5.3.13. Регулювання частоти обертання шунтових двигунів

Як видно із співвідношення (6) частоту обертання п можна регулювати декількома способами.

1. Введенням додаткового опору в коло якоря. Цей опір, на відміну від

пускового реостата, повинен бути розрахований на тривалу роботу. При

введенні додаткового опору R_д формула обертів набирає такого вигляду:

.

Зі збільшенням R_д чисельник зменшується і зменшується частота

обертання. Цей спосіб дає змогу тільки понижувати п. Однак він застосовується дуже мало через значні затрати енергії в опорі R_д, які значно зростають із зростанням потужності двигуна.

2. Зміною основного магнітного потоку. Регулювання здійснюється

реостатом R_р в колі збудження двигуна. Змінюючи R_р, змінюємо І_зб, що

призводить до зміни Ф, а тим самим п. Залежність частоти обертання від струму збудження називається регулювальною характеристикою двигуна п = f (І_зб), якщо U=const M_Г.М. =const..

Із виразу (6) випливає, що із зменшенням магнітного потоку частота

обертання п збільшується за гіперболічним законом (рис. 5.46,а). Зменшення

потоку Ф веде до зростання струму якоря двигуна ( ), а збільшення струму веде до зростання електромагнітного моменту і при постійному гальмівному моменті частота обертання двигуна збільшується.

Якщо момент навантаження невеликий, на валу двигуна максимальна

частота обертання n_mах може у багато разів перевищувати номінальну частоту

обертання п_н, що є недопустимим з умов механічної міцності двигуна, тобто

може привести до його рознесення. Враховуючи це, максимальний опір

регулювального реостата не повинен призводити до зростання п вище від допустимого значення для заданої серії двигунів.

Отже, введення реостата в коло збудження дає змогу плавно змінювати

(регулювати) частоту обертання вгору від n_ном до n_mах/ n_ном= 2-3. Можливості регулювання обмежуються механічно міцністю та умовами комутації машини.

Цей метод регулювання економічний, оскільки струм в колі збудження завжди порівняно малий і_зб = (0,01 - 0,07) І_я, тому витрати у регулювальному реостаті ( ) невеликі. На практиці цей метод регулювання п широко застосовують.

3. Регулювання п зміною напруги в колі якоря. Цей метод використовується лише тоді, якщо і_зб = const, тобто при роздільному живленні кола якоря і кола збудження - при незалежному збудженні.

При зміні напруги на якорі U змінюється частота обертання п_о, а

залишається незмінним (формула 9). В результаті жорсткість механічної характеристики (якщо нехтувати дією реакції якоря) не змінюється (рис. 5.46,б), тобто характеристики паралельно зміщуються по висоті, що, очевидно, приводить до зміни частоти обертання. Для такого способу регулювання необхідно коло якоря увімкнути до джерела живлення регульованої напруги. Для двигунів малої та середньої потужності таким джерелом може бути регульований випрямляч. Для двигунів великої потужності застосовують генератор постійного струму з регульованою напругою.

5.3.14. Двигуни з послідовним збудженням

В цих двигунах обмотка збудження вмикається послідовно з колом якоря (рис. 5.42), тому магнітний потік Ф залежить від струму навантаження.

При невеликих навантаженнях магнітна система машини ненасичена й залежність Ф від І прямо пропорційна: . У цьому випадку електромагнітний момент пропорційний квадрату струму, а частота обертання зворотно пропорційна струму:

,

де k - коефіцієнт пропорційності між I та Ф.

На рис. 5.47,а зображені робочі характеристики М=f(I) n=f(I) двигуна послідовного збудження. При великих навантаженнях настає насичення магнітної системи двигуна й тоді магнітний потік при зростанні практично вже не збільшується, характеристики двигуна стають майже прямолінійними. Частота обертання серієсного двигуна значно змінюється при зміні навантаження. Таку характеристику називають м'якою.

При зменшенні навантаження серієсного двигуна різко зростає частота його обертання, а при навантаженнях, менших, ніж 25 % від номінального, може досягти небезпечних для двигуна значень ("рознесення"). Тому робота двигуна послідовного збудження, а також його пуск при навантаженні на валу, меншому за 25 % від номінального – не допускаються.

Для надійнішої роботи вал серієсного двигуна повинен бути жорстко з'єднаним з робочим механізмом (за допомогою муфти, зубчатою передачею

тощо). Застосування ремінної передачі недопустиме, оскільки при обриві чи

скиданні ременя може відбутися "рознесення" двигуна. Отже, ці двигуни не

можуть працювати в режимі холостого ходу.

Механічні характеристики n=f(M) серієсного двигуна зображені на рис. 5.47,б (1 - природна, 2 - штучна - при введенні опору в коло якоря). Криві, що

різко спадають, забезпечують двигуну стійку роботу при будь-якому механічному навантаженні. Властивість цих двигунів розвивати великий обертовий момент, пропорційний квадрату струму, має важливе значення, особливо у важких умовах пуску та при перевантаженні, тому що з поступовим наростанням струму двигуна потужність на його вході росте повільніше ніж обертовий момент. Ця особливість є однією із причин їх широкого застосування як тягових двигунів на транспорті, а також як кранових двигунів у підіймальних установках, тобто у всіх видах електропривода з важкими умовами пуску, поєднаними із значним навантаженням на вал двигуна при малій частоті обертання.

Частоту обертання двигуна послідовного збудження можна регулювати зміною або напруги U, або потоку збудження.