7.4. Схемы шунтирования якоря двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением

Для маломощных двигателей с последовательным возбуж­дением применима потенциометрическая схема регулирования напряжения, приложенного к силовой цепи двигателя, ана­логичная рассмотренной на рис. 7.4, а.Механические харак­теристики в этой схеме подобны характеристикам двигате­ля с последовательным возбуждением при различных на­пряжениях, но с увеличенным и изменяющимся от характе­ристики к характеристике суммарным сопротивлением якор­ной цепи.

Более благоприятная форма регулировочных механических характеристик получается в схеме шунтирования якоря, пред­ставленной на рис. 7.6, а.В этой схеме сопротивление шун­тирует только обмотку якоря двигателя, а обмотка возбужде­ния включается последовательно в цепь добавочного сопро­тивленияRдоб. Как следствие, по сравнению с потенциометрической схемой здесь кроме снижения подведенного к цепи якоря двигателя напряжения достигается также эффект уве­личения тока возбуждения за счет тока, протекающего поR_Ш. Благодаря последнему ток возбуждения при идеальном хо­лостом ходеIя =0 и неpaвен нулю:

где α’_Ш=R_Ш/(Rш +Rдоб +Rв), а скорость идеального холостого хода имеет ограниченное значение:

Рис. 7.6. Схема шунтирования якоря двигателя с последовательным возбуждением (а) и соответствующие ей электромеханические (б) и механические(в)характеристики приR_Ш=const,R_ДОБ=var

При ω> ω_0Шдвигатель переходит в генераторный режим, в котором поступающая с вала механическая энергия пре­образуется в электрическую и теряется в виде теплоты в сопротивленияхR_Яи Ящ. Двигатель работает генерато­ром параллельно с сетью на сопротивлениеR_Ш,и увели­чение напряжения наR_Шпо мере роста скорости дви­гателя вызывает постепенное уменьшение потребляемого из сети тока, т. е. тока возбуждения. ПриI_ШR_Ш→U_С I_В→ 0, а скорость двигателя неограниченно возрастает. Поэтому в об­ласти генераторного режима электромеханическая характери­стика по мере роста скорости асимптотически приближается к прямой:i_Я=I_K2=-U_C/R_Ш. Так как при этом поток стре­мится к нулю, момент двигателя в генераторном режиме вна­чале возрастает, достигает максимума и в дальнейшем приω→∞ Μ=kФIя → 0, т. е. механическая характерно гика асимп­тотически приближается к оси ординат слева.

Электромеханические и механические характеристики в схе­ме шунтирования якоря двигателя с последовательным возбуждением на рис. 7.6, б и вприведены для случая, когдаR_Ш=const.R_ДОБ==var. Благодаря ограниченной скорости иде­ального холостого хода эти характеристики создают более благоприятные условия для регулирования скорости, чем ха­рактеристики в потенциометрической схеме.

Регулирование R_ШприRдоб=constдает семейство харак­теристик, приведенное на рис. 7.7,аи6.Аналогично потенциометрической схеме все эти характеристики пересекаются в одной точке, соответствующей I_K1(М_К1) и ω_К1в которой падение напряжения в якоре уравновешивается его ЭДС. Эта точка определяется пересечением реостатной характеристики, соответствующейRдоб приR_Ш=∞, и характеристики динамического торможения с независимым возбуждением приR_Ш=0 и Φ=Φ₁=const. где Φ₁=f(I_B1)=f[U_С/(R_В+Rдоб)].

Рнс.7.7. Характеристики в схеме рис. 7.6априRдоб=const,Rш=var

В схеме шунтирования якоря (см. рис. 7.6, ) при оп­ределении допустимой нагрузки на регулировочных характе­ристиках необходимо учитывать, что в двигательном режиме Iв >Iя. Это вынуждает в качестве критерия допустимой на­грузки при постоянной теплоотдаче принимать номинальный ток обмотки возбужденияIдоп =Iв,ном =Iном, что обеспечивает регулирование при потоке, равном номинальному, но требует по мере снижения скорости уменьшения момента Мдоп 4 / 14 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 > Следующая > >>

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

7.3. Схемы шунтирования якоря двигателя постоянного тока с независимым возбуждением

Наиболее благоприятные условия регулирования скорости двигателя с независимым возбуждением обеспечиваются из­менением подведенного к якорной цепи напряжения Uя. Для автоматического регулирования скорости предусматривается питание якорной цепи от индивидуального управляемого преобразователя (системы Г-Д и ТП-Д). Однако при невысоких требованиях к точности и плавности регулирова­ния в промышленных электроприводах используются резисторные схемы включения, получившие названиесхем шун-тирования якоря.

