0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое генераторный режим двигателя постоянного тока

Характеристики и режимы при независимом возбуждении, U=const

При использовании в электроприводе постоянного тока двигателя с независимым возбуждением — рис. 2 с питанием от источника напряжения U=const уравнение электромеханической характеристики w (I) получится подстановкой (2) в (3) и решением относительно :

(4)

Рис. 2. Схема двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Механическую характеристику w (М) получим, подставив в (4) ток, выраженный из (1):

. (5)

При заданных U , Ф и R уравнения (4) и (5) однозначно определяют связь между , I и М в любых режимах. Характеристики и это прямые линии, проходящие через две характерные точки: М = 0, и w = 0 , I = I кз , М = М кз ; при Ф = const они различаются лишь масштабами по оси абсцисс.

Скорость (рис. 3) соответствует режиму идеального холостого хода : М = 0, E = U и направлены встречно.

Рис. 3. Механические (электромеханические) характеристики электропривода постоянного тока независимого возбуждения при U = const

Величина — перепад скорости под влиянием нагрузки.

Увеличением нагрузки при определенных условиях, которые рассматриваются ниже, можно прийти к режиму короткого замыкания : , , M = k ФI кз = M кз .

При изменении полярности U характеристика займет положение, показанное на рис. 3 пунктиром.

Участки характеристики между w 0 и М кз , где знаки w и М совпадают, соответствуют, как было условлено ранее, двигательному режиму работы; участки с разными знаками и М — тормозным режимам .

Тормозные режимы — это генераторные режимы, поскольку механическая энергия, поступившая с вала машины, преобразуется в электрическую и передается через электрические зажимы машины. В зависимости от того, куда поступает электрическая энергия, различают три тормозных режима.

а) Торможение с отдачей энергии в сеть (рекуперативное) или генераторный режим работы параллельно с сетью

Если якорь двигателя вращать от некоторого постороннего источника со скоростью, превышающей скорость идеального холостого хода, то ЭДС двигателя будет больше приложенного напряжения, в результате чего ток в якоре двигателя и момент изменят свой знак. Механическая энергия, поступающая при этом на вал двигателя, преобразуется в электрическую и за вычетом потерь в двигателе рекуперируется в сеть.

На механических характеристиках торможению с отдачей энергии в сеть соответствуют участки ab и a’b’ (рис. 3)

б) Торможение противовключением или генераторный режим работы последовательно с сетью

В режиме противовключения изменяет знак скорость двигателя при сохранении знака момента или знак момента двигателя при сохранении знака скорости.

Первый случай имеет место при воздействии активного момента статической нагрузки, превышающего момент короткого замыкания на данной характеристике.

В результате изменения знака скорости ЭДС двигателя будет совпадать с приложенным напряжением, и ток в якоре определится выражением:

Второй случай используется для остановки двигателя путем изменения полярности напряжения, подводимого к его якорю.

Вследствие механической инерции скорость двигателя и ЭДС в начальный момент сохраняются неизменными, а ток будет равен:

На механических характеристиках (рис. 3) торможению противовключением соответствуют участки cd и c’d’ .

В режиме торможения противовключением энергии поступает в привод и со стороны механизма, и от сети и рассеивается в сопротивлениях якорной цепи; в предыдущем случае энергия, поступающая от механизма, передавалась в сеть.

в) Динамическое торможение или генераторный режим работы независимо от сети

Если якорная цепь отключена от источника питания и замкнута на внешний резистор, то при вращении двигателя от внешнего источника или по инерции в якорной цепи индуцируется ЭДС и протекает ток , создающий момент. Характеристики проходят через начало координат — штрих-пунктир на рис. 3.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Генераторный режим — работа

Генераторный режим работы параллельно с сетью, или торможение с рекуперацией энергии в сеть, имеет место на участке II характеристики. На этом участке ( и 0) 0, поэтому ЭДС больше напряжения сети, ток и момент изменяют свои направления на противоположные. [2]

