книги из ГПНТБ / Основы автоматизированного электропривода учеб. пособие

так называемые граничные характеристики, соответствую­ щие естественным характеристикам идеализированной ма­ шины постоянного тока последовательного возбуждения,

Из (2-40) и (2-34) следует, что угловая скорость при одном и том же значении тока, а значит, и момента в случае включения сопротивления в цепь якоря может быть определена по скорости на граничной характеристике

следующим образом:

со = шгр (1 — Л Я3*/я*)-

кой базисной величине скорости характеристики в отно­ сительных величинах не могут быть универсальными в полном смысле слова, поскольку их жесткость зависит от сопротивления, а относительное значение сопротивления цепи якоря (Ля* + Яв*) изменяется в широких пределах для двигателей различной мощности (рис. 2-17). Поэтому обычно в каталогах и справочниках приводятся две ха­ рактеристики со* (/я*) для двигателей с мощностями до 10 кВт и более 10 кВт.

В тех случаях, когда известна естественная скоростная характеристика, значение скорости на искусственной харак-

70

терпстнке при заданном токе якоря определяется по фор­ муле

Граничная скоростная характеристика не зависит от сопротивления якоря. Поэтому если ее построить в отно­ сительных единицах, то можно получить действительно универсальную характеристику для определенной серии двигателей. Это обусловлено' тем, что характеристики магнитных систем двигателей одной серии можно считать подобными с точностью, достаточной для практических расчетов. На рис. 2-16 по­

определения базисной ско­ рости помимо паспортной величины а н необходимо также

знать относительное сопротивление двигателя R n^ + i?B*. Переходя к анализу тормозных режимов двигателя последовательного возбуждения, прежде всего отметим, что для него неосуществим режим рекуперации, так как он связан с необходимостью увеличения скорости выше

скорости идеального холостого хода.

Режим торможения последовательно с сетью — противовключение — осуществляется при тех же условиях, что и для двигателя независимого возбуждения, т. е. при ак­ тивном моменте нагрузки, когда М а > М к 3 (характе­ ристика 1 на рис. 2-18), или при переключении поляр­ ности напряжения на зажимах якоря в соответствии. со

71-

схемой на рис. 2-19 (характеристика 2 па рис. 2-18). Как и для двигателя независимого возбуждения, при тормо­ жении протнвовклгоченыем в цепь якоря должно быть включено дополнительное сопротивление для ограниче­ ния тока. Величина этого сопротивления может быть определена по формуле

Uс.Ч~А'Ф (Льмакс) (<Ц

■Яя -\~Ru + Лп.я

торможения нротивовкдюченпем не велика.

Для двигателя последовательного возбуждения воз­ можны две схемы осуществления динамического торможе­ ния при питании обмотки возбуждения независимо от якоря и при самовозбуждении. Схема для реализации первого вариаита показана на рис. 2-20. После отключе­ ния линейного контактора Л замыкаются оба контакта контактора Т, в результате чего якорь двигателя замы­ кается на резистор Лд т, а обмотка возбуждения вклю­ чается на напряжение сети через добавочный резистор i?T-B. Величина сопротивления последнего обычно выби­ рается таким образом, чтобы 1Т в — / я „. В рассматривае-

72

моы случае поток двигателя ие изменяется и, следова­ тельно, скоростные и механические характеристики и их уравнения будут точно такими же, как и для двигателя независимого возбуждения. Однако в отличие от двига­ теля независимого возбуждепия в данном случае при динамическом торможении цепыо обмотки возбуждения потребляется большая мощность из сети. Действительно, если выбирается / т „ = 1п „, то Рв = I nMUH= Рп, т. е.