Потенциометрическая схема регулирования скорости дви­гателей с независимым возбуждением приведена на рис. 7.4, а. При двигателе небольшой мощности потенциометр может быть выполнен в виде реостата с подвижным контактом, путем перемещения которого подведенное к двигателю напря­жение можно изменять от 0 доUя =Uном. Электромехани­ческая и механическая характеристики двигателя в этой схеме могут быть получены по аналогии с системой УП-Д, если рассматривать потенциометр как источник регулируемого на­пряжения с внутренней ЭДС, равной напряжению холостого хода:

(7.13)

и внутренним сопротивлением

(7.14)

Рис.7.4. Регулирование скорости двигателя с независимым возбужде­нием в потенциометрической схеме

Подставив (7.13) и (7.14) в (5.6), получим уравнения ха­рактеристик в потенциометрической схеме в следующем виде:

(7.15)

(7.16)

Из (7.16) следует, что при перемещении движка потен­циометра скорость идеального холостого хода уменьшается пропорционально α_Ш, а модуль жесткости статической харак­теристики

(7.17)

является переменной, зависящей от α_Ш. При α_Ш=0 и α_Ш=1 жесткость β_Шравна жесткости естественной характеристики двигателя βпри питании его от бесконечно мощной сети. При промежуточных значениях α_Шмодуль жесткости β_Ш Iном. Наибольший ток шун­тирующей части потенциометраI_Ш.МАХбыстро увеличивается при уменьшенииRп, поэтому минимальная жесткость меха­нических характеристик в рассматриваемой схеме ограничи­вается приемлемой мощностью потенциометра. Тем самым ограничивается и возможный при данных пределах изменения нагрузки и требуемой точности диапазон регулирова­ния скорости.

Плавность регулирования при небольшой мощности дви­гателя, позволяющей использовать ползунковый реостат, по­лучается достаточно высокой. Однако с возрастанием мощ­ности двигателя эта возможность исключается и регулиро­вание осуществляется переключением ступеней регулировочных сопротивлений R_ШиRдоб с помощью силовой коммутиру­ющей аппаратуры.

При таком регулировании принимать суммарное сопро­тивление потенциометра R_П=Rш +Rдоб постоянным нецеле­сообразно, так как сопротивленияR_ШиRдоб могут регули­роваться независимо. Для этого случая (7.15) и (7.16) удобно представить в виде

(7.19)

(7.20)

Следует иметь в виду, как изменяются характеристики двигателя при изменении Rш при неизменномRдоб или на­оборот. Примем сначалаRдоб=constи будем изменять в (7.19)R_Ш(α_Ш).

При изменении сопротивления шунтирующего резистора от бесконечности до нуля скорость идеального холостого хода непрерывно уменьшается от ω_0номдо 0, а жесткость возрастает от β_Ш=c 2 /(R_Я+Rдоб) до βш = β.Все эти характе­ристики пересекаются в одной точке, в которой ток якоря дви­гателя имеет значение

(7.21)

при скорости в режиме противовключения

(7.22)

Это можно установить, определив напряжение на выводах якоря двигателя при Iя = I_K1и ω = ω_K1:

(7.23)

Подставляя (7.22) в (7.23), убеждаемся, что в этой точ­ке на выводах якоря напряжение равно нулю, так как ЭДС двигателя, работающего в генераторном режиме, равна па­дению напряжения на сопротивлении якоря. При любом со­противлении R_ШтокI_Шв этой точке равен нулю, поэтому она является общей для всего рассматриваемого семейства характеристик (рис. 7.5, а).

Аналогичная общая точка обнаруживается и в семействе характеристик, соответствующем R_Ш=constиR_ДОБ=var (рис. 7.5, б).

Все эти характеристики пересекаются в точке, где ток якоря определяется соотношением

а скорость имеет значение

В этой точке напряжение на выводах двигателя равно напряжению сети, поэтому ток из сети не потребляется и значение Rд не сказывается на условиях работы двига­теля. Графически точкаI_K1, ω_К1определяется пересечением реостатной характеристики приR_ЯΣ=R_Я +Rдоб(Rш =∞) и ес­тественной характеристики динамического торможения (Rш = 0) (прямые1 и 2на рис. 7.5,а).

Точка I_К2и ω_К2определяется пересечением естественной характеристики двигателя3 (R_ДОБ=0) и реостатной характе­ристики динамического торможения4 (R_ДОБ =∞), как показано на рис. 7.5,б.

Таким образом, механические характеристики в схеме шунтирования якоря двигателя с независимым возбуждением являются характеристиками двигателя, питаемого от источ­ника регулируемого напряжения с относительно большим и изменяющимся при регулировании напряжения внутренним сопротивлением.

