книги из ГПНТБ / Основы автоматизированного электропривода учеб. пособие

Выпускаемые промышленностью двпгателп смешанного возбуж­ дения рассчитываются таким образом, что в номинальном режиме работы отношение и. с. обмоток возбуждения составляет

т. е. большая часть и. с. обусловлена независимой обмоткой воз­ буждения Fm3 = (0,615 -г- 0,72) FB. И.

Скоростные п механические характеристики двигателя постоян­ ного тока смешанного возбуждения, приведенные па рис. 2-30, по своей форме приближаются к соответствующим характеристикам двигателей с независимым нлн последовательным возбужденпем

Рпс. 2-30. Скоростпыо (а) н механические (б) характеристики двигателя постоянного тока смешанного возбуждения (У?П.Я1 < У?п.я,).

в зависимости от отиошеппя и. с. обмоток возбуждения. При одина­ ковых номинальных мощностях н Дп.я* абсолютная величина жест­ кости механической характеристики двигателя смешанного воз­ буждения меньше, чем двигателя с независимым возбуждением, но больше, чем двигателя последовательного возбуждения. Скорость идеального холостого хода этих двигателей определяется магнит­ ным потоком, обусловленным действием только обмотки незави­

= 0,75-^0,85, чему соответствует скорость идеального холостого хода со0/сон = -1,3-5-1,6.

. Указанные значеппя со0 выше, чем соответствующие значения для двигателей с независимым возбуждением, но существенно ниже, чем для двигателей последовательного возбуждения.

Отметпм, также, что по перегрузочной способностп зтп двига­ тели также занимают промежуточное положенно. Если при допусти­ мом токе якоря I я.доп* = 2-1-2,5 наибольшие значения момента со­

ставляют для двигателя с независимым возбужденпем — Л/макс* =

80

= 2 н-2,5, с последовательным Ммаис* = 2,44-3,0, то для смешан­ ного возбуждения MMaliCs, = 2,2 4- 2,7.

Обычно естественные скоростная и механическая характери­ стики двигателем смешанного возбуждения приводятся в каталогах. В тех случаях, когда они неизвестны, их можно рассчитать по фор­ мулам (2-34) и (2-35), пользуясь универсальной кривой намагничи­ вания Ф*(Л)*), приведенной на рис. 2-31. Максимальная погреш­ ность прп таком расчете будет иметь место при токах якоря 0,75 < < / п <С 1,5 за счет неучтенного влияния реакции якоря. Эту погреш­ ность можно скорректировать, если полагать, что при / п = / я.и магпнтпый поток за счет реакции якоря снижается на ДФ* ж ж 0,06. Искусственные характеристики двигателей смешанного воз­ буждения рассчитываются так же, как и для двигателей последова­ тельного возбуждения, по формуле (2-43).

Внутреннее Сопротивление двигателя определяется величиной сопротивления собственпо обмотки якоря и дополнительных полю­ сов (Я„) и обмотки последовательного возбуждения (Дв.пос)- На рис. 2-32 показапа зависимость (Лп* + Яв.пос*)от мощности для двигателей смешанного возбуждеппя серии ДП.

Двигатель смешанного возбуждения может работать в тех же тормозных режимах, что и другие двигатели постоянного тока. Од­ нако тормозные режимы двигателя смешанного возбуждения имеют свою специфику. В частности, при рекуперативном торможении, когда со > о)0, ток якоря изменяет свое направление, что приводит к размагничиванию двигателя. В этом случае скоростная характе­

характеристики является продолжением характеристики в двига­ тельном режиме и может рассчитываться по (2-34). Механическая же характеристика будет иметь максимум отрицательного момента и асимптотически приближается слева к оси ординат, так как прп

81

то можно показать, что наибольший момент при указанных выше

стики в режиме рекуперативного торможения небольшой по вели­ чине. Можно увеличить жесткость механических характеристик и значения тормозного момента, если па период торможения пере­ ключить зажимы последовательной обмотки возбуждения. Однако это заметно усложняет схему включения главных цепей двигателя. Поэтому обычно для осуществления режима рекуперативного тормо­ жения последовательную обмотку возбуждения исключают из цепи

Рис. 2-33. Схемы включения двпгателя постоян­ ного тока смешанного возбуждения для режима рекуперативного торможения.

якоря — ее либо закорачивают, либо выключают, как показапо в схемах рис. 2-33. При этом осуществляется режим рекуператив­ ного торможеппя с независимым возбуждением при неполном потоке возбуждения двигателя. Механические характеристики в этом слу­ чае линейны и имеют вид пунктирной липни, изображенной на рис. 2-30, б. Можно показать, что при указанном переключении пере­ ходу в режим рекуперативного торможения соответствует резкое возрастание модуля жесткости механических характеристик. Это объясняется уменьшением сопротивления цепи якоря (/?в.пос = = 0) п отсутствием зависимости потока от тока якоря.