Генераторный режим работы имеет место, например, в системе генератор — двигатель с приводным асинхронным двигателем. При достаточно быстром торможении асинхронный двигатель переходит в режим работы генератора. Как промышленные источники электрической энергии асинхронные генераторы обычно не применяются, так как имеют ряд недостатков, в частности, низкий коэффициент мощности. В качестве мощных генераторов электрической энергии, как правило, используются синхронные машины. [3]

Генераторный режим работы асинхронной машины на круговой диаграмме занимает нижнюю дугу от точки идеального холостого хода s0 до s — сю. [5]

Генераторному режиму работы , при котором машина отдает электрическую энергию в сеть, на круговой диаграмме ( рис. 4.58, а) соответствует часть окружности токов, лежащая ниже линии O G. [7]

Генераторному режиму работы , при котором машина отдает электрическую энергию в сеть, на круговой диаграмме ( рис. 4 — 52, а) соответствует часть ОАГТ окружности токов. Механическая характеристика асинхронной машины в генераторном режиме ( рис. 4 — 52, б) может быть построена по круговой диаграмме или по формуле ( 4 — 51) при подстановке в нее отрицательных скольжений. [8]

Это тормозной генераторный режим работы параллельно с сетью, который иногда называют также режимом рекуперативного торможения. Такой режим называется генераторным режимом работы последовательно с сетью или режимом торможения противовключением. Режим работы автономным ( не связанным с сетью) генератором показан на рис. 2 — 5, г. В этом режиме, называемом режимом динамического торможения, подводимая к валу механическая энергия преобразуется в электрическую энергию и затем выделяется в виде теплоты в сопротивлениях силовых цепей и в стали машины. [9]

При генераторном режиме работы асинхронной машины к ее валу подводится механическая мощность Ръ вычитая из которой механические и вентиляционные потери рмх и добавочные потери рд, мы получаем полезную механическую мощность Рмх. [10]

Читать еще:  Что такое опрокидывающий момент двигателя

В генераторном режиме работы емкостной машины используется ток ротора, а вращающий момент, направленный против вращения, преодолевается первичным двигателем. В двигательном режиме используется вращающий момент, а ток сети, к которой подключен двигатель, направлен навстречу току ротора. [11]

Если в генераторном режиме работы машины коллектор вместе со скользящими по его поверхности щетками необходим для выпрямления переменной ЭДС обмотки якоря, то в двигательном режиме коллектор со щетками позволяет обеспечить непрерывность вращения машины, так как на проводники якоря действует электромагнитная сила одного и того же направления. [12]

Торможение противовключением ( генераторный режим работы последовательно с сетью) осуществляется в том случае, когда обмотки двигателя включены для одного направления вращения, а якорь двигателя под воздействием внешнего момента или сил инерции вращается в противоположную сторону. Это может происходить, например, в приводе подъемника, когда двигатель включен на подъем, а момент, развиваемый грузом, заставляет привод вращаться в сторону спуска груза. Такой же режим получается и при переключении обмотки якоря ( или обмотки возбуждения) двигателя для быстрой остановки или для изменения направления вращения на противоположное. [13]

Эта схема представляет собой генераторный режим работы рассматриваемого магнитогидродинамического устройства. [14]

Наибольшее распространение получил генераторный режим работы синхронных машин , и почти вся электроэнергия вырабатывается синхронными генераторами. [15]

Электропоезда постоянного тока | Электрическое торможение и особенности схемы

Описание электропоездов и электровозов, расписание поездов, фотографии

Чтобы перейти в режим электрического торможения, двигатели переводят в генераторный режим, при котором они создают тормозной момент. Выражение «генераторный режим» обычно вызывает у эксплуатационников неприятные ассоциации, так как хорошо известны

последствия: полностью выведенные из строя тяговые двигатели, а иногда — пожар на электропоезде. Дело в том, что этот стихийный процесс протекает обычно без ограничения тока якорей и совершенно бесконтрольно. Перечислим три фактора (или три условия) генераторного режима (условно считаем, что имеется один двигатель):

якорь должен вращаться, т.е. процесс происходит на ходу поезда;

имеется замкнутый контур для тока якоря. Обычно он возникает из-за пробоя изоляции на землю;

реверсор находится в положении, противоположном движению.