Рис 7.5. Характеристики в схеме шунтнрования якоря двигателя с независимым возбуждением при Rдоб=const,R_Ш=var (а) и приR_Ш=const,Rдоб=var (б)

Схемы шунтирования якоря двигателя постоянного тока с независимым возбуждением

Наиболее благоприятные условия регулирования скорости двигателя с независимым возбуждением обеспечиваются изменением подведенного к якорной цепи напряжения U_я. Для автоматического регулирования скорости предусматривается питание якорной цепи от индивидуального управляемого преобразователя (системы Г-Д и ТП-Д). Однако при невысоких требованиях к точности и плавности регулирования в промышленных электроприводах используются резисторные схемы включения, получившие название схем шунтирования якоря.

Потенциометрическая схема регулирования скорости двигателей с независимым возбуждением приведена на рис.8.4,а. При двигателе небольшой мощности потенциометр может быть выполнен в виде реостата с подвижным контактом, путем перемещения которого подведенное к двигателю напряжение можно изменять от 0 до U_я=U_ном. Электромеханическая и механическая характеристики двигателя в этой схеме могут быть получены по аналогии с системой УП-Д, если рассматривать потенциометр как источник регулируемого напряжения с внутренней ЭДС, равной напряжению холостого хода:

и внутренним сопротивлением

Подставив (8.13) и (8.14) в (6.6), получим уравнения характеристик в потенциометрической схеме в следующем виде:

Из (8 16) следует, что при перемещении движка потенциометра скорость идеального холостого хода уменьшается пропорционально a_ш, а модуль жесткости статической характеристики

является переменной, зависящей от a_ш При a_ш=0 и a_ш=1 жесткость b_ш равна жесткости естественной характеристики двигателя р при питании его от бесконечно мощной сети. При промежуточных значениях a_ш модуль жесткости b_m I_ном. Наибольший ток шунтирующей части потенциометра I_шmax быстро увеличивается при уменьшении R_п, поэтому минимальная жесткость механических характеристик в рассматриваемой схеме ограничивается приемлемой мощностью потенциометра. Тем самым ограничивается и возможный при данных пределах изменения нагрузки и требуемой точности диапазон регулирования скорости.

Плавность регулирования при небольшой мощности двигателя, позволяющей использовать ползунковый реостат, получается достаточно высокой. Однако с возрастанием мощности двигателя эта возможность исключается и регулирование осуществляется переключением ступеней регулировочных сопротивлений R_ш и R_доб с помощью силовой коммутирующей аппаратуры. При таком регулировании принимать суммарное сопротивление потенциометра R_п=R_ш+R_доб постоянным нецелесообразно, так как сопротивления R_ш и R_доб могут регулироваться независимо. Для этого случая (8.15) и (8.16) удобно представить в виде

Следует иметь в виду, как изменяются характеристики двигателя при изменении R_ш при неизменном R_доб или наоборот. Примем сначала R_доб=const и будем изменять в (8.19) R_ш(a_ш).

При изменении сопротивления шунтирующего резистора от бесконечности до нуля скорость идеального холостого хода непрерывно уменьшается от w_0ном до 0, а жесткость возрастает от b_ш=с 2 /(R_я+R_доб) до b_ш=b. Все эти характеристики пересекаются в одной точке, в которой ток якоря двигателя имеет значение

при скорости в режиме противовключения

Это можно установить, определив напряжение на выводах якоря двигателя при I_я=I_к1 и w=w_к1:

Подставляя (8.22) в (8.23), убеждаемся, что в этой точке на выводах якоря напряжение равно нулю, так как ЭДС двигателя, работающего в генераторном режиме, равна падению напряжения на сопротивлении якоря. При любом сопротивлении R_ш ток I_ш в этой точке равен нулю, поэтому она является общей для всего рассматриваемого семейства характеристик (рис 8 5,а)

Аналогичная общая точка обнаруживается и в семействе характеристик, соответствующем R_ш=const и R_до6=var (рис.8.5,б).

Все эти характеристики пересекаются в точке, где ток якоря определяется соотношением

а скорость имеет значение

В этой точке напряжение на выводах двигателя равно напряжению сети, поэтому ток из сети не потребляется и значение R_д не сказывается на условиях работы двигателя. Графически точка I_K1, w_K1 определяется пересечением реостатной характеристики при R_ЯS=R_я+R_доб(R_ш=¥) и естественной характеристики динамического торможения (R_ш=0) (прямые 1 и 2 на рис.8.5,a).

Точка I_к2 и w_к2 определяется пересечением естественной характеристики двигателя 3 (R_доб=0) и реостатной характеристики динамического торможения 4 (R_доб=¥), как показано на рис.8.5,б.

Таким образом, механические характеристики в схеме шунтирования якоря двигателя с независимым возбуждением являются характеристиками двигателя, питаемого от источника регулируемого напряжения с относительно большим и изменяющимся при регулировании напряжения внутренним сопротивлением.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.003 с) .