При рекуперативном торможении двигателей смешанного воз­ буждения нецелесообразно включать в цепь якоря добавочиое со­ противление, так как, помимо снижения экономических показате­ лей, это ведет к увеличению и без того высокой угловой скорости

шшо = (1>3-=-1,6) &)[,.

Режим торможеппя протпвовключопием осуществляется гак же, как и для двигателя последовательного возбуждения, т. е. в цепь якоря с целью ограничения тока вводится добавочное сопротивле­ ние и изменяется полярность напряжения на зажимах' якоря в соот­ ветствии со схемой на рис. 2-34, а. Механические характеристики при этом являются продолжением характеристик двигательного

.режима п приведены па рис. 2-34, б.

На рпс. 2-34, б показапы пмеющпо разпые по зпаку скорости пдсальпого холостого хода две пары характеристик, каждая из ко­ торых соответствует определенной полярности напряжения на за­

82

жимах якоря двигателя. При переключении контактов В и Я про­ исходит изменение полярности этого напряжения.

Для двигателя смешаииого возбуждения применяется главным образом один вид динамического торможения — с независимым возбуждением. То обстоятельство, что торможение осуществляется с неполным потоком, не играет существенной роли, так как эффек­ тивность торможения может быть увеличена за счет роста тока якоря при уменьшении величины добавочного сопротпвленпя в его дени. Характеристики в этом случае такие же, как п у двигателя с неза-

Рис. 2-34. Схема включения двигателя постоянного тока смешанного возбуждения, предусматривающая реверс н торможение противовключенпем (а), п соот­ ветствующие механические характеристики (б).

висимым возбуждением (см. рнс. 2-11). Динамическое торможение с самовозбуждением оказывается малоэффективным. Торможенпе с независимым возбуждением при использовании независимой об­ мотки ц последовательной обмотки, включенной на напряжение сетп через добавочное сопротивленце, заметных преимуществ не дает, но вместе- с тем существенно усложняет схему, так как необходимо переключать зажимы обмотки. В связи с этим оно не применяется для двигателей смешаииого возбуждения.

2-4. МЕХАНИЧЕСКИЕ И СКОРОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Асинхронные двигатели широко применяются в про­ мышленности благодаря простоте их конструкции, надеж­ ности в эксплуатации и сравнительно низкой стоимости. Расход дефицитных цветных металлов и общая масса на единицу мощности для асинхронных двигателей /в 1,5 — 2,0 раза меньше, чем для двигателей постоянного тока. Кроме того, для питания асинхронных двигателей в подавляющем большинстве случаев не требуются пре­ образовательные установки, так как они получают энер­

83

гию непосредственно от сетей переменного тока промыш­ ленной частоты.

Схема включения асинхронного двигателя в сеть п соответствующая ей однофазна^ схема замещения с вы­ несенным контуром намагничивания показаны на рис. 2-35.

На приведенной схеме замещения приняты следующие обозначения:

t/ф — действующее значение фазного напряжения сети, В;

/ц , / 1 , 1'г — фазные токи соответственно намагничивания, обмотки статора и приведенный ротора, А;

.Ttl — индуктивное сопротивление контура намаг­ ничивания, Ом;

RZ — активные фазные сопротивления обмоток соот­ ветственно статора и ротора; последнее при­ ведено к обмотке статора, Ом;

Ху, х'г — индуктивные фазные сопротивления, обус­ ловленные полями рассеяния обмоток ста­ тора и ротора; последнее приведено к обмотке статора, Ом;

i?2n — приведенное к обмотке статора активное фаз­ ное сопротивление, включенное последова­ тельно в цепь обмотки ротора, Ом; имеется в виду, что в фазах включены симметричные последовательные сопротивления i?2n, по­ казанные в схеме на рис. 2-35, а;

84

s — скольжение двигателя, равное

Рассматриваемая схема замещения асинхронного двига­ теля получена при определенных допущениях. В част­ ности, ее параметры считаются не зависящими от режима работы, не учитываются насыщение магнитопровода, до­ бавочные потери, а также влияние пространственных и временных высших гармонических составляющих н. с. обмоток статора и ротора.

^ л я вывода уравнения механической характеристики целесообразно рассмотреть баланс мощности в двигателе. Электромагнитная мощность Р 12, передаваемая ротору от статора вращающимся магнитным полем, определяется электромагнитным моментом М, развиваемым двигателем, и равна = Жсо0. Здесь, как и ранее, считается, что электромагнитный момент двигателя приблизительно равен моменту на его валу, т. е. не учитываются механические потери.^/.