На практике это случается после отправления с конечной станции, когда один из реверсоров из-за неисправности не развернулся в требуемое положение, и хотя вагон не «повезет» (на нем не соберется силовая схема), все условия «генераторного режима» налицо.

Однако, если этим процессом управлять, то электропоезд можно затормозить тяговыми двигателями, сэкономив при этом колодки, снизив износ бандажей, возвратив в сеть значительное количество электроэнергии.

Процесс реостатного торможения при последовательном возбуждении тяговых двигателей может начаться только при наличии остаточного магнитного потока в двигателе. Для реостатного торможения обмотки возбуждения необходимо реверсировать, чтобы сохранить в них такое же направление тока (следовательно, и магнитного потока), как и в режиме тяги (в якоре при генераторном режиме направление тока изменится), т.е. нужно согласовать направление магнитного потока с направлением генераторного тока.

Допустим, при включенных контакторе ЛК и контактах реверсора В1, В2 (рис. 41, а) ток в режиме тяги проходит в направлении, показанном стрелками, тогда после отключения линейного контактора остаточный магнитный поток обмотки возбуждения будет направлен аналогично.

Если теперь замкнуть якорь через контактор на резистор II, оставив реверсор в прежнем положении, то наведенная в якоре небольшая э.д.с. Е за счет остаточного магнитного потока поступит на обмотку возбуждения в противоположном направлении. Это размагнитит двигатель, и торможение станет невозможным. Если при этом реверсор развернуть в положение «Назад» и замкнуть Ы1, Ы2, то генераторный ток 1г пройдет по обмотке как и в тяге. Он усилит остаточный магнитный поток и обеспечит самовозбуждение машины (рис. 41, б).

Было бы желательно подобный способ распространить на весь цикл торможения. Однако на практике торможение разбивается на несколько этапов. Прежде всего потому, что предпочтение отдается рекуперативному

торможению, позволяющему возвращать электроэнергию в контактную сеть, а двигатели с последовательным возбуждением практически нельзя перевести в режим рекуперации, так как не представляется возможным перейти через промежуточный момент холостого хода, необходимый для перевода электрической машины из двигательного в генераторный режим.

а — режим тяги; б — режим реостатного торможения с самовозбуждением

Кроме того, использовать реостатное торможение с самовозбуждением с максимальной скорости тоже нельзя, поскольку их суммарное напряжение достигло бы очень большого значения, опасного и для электрооборудования, и для контактной сети. Применять реостатное торможение до остановки поезда не представляется возможным, потому что при малом вращении якоря двигателя, работающего в генераторном режиме, резко уменьшается его э.д.с, ток и электромагнитный тормозной момент. Поэтому полной остановки достигают с помощью электропневматического тормоза. Иными словами, описанная схема не обеспечивает сохранение тормозной силы при уменьшении скорости до нуля и непригодна для полной остановки поезда.

Схема начинает действовать с рекуперативного торможения, когда суммарное напряжение двигателей (точнее — суммарная э.д.с. генераторов) превышает напряжение контактной сети. Двигатели с последовательным

возбуждением становятся генераторами с независимым возбуждением. Их обмотки возбуждения отключаются от якорей и соединяются с трехфазным тиристорным преобразователем (мостом). Управляемый мост получает питание от синхронного генератора переменного тока, используемого также для собственных нужд электропоезда.

Область применения рекуперации имеет ограничения. Например, рекуперативное торможение при постоянном напряжении на тяговых двигателях ограничивается минимальной скоростью (45 — 50 км/ч), которая зависит от мощности синхронного генератора и насыщения тяговых двигателей, после чего приходится переходить на реостатное торможение с самовозбуждением.

