Регулирование скорости путем шунтирования якоря

При шунтировании якоря (рис. 1.81) ток и поток возбуждения возрастают, а скорость уменьшается.

В силу того, что падение напряжения мало, и можно считать , то сопротивление при шунтировании якоря будет находиться практически под полным напряжением сети и величина его должна быть значительной. Потери в нем будут велики, к.п.д. может сильно уменьшится.

Поэтому шунтирование якоря эффективно тогда, когда магнитная цепь не насыщена. На практике такой способ регулирования используется редко и при ограничениях на ток .

Регулирование скорости включением сопротивления в цепь якоря

При включении сопротивления в цепь якоря (рис.1.81, в), к якорю подводится пониженное напряжения.

При этом скорость регулируется вниз от номинальной. Поскольку при этом велики потери , которые пропорциональны квадрату току якоря, то этот способ регулирования применяется крайне редко.

Выражение для скоростной характеристики получается путем замены на

, (1.190)

где .

Регулирование скорости изменением напряжения

Этот способ позволяет изменять скорость вниз от номинальной с сохранением высокого к.п.д. Широко применяется в транспортных установках, в которых на каждой оси устанавливается отдельный двигатель и регулирование осуществляется путем переключения двигателей с параллельного включения в сеть на последовательное. При этом напряжение, подводимое к двигателям, уменьшается вдвое .

Рис. 1.81. Схемы регулирования частоты вращения двигателя

последовательного возбуждения посредством

шунтирования обмотки возбуждения (а), шунтирования якоря

(б) и включения сопротивления в цепь якоря (в)

Рис. 1.82. Механические характеристики

Двигателя последовательного возбуждения

При разных способах регулирования частоты

Вращения (в относительных единицах)

Механические характеристики при сопротивлении в о.е.

а) механическим характеристикам 1, 2, 3 соответствует

б) механическая характеристика 4 соответствует случаю .

в) Механическая характеристика 5 соответствует в о.е. .

г) Механическая характеристика 6 соответствует изменению напряжения в отношении 1:2 (рис. 1.82).

Рис. 1.83. Параллельное и последовательное включение двигателей

Последовательного возбуждения для изменения частоты вращения

Двигатели смешанного возбуждения.

Схема включения двигателя смешанного возбуждения представлена на рис. 1.84.

Рис. 1.84. Схема включения двигателя смешанного возбуждения

В двигателях смешанного возбуждения Ф_δ = Ф_ш + Ф_с, встречное включение обмоток не допускается, так как работа двигателя при встречном включении последовательной обмотки неустойчива

Рис. 1.85. Естественные механические характеристики

Двигателей параллельного возбуждения (1),

Смешанного возбуждения с согласным

Включением последовательной обмотки (2),

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 (0.002 с) .

3.8. Регулирование скорости дпт независимого возбуждения в схеме с шунтированием якоря

Для регулирования скорости ДПТ независимого возбуждения применяется схема с шунтированием якоря, показанная на рис. 3.30. Эта схема позволяет с помощью двух добавочных резисторов–R_ш,включаемого параллельно якорю, иR_п,включаемого последовательно с якорем, получать

сравнительно жесткие характеристики в области малых скоростей ДПТ. Такие характеристики требуются, например, для электроприводов подъемных кранов и лифтов.

Уравнения характеристик ДПТ в схеме рис. 3.30 могут быть получены на основании выражений для ЭДС (3.2) и момента (3.3) ДПТ и следующих соотношений:

(3.57)

(3.58)

(3.59)

Заменяя в (3.57) и (3.58) ток I_пна его выражение из (3.59), а затем исключая из полученных двух уравненийI_ш, получаем следующие выражения соответственно для электромеханической и механической характеристик:

(3.60)

(3.61)

где

Из (3.60) и (3.61) видно, что в схеме с шунтированием якоря снижается скорость идеального холостого хода и падает жесткость характеристик по сравнению с основной схемой включения ДПТ. Это объясняется тем, что в схеме рис 3.30 напряжение ДПТ меньше напряжения источника питания, а в якорной цепи находится добавочный резистор R_п. По этой причине способ регулирования скорости в схеме с шунтированием якоря часто называют комбинированным, так как он сочетает в себе регулирование изменением напряжения и реостатное регулирование.

Семейство искусственных характеристик ДПТ в схеме рис. 3.30 при постоянном R_ши регулируемомR_пприведено на рис. 3.31.

Общая для данного R_шточкаA₁пересечения всех характеристик соответствует режиму работы ДПТ, когда он не потребляет ток из сети, в силу чего резисторR_пне оказывает влияния на характеристики ДПТ. В этой точке ЭДС ДПТ уравновешивает напряжение сети и внутреннее падение напряжения в якоре, т. е.

Двигатель работает в режиме динамического торможения с током I₁=U/R_ш1. При измененииR_ш,например при его увеличении, общей точкой становится точкаA₂, также располагающаяся на естественной характеристике.

Семейство искусственных характеристик ДПТ при постоянном R_пи регулируемомR_шприведено на рис. 3.32. Пересечение характеристик происходит в точкеВ₁,которая является общей точкой для всех искусственных характеристик при данномR_п.В точкеB₁ЭДС ДПТ, изменив свой знак, компенсирует внутреннее падение напряжения в якоре, вследствие чего напряжение на якоре и, следовательно, наR_шравно нулю, ток через резисторR_ш.не проходит, а ток через якорь определяется какI₁=U/R_п1.При измененииR_п,например при его увеличении, общей точкой характеристик становится точкаВ₂,координата тока для которой определяется соотношениемI₂=U/R_п2.

Рассмотренный способ регулирования скорости по своим характеристикам и показателям занимает промежуточное положение между способами, связанными с изменением напряжения на якоре и сопротивлением в цепи якоря. Диапазон регулирования скорости лежит в пределах 5 – 6, плавность регулирования определяется плавностью изменения сопротивления R_шиR_п. Регулирование скорости осуществляется вниз от основной при постоянном моменте нагрузки, жесткость получаемых искусственных характеристик относительно высокая в области малых скоростей.

Экономичность этого способа регулирования невысока из-за значительных потерь мощности в якорной цепи. По этой причине способ используется для регулирования скорости ДПТ небольшой мощности при кратковременной работе на пониженных скоростях.