Мощность, передаваемую ротору, можно разделить на две составляющие: мощность, преобразуемую в механи­ ческую jРм, п мощность потерь ДРЭЛ.2 в роторе. Первая составляющая может быть определена следующим обра­ зом: Рм == М со. Вторая составляющая представляет собой электрические потери в обмотках ротора и потери на перемагнпчивапие ротора. Как правило, потери в стали ротора существенно меньше электрических потерь, в связи с чем первыми можно пренебречь. Тогда

Р12 — Р&I “Ъ Ai3эл2

ИЛИ

М щ = Ма>+ ДРэл2-

Отсюда

85

М (s) асинхронного двигателя необходимо знать харак­ теристику (s). С целью вывода уравнения этой харак­ теристики обратимся к схеме замещения, из которой следует:

жение s однозначно определяет величин}' скорости дви­ гателя по формуле

Отметим, что для асинхронных двигателей обычно иод скоростными и механическими характеристиками пони­ маются зависимости тока и момента от скольжения. В этом случае соответствующие уравнения получают более ком­ пактную форму записи н оказываются удобными для вычисления.

Подстановка (2-50) в (2-49) дает уравнение механичес­ кой характеристики

Анализ этого выражения показывает, что зависимость М (s) имеет максимум, так как при скольжении s = 0 и s ->- ± оо М -+■0. Максимальное значение момента М к, развиваемого двигателем, принято называть критическим.

86

Соответствующее ему скольжение (sK) также называется критическим. Согласно общему правилу нахождения экст­ ремума функции для определения sH необходимо' решить уравнение вида dM/ds = 0, подставив в него М (s) по (2-52). Решение этого уравнения дает:

Знаки «±» в (2-53) означают, что максимум момента может иметь место при s > 0 в двигательном режиме или в режиме противовключения и при s < 0 в генераторном

ном режиме с рекуперацией энергии критический момент больше, чем при работе в двигательном режиме или режиме противовключения.

Из (2-52) и (2-54) с учетом (2-53) может быть получена

неравенств позволяет представить уравнение механической характеристики в виде

Основное преимущество записи уравнения механичес­ кой характеристики в виде (2-55) по сравнению с (2-52) заключается в том, что для (2-55)-достаточно знать лишь параметры, которые обычно указываются в каталогах или могут, быть найдены по данным каталогов, тогда как

87

такие параметры, как хк и Яг, обычно неизвестны. В ката­ логах на асинхронные двигатели, помимо номинальных данных Рн, сои и др., приводится также кратность макси­ мального момента в двигательном режиме по отношению к номинальному моменту X = M KR/MH. Это отношение часто называют также перегрузочной способностью двига­ теля. Значение sK в каталогах не приводится, но оно может быть найдено из (2-55) или (2-55а) при решении их

ния, когда s < (0,4 - г - 0,35) sK, с достаточной степенью точности можно пренебречь первым слагаемым знамена­ теля в (2-55а). В этом случае механическая характери­ стика может быть представлена прямой линией (участок характеристики О — а на рнс. 2-36), описываемой урав­ нением

Mf**2MKs/sK. (2-57)

Точка, соответствующая номинальному режиму ра­ боты двигателя, лежит на этом участке характеристики (Sh ^ s,,), называемом часто рабочим участком. При его линеаризации уравнение характеристики может быть пред­ ставлено в виде

При s s,, возможно пренебречь вторым слагаемым знаменателя в (2-55а). Тогда этот участок механической характеристики представляет собой часть равносторон­ ней гиперболы (участок бв) в соответствии с уравнением

88

Из (2-55) и (2-55а) следует, что координаты «крити­ ческой» точки М к и sK практически определяютформу механической характеристики. Анализ (2-53), (2-54) и соответственно (2-53а), (2-54а) показывает, что М к и sK уменьшаются с увеличением индуктивных сопротивлений обмоток хк и активного, сопротивления R t обмотки ста­ тора. Это означает, что увеличение указанных параметров приводит к сужению линейного участка механической характеристики.

Из выражений для sK и М к следует вывод о том, что критическое скольжение не зависит от питающего напря­

не зависит от активного

сопротивления цепи ротора, a sKпрямо пропорциональ­ но .КгхЭто свойство используется, в частности, для уве­ личения момента короткого замыкания (s = l, со = 0) асинхронных двигателей с фазным ротором при включе­ нии в цепь их ротора добавочных сопротивлений 7?2П. Последние могут быть подобраны таким образом, чтобы пусковой момент М К-а был равен максимальному М к, как показано на рис. 2-37 (кривая для Т?2П2). При этом сни­ жается величина тока короткого замыкания, который часто также называется пусковым током.

Максимальный момент определяется параметрами дви­ гателя. Для двигателей различной конструкции он изме­ няется в широких пределах, что видно из табл. 2-1.

Для двигателей с короткозамкнутым ротором меха­ ническая характеристика не всегда описывается форму­ лой (2-55) или (2-55а) во всем диапазоне изменения сколь-

89