При динамическом торможении с самовозбуждением двигатель отключается от сети, его обмотка возбуждения остается включенной в цепь якоря, которая замыкается на дополнительное сопротивление /?д тпо схеме па рис. 2-21. После отключения двигателя от сети якорь продолжает вращаться под действием сил инерции и в его обмотке наводится э. д. с., обусловленная остаточпым потоком возбуждения. Под действием этой э. д. с. в замкнутом контуре цепи, якоря возникает ток, который одновременно является и током возбуждения. Если направление этого тока таково, ^ что обусловленный им магнитный поток совпадает по направлению с остаточным потоком, то в результате увеличивается поток и возрастает э. д. с. якоря, что в свою очередь вызывает увеличение тока, а значит, и потока п т. д. Иными словами, в рассматривае­ мой схеме будет иметь место процесс самовозбуждения. Из приведенного описания процесса самовозбуждения следует, что для ого возникновения необходимо, чтобы направление тока в обмотке возбуждения совпадало с

73

направлением тока в этой обмотке в режиме, предшество­ вавшем торможению, если при этом направление вращения также остается прежним.

В частности, если режиму динамического торможения предшествует двигательный режим, то для выполнения сформулированного условия необходимо переключить за­ жимы обмотки возбуждения или якоря, так как в двига­ тельном режиме направление тока совпадает с направле­ нием напряжения сети, тогда как в режиме торможения оно должно совпадать с направлением э. д. с. двигателя,

приведенной на рис. 2-22. На этой схеме пунктирными

возбуждения. После переключения схемы на режим дина­ мического, торможения размыкаются контакты Л и замы­ каются Т, в результате чего с зажимом якоря Я2 сое­ диняется зажим В 2 обмотки возбуждения. Направления токов в якоре и обмотке возбуждения для этого случая показаны на схеме сплошными стрелками. Благодаря указанному переключению направление тока обмотки воз­ буждения остается неизменным, тогда как направление тока якоря меняется на обратное.

Ток и момент двигателя могут быть определены на основании анализа работы электрической цепи по схеме

74

иа рис. 2-21, содержащей активное сопротивление /?пу = = Ни -|- В а + У?д т и источник э. д. с. с нелинейной харак­ теристикой, приведенной на рис. 2-23. Как известно из теории электрических цепей, установившийся режим ра­ боты такой цепи характеризуется точкой пересечения вольт-амперных характеристик элементов схемы. Вольтамперпая характеристика активного сопротивления пред­ ставляет собой прямую линию, угол наклона которой определяется Т?я2 в соответствии с выражением tgy = = mR;is, где т — коэффициент, учитывающий масштабы по осям на рис. 2-23. Для источника э. д. с. следует построить семейство характеристик Е (1В) для ряда зна­ чений скорости. Из графиков на рис. 2-23 видно, что не для всякого зпачения скорости существует точка пересе­ чения вольт-амперных характеристик, т. е. не всегда

для существования режима самовозбуждения при какойлибо скорости (0^ необходимо, чтобы угол наклона у вольт-

участка вольт-амперной характеристики источника э. д. с. Е (/в) при данной угловой скорости, т. е. у < у

Если учесть, что касательная к начальной части кривой Е (7В) при каком-либо значении скорости соответствует вольт-амперной характеристике постоянного по величине сопротивления Rj = igy^/m, то приведенное выше условие может быть сформулировано иначе: для существования режима самовозбуждения необходимо, чтобы 7?яв < Rj- При У?Я2 — Rj самовозбуждение прекращается при ско­

электрической машины линейным и выражая э. д. с. в

откуда следует, что критическое сопротивление контура самовозбуждения снижается по мере уменьшения ско­ рости в процессе торможения.

Из приведенных рассуждений вытекает, что для воз­ никновения режима динамического торможения с само­

75

возбуждением необходимо выполнение условия

Лях ■'С-^нр.нач = /fOCi(Ojia4,

где сопач — скорость, с которой начинается процесс тормо­ жения самовозбуждением.

Для построения скоростных характеристик двигателя последовательного возбуждения в режиме динамического торможения с самовозбуж­

следует, что если построить только одну вольт-амперную характеристику э. д. с. для начальной скорости

Еаиач —(Онач^Ф (^b)i

то для других значений скорости

76

Таким образом, для значений скорости, отличных от начальной, вольт-ампериые характеристики нагрузки (со­ противления цепи якоря) представляют собой' пучок прямых, проходящих через начало координат и имеющих различные масштабы по оси ординат, определяемые по формуле

СОнач

тс = тепа ч - ^ .