Читать еще:  Газы в картере дизельного двигателя причина

Область рекуперации значительно расширяет использование двигателей, рассчитанных на глубокое ослабление возбуждения (до 18 %). Чтобы повысить коммутационную устойчивость двигателей в режиме электрического торможения и обеспечить надежную работу коллекторов и щеток, напряжение на коллекторах ограничивают до 750 В. При напряжении сети 3000 В это определяет постоянное последовательное соединение четырех двигателей.

Система рекуперативно-реостатного торможения предусматривает:

автоматический переход с рекуперативного торможения на реостатное с самовозбуждением при минимальной скорости движения;

автоматическое замещение рекуперативного торможения реостатным с независимым возбуждением при недостаточном потреблении энергии из контактной сети (при повышении в ней напряжения свыше 4000 В);

автоматическое управление процессами торможения.

Эффективность рекуперативного торможения зависит не только от режимов работы электропоезда, но и от потребления энергии и сети и параметров всей системы энергоснабжения.

Сбор схемы рекуперации начинается с включения линейных контакторов ЛК и ЖТ и контакторов возбуждения КВ и ОВ (рис. 87). Поскольку обмотки возбуждения тяговых двигателей подсоединяются к независимому источнику питания, реверсировать их нет необходимости, реверсоры остаются в том же положении, что и в тяге. Напряжение на якорях повышается, и когда оно превысит напряжение контактной сети, энергия поступает в сеть. После окончания рекуперации и перехода на реостатное торможение с самовозбуждением реостатный контроллер подключает обмотки возбуждения к якорям и пускотормозным резисторам.

Основная трудность использования двух видов электрического торможения (рекуперативного и реостатного) состоит в том, чтобы переход

с одного вида торможения на другой происходил бы без разрыва тока якорей и с минимальным снижением тормозной силы. Для этого в момент перехода параллельно тиристорному возбудителю (управляемому мосту) подключаются шунтирующие резисторы, через которые протекает часть тормозного тока. Если падение напряжения на них будет равно падению напряжения на обмотках возбуждения тяговых двигателей, то переход на самовозбуждение и отключение контура независимого возбуждения контакторами КВ и ОВ произойдет без бросков тока и тормозной силы. Шунтирующие резисторы (по схеме Я11 — Л15) при самовозбуждении остаются введенными в цепь тормозного тока.

Реостатное торможение с самовозбуждением начинается со скоростей 45 — 50 км/ч без предварительного самовозбуждения, что позволяет использовать одни и те же резисторы в тяге и торможении. При достижении максимального значения тока в обмотках возбуждения соответствующий датчик тока подает сигнал на срабатывание реле самовозбуждения, которое включает тормозной контактор Т и приводит в действие реостатный контроллер.

Если во время рекуперации при недостаточном потреблении энергии из контактной сети напряжение на токоприемнике повысится до 3950 В, то сработает реле максимального напряжения РМН, включающее контактор Т. Произойдет переход на замещающее реостатное торможение. Поскольку в составе электропоезда имеется несколько моторных вагонов, реле РМН которых срабатывают не одновременно, замещающее реостатное торможение может включиться на одном или нескольких вагонах в то время, когда оборудование на остальных вагонах продолжит работать в режиме рекуперации.

Силовая схема, обеспечивающая работу в данных режимах, получается наиболее простой при постоянном последовательном соединении тяговых двигателей, подключенных к общим резисторам. Все двигатели одинаково нагружены даже при расхождении характеристик. Недостаток последовательного соединения — склонность колесных пар к юзу.

Неисправности тяговых двигателей

Продолжение таблицы 3

Круговой огонь по коллектору или чрезмерное искрение под щетками, подгар коллектора

Щетки плохо притерты к коллекторным пластинам, неплотное прилегание

Приработать щетки к коллекторным пластинам при малых скоростях движения

Изоляция между коллекторными пластинами выступает над ними, коллектор плохо прошлифован

Продорожить, зачистить и отшлифовать коллектор

Недопустимый износ щеток

Недостаточное или неравномерное нажатие щеток

Отрегулировать нажатие щеток

Проточить и отшлифовать коллектор

Низкое качество щеток, коллектора и изоляторов

Заменить щетки, изоляторы

Оборван проводник обмотки якоря

Отремонтировать обмотку в деповских условиях

Короткое замыкание в обмотке дополнительных полюсов

Отыскать поврежденную катушку дополнительного полюса и заменить ее (в депо)

