС1, 0 4 ). Если же вес груза большой, то для

предотвращения его падеипя электропривод должен работать в тор­ мозном режиме (МС2, со»). При этом, как впдпо из характеристики, угловые скорости "двигателя при спуске грузов незначительно отличаются друг от друга.

Для оценки влияния регулировочных сопротивлений рассмот­ рим, как п прежде, два семейства регулнровочпых характеристик:

Яп = var; Ящ = const и

На рис. 4-29 показаны скоростные и механические характерис­ тики, соответствующие этому случаю.

При регулировании скорости за счет изменения Лщ при посто­

янном Яп все скоростные характеристики имеют общую асимптоту с абсциссой / л = и сШи- С увеличением Яш растет скорость идеаль­ ного холостого хода, что объясняется снижением 1т = / в при / л = 0 .

Соответствующие рассматриваемому случаю характеристики пока­ заны на рис. 4-30. .

В рассматриваемой схеме в двигательном режиме возможно регулирование скорости вппз от оснопной. При этом пе всегда удается полностью использовать двигатель, так как токи в якоре и обмотке возбуждения не совпадают друг с другом, в связи с чем

196

при поминальном токе в одной обмотке ток в другой может быть меньше, а значит, будет меньше н допустимый момент двигателя. Кроме того, в двигательном режиме при низких скоростях модуль жесткости механических характеристик относительно мал, что ограшгчивает диапазон регулирования угловой скорости. По энер­ гетическим показателям рассматриваемая схема аналогична схеме шунтирования якоря двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

4-5. РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЕМ ПОТОКА ВОЗБУЖДЕНИЯ

Регулирование скорости путем изменения магнитного потока используется для двигателей постоянного тока. Этот принцип регулирования следует непосредственно из анализа выражений для скоростных и механических характеристик — см. (2-7), (2-9), (2-34) и (2-35). Обратим внимание на то, что ток возбуждения, а значит, и поток могут изменяться лишь в сторону уменьшения по срав­ нению с номинальными, так как по условиям нормальной работы обмотки возбуждения ток в ней не может длительно превосходить номинальную величину. Кроме того, даже кратковременное увеличение / в оказывается неэффек­ тивным, так как в большинстве случаев магнитные цепи электрических машин уже при номинальном потоке близки к насыщению. Следовательно, речь идет лишь о регули­ ровании скорости путем снижения потока или, как при­ нято говорить, путем ослабления потока возбуждения.

Основным достоинством рассматриваемого метода ре­ гулирования является то, что мощность обмотки возбуж­ дения невелика н составляет, как правило, 5—2% мощ­ ности двигателя. Для двигателей независимого возбужде­ ния это означает, что регулирование скорости осущест­ вляется за счет изменения режима работы в цепях отно­ сительно небольшой мощности. Это, в свою очередь, позволяет получить плавное регулирование скорости. Для машин малой, а иногда и средней мощности обычно используются резисторы в цени возбуждения (рис. 4-31,а), а для крупных машин — специальные преобразователи, например генераторы, электромашннные усилители, маг­ нитные усилители, вентильные преобразователи (рис.4-31,б).

Допустимая нагрузка на валу двигателя может быть найдена из условия, согласно которому ток якоря при ре­ гулировании остается неизменным и равным номиналь­ ному, т. е.

•Мдоп = /сФ/Я-Ц.

197

С другой стороны, из уравнения скоростной характе­ ристики следует

ЛФ __ Ц I I —Дл/л. н

0)

Отсюда

Нетрудно видеть, что числитель этой дроби неизме­ нен и равен электромагнитной мощности, развиваемой

п и>

б)

двигателем при работе в номинальном режиме. В связи с этим для данного способа регулирования угловой ско­ рости допустимая мощность на валу двигателя является постоянной, т. е.

с постоянной мощностью. В соответствии с полученным выражением зависимость допустимого момента от ско­

(2-16), из которых следует, что с уменьшением потока воз­

198

каиия / к.з = U JR n, снижаются момент короткого за­ мыкания М„ з = /сФ/,(з и модуль жесткости механиче­ ских характеристик |р| = к2Ф2Шп.

На рис. 4-33 показаны скоростные и механические характеристики при ослаблении, потока двигателя с не­ зависимым возбуждением. Там же пунктиром показана зависимость MRon (со). Из рис. 4-33, б видно, что с умень­

Рис. 4-33. Скоростные (я) и механические (б) характеристики дви­ гателя постоянного тока независимого возбуждения при регулиро­ вании его скорости изменением магнитного потока; Фз > Фг > Ф3.

жесткости механических характеристик, что ограничи­ вает диапазон регулирования угловой скорости. Кроме того, верхний предел регулирования скорости ограничи­ вается механической прочностью элементов якоря ма­ шины — бандажей обмотки якоря, коллектора и т. д. Отечественная электротехническая промышленность вы­ пускает двигатели, рассчитанные на регулирование ско­ рости ослаблением потока в диапазоне до 1 : 8 .

Следует отметить, что ослабление потока однозначно приводит к росту скорости только в том. случае, когда момент нагрузки на валу двигателя обратно пропорцио­ нален скорости. Если же М с = const, то увеличение ско­ рости будет иметь место лишь до определенного значе­ ния кФ. При дальнейшем снижении потока начнется и снижение угловой скорости, так как в случае М = const ослабление потока приводит к увеличению тока якоря

199