Ход построения скоростной характеристики со (/я) по­ казан на рис. 2-24. Механическая характеристика может быть построена по точкам скоростной, если учесть, что

Рис. 2-25. Скоростные (а) и механические (б) харак­ теристики двигателя постоянного тока последователь­ ного возбуждения в реяшме динамического торможения

ссамовозбуждением.

М— E IJw . На рис. 2-25 представлены скоростные и механические характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения в режиме динамического торможения при разных значениях ВД Т. Из этпх харак­ теристик видно, что при постоянном значении сопротив­

ления цепи якоря динамическое торможение осущест­ вляется в относительно узкой зоне скоростей. При этом модуль жесткости механических характеристик относи­ тельно высокий. G целью осуществления электрического торможения двигателя до достаточно малых значений скоростей необходимо по мере снижения скорости умень­ шать добавочное сопротивление в цепи якоря.

В действительности механические и скоростные харак­ теристики в режиме динамического торможения с само­ возбуждением несколько отличаются от характеристик

77

рис. 2-25, построенных на основании приведенной на рис. 2-24 теоретической кривой намагничивания. На практике при снижении тока возбуждения до нуля в электрической машине имеется остаточный поток, обусловливающий начальную э. д. с. в процессе самовозбуждения. Вольтамперные характеристики для машины с реальной кривой намагничивания показаны на рис. 2-26, а соответствую­ щие этому случаю скоростная и механическая характе­ ристики — на рис. 2-27. Сопоставление этих характе­ ристик с характеристиками, приведенными на рис. 2-25,

показывает, что при токах, соответствующих насыщению магнитной цепи, эти характеристики практически не отличаются друг от друга. При токе возбуждения (якоря), соответствующем линейному участку кривой намагничи­ вания, процесс торможения не прекращается совсем, но становится малоэффективным, так как резко снижается величина момента. В связи с этим приведенное выше усло­ вие < /?кр на практике следует понимать в том смысле, что при его соблюдении может быть получен значительный по величине тормозной момент при заданной скорости. Показанные на рис. 2-27 пунктирные линии соответствуют характеристикам, построенным без учета остаточного маг­ нитного потока.

78

2-3. МЕХАНИЧЕСКИЕ И СКОРОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА СО СМЕШАННЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

На рис. 2-28 приведена схема включения двигателя со смешан­ ным возбуждением, который имеет две обмотки возбуждения: неза­ висимую и последовательную. В двигательном режиме, для которого на схеме показаны стрелкамн направлеипя токов, намагничивающие силы (н. с.) независимой п последовательной обмоток возбуждения направлены согласно. В этом режиме н. с. главных полюсов двига­ теля определяется суммой н. с. отдельных обмоток

где и>нез, wnoc — числа витков независимой н последовательной об­ моток возбуждения.

Магнитный поток двигателя смешанного возбуждения так же, как и двигателя последовательного возбуждения, зависит от тока якоря, а значит, н от момента на валу. Отсюда следует, что для ско­ ростных н механических характеристик двигателя справедливы уравнения (2-34) и (2-35). Однако в данном случае зависимость Ф (/я) отличается от аналогичной зависимости для двигателей по­ следовательного возбуждения. Прежде всего эта завнспмость за счет Гнез = const будет иметь смещенное вправо по оси абсцпсс начало координат, как показано на рнс. 2-29. Ток якоря, соответствующий полностью размагниченному двигателю, может быть определен из (2-45) при FB = О

Кроме того, магнитный поток двигателя определяется не только н. с. обмоток возбуждения, но также н реакцией якоря. В связи с этим вид кривой Ф (/„) будет в известной степени определяться со­ отношением и. с. обмоток возбуждения. Из указанного положения следует, в частности, вывод о том, что для двигателей смешанного возбуждения при различных значениях отношения FHB3/Fnoc прак­ тически нельзя использовать уипверсальпые характеристики.

79