Обеспечить свободный ход щетки

Межвитковое замыкание или выпаивание секции обмотки якоря из петушков коллектора

Отремонтировать якорь в деповских условиях

Потеки смазки внутри тягового двигателя

Снять потеки и наблюдать за подшипниковым узлом. Если повреждение повторится, снять тяговый двигатель с тележки, разобрать подшипниковый узел и заменить подшипник

Устранить перекос, подтянув болты крышки подшипника

Снять гяговый двигатель с тележки, разобрать подшипниковый узел, заменить подшипник и смазку

Перекрытие или пробой кронштейна щеткодержателя

Попадание влаги в тяговый двигатель, перенапряжение, грязный изолятор или кронштейн щеткодержателя

Протереть тяговый двигатель чистой салфеткой, смоченной бензином, заменить изолятор или кронштейн щеткодержателя

Пробой изоляции обмоток якорей и полюсов

Механические повреждения, резкое снижение сопротивления изоляции при частых перенапряжениях на двигателях, попадании влаги, пыли и т.д.

Устранить повреждения в депо

Сильное искрение под щетками и срабатывание токовой защиты

Механическое повреждение изоляции, старение изоляции, снижение изоляционных свойств вследствие частых перенапряжений

Отключить тяговый двигатель, по прибытии в депо устранить повреждение

Чрезмерное нагревание коллектора

Щетки слишком сильно прижаты к коллекторным пластинам

Установить нормальное нажатие щеток

Чрезмерное нагревание якоря

Замыкание между секциям и обмоток якоря или коллекторными пластинами

Отключить тяговый двигатель, по прибытии в депо отремонтировать якорь

Порванные сетки в вентиляционных отверстиях или торчащие из них остатки бандажей

Размотаны бандажи якоря и часть обломков отброшена в сторону вентиляционных отверстий

Читать еще:  Датчики температуры двигателя и масла для мотоциклов

Отключить тяговый двигатель, по прибытии в депо отремонтировать

На моторном вагоне срабатывает быстродействующий выключатель во время первой поездки после замены двигателя

Неправильный монтаж проводов

Пересоединить концы тягового двигателя

Основные технические данные двигателя 1 ДТ.003

Напряжение на коллекторе, В

номинальная мощность, кВт

Наименьший коэффициент ослабления возбуждения

Двигатели постоянного тока

Общие сведения о двигателях постоянного тока


Рис. 1. Работа машины постоянного тока: а — в генераторном режиме, б — в двигательном
Двигатели постоянного тока широко применяются в современном электроприводе, когда требуется плавное изменение скорости вращения и большой пусковой момент (прокатные станы; электрическая тяга, вспомогательные устройства на автомобилях и самолетах).
На рис. 1 показана схема включения машины постоянного тока в сеть с неизменным напряжением Uс. Якорь вращается в магнитном поле, созданном током /в обмотки параллельного возбуждения, и в обмотке якоря наводится э. д. с. Е2. Если эта э. д. с. больше напряжения сети, то ток /2 в обмотке якоря совпадает с направлением э. д. с. и машина работает генератором (рис. 1, а). Электромагнитный момент Мш направлен против вращения якоря и уравновешивает вращающий момент Мх приводного двигателя (рис. 2, а). При уменьшении тока /в можно выполнить равенство Е2 = Uc и тогда в обмотке якоря тока не будет. При дальнейшем уменьшении /в э. д. с. в
обмотке якоря становится меньше напряжения сети и ток в обмотке якоря /2 изменяет направление (рис. 1, б), в соответствии с этим изменяет направление и электромагнитный момент Мт (рис. 2, б). Вращение якоря в указанном направлении осуществляется моментом Мт. Таким образом, перевод машины постоянного тока параллельного (и независимого) возбуждения из генераторного режима работы в двигательный осуществляется без изменения схемы включения ее путем уменьшения тока возбуждения. Направление вращения якоря остается таким же как в генераторном режиме.
К генераторам и двигателям предъявляются различные эксплуатационные требования, одновременное выполнение которых в манне не всегда возможно, поэтому крупные машины изготовляются для определенного режима работы.

Машины небольшой мощности общего применения могут использоваться как для работы генератором, так и двигателем, поэтому на паспортных щитках этих машин указываются номинальные данные для обоих режимов работы.
Двигатели постоянного тока, так же как и генераторы, обычно выполняются с электромагнитным возбуждением, а при малой мощности — с постоянными магнитами.
При электромагнитном возбуждении обмотка главных полюсов присоединяется к отдельному источнику постоянного тока или включается вместе с обмоткой якоря на общую сеть. При наличии одной обмотки возбуждения возможно параллельное или последовательное соединение ее с обмоткой якоря, две обмотки возбуждения позволяют осуществить смешанное (параллельно-последовательное) соединение.
А. Характеристики двигателя. Полный цикл работы двигателя можно разделить на четыре периода: 1) период пуска, в течение которого скорость вращения якоря увеличивается от нуля до необходимой величины; 2) рабочий период, в течение которого работа двигателя происходит при неизменном напряжении на зажимах цепи
якоря и цепи параллельного (и независимого) возбуждения; 3) период регулирования, в течение которого осуществляется воздействие на цепь якоря или цепь возбуждения с целью изменения скорости вращения якоря; 4) период остановки, в течение которого скорость вращения якоря уменьшается до нуля. Очень часто второй и третий периоды чередуются и не разграничиваются. Таким образом, для двигателей необходимо рассматривать характеристики, соответствующие перечисленным периодам, т. е. пусковые, рабочие, регулировочные и тормозные характеристики.
Пусковой период характеризуется пусковым моментом, пусковым током, продолжительностью пуска, стоимостью пусковой аппаратуры и затратами энергии.

Рабочие характеристики представляют совокупность зависимостей: скорости вращения якоря, тока двигателя, полезной мощности, подведенной мощности и к. п. д. от полезного вращающего момента при неизменном напряжении на зажимах цепи якоря и цепи параллельного (и независимого) возбуждения. В некоторых случаях величины, характеризующие работу двигателя в указанных условиях, приводятся в зависимости от полезной мощности или же от тока двигателя. Обычно предельной нагрузкой при построении рабочих характеристик является наибольшая допускаемая нагрузка при работе или при испытании машины (приблизительно 1,5 номинальной)’ и только для двигателей малой мощности рабочие характеристики охватывают и пусковой период. Из всех перечисленных зависимостей наибольшую важность представляет зависимость скорости вращения якоря от полезного вращающего момента двигателя (характеристика скорости вращения) или зависимость полезного вращающего момента от скорости вращения (механическая характеристика).
Регулирование скорости вращения якоря двигателя определяется способом изменения скорости вращения, пределами и ступенями изменения скорости вращения, экономичностью регулирования, т. е. стоимостью регулировочной аппаратуры и затратами энергии. Возможность плавного и часто весьма экономичного регулирования скорости вращения в широком диапазоне составляет одно из самых ценных свойств двигателей постоянного тока и в ряде случаев делает их незаменимыми.
Остановка якоря двигателя при отключении от сети обычно происходит под влиянием сил трения в двигателе и в соединенном с ним механизме. Для ускорения остановки в крупных двигателях применяется торможение, т. е. создание тормозного момента, направленного против вращения якоря.
При опытном получении характеристик необходимо, чтобы щетки занимали определенное положение на коллекторе. В двигателях с добавочными полюсами щетки устанавливаются на коллекторе так, чтобы токораздел совпадал с геометрической нейтралью. В двигателях без добавочных полюсов, предназначенных для обоих направлений вращения, токораздел так же должен совпадать с геометрической нейтралью, а в двигателях определенного направления вращения токораздел смещается с геометрической нейтрали против вращения якоря в положение наилучшей коммутации.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector