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

Характеристики двигателя постоянного тока при регулировании

Характеристики двигателя постоянного тока при регулировании

Название: Машины постоянного тока (Кислицын А. Л.)

Жанр: Энергетический

Просмотров: 1099

10. принципы регулирования частоты вращения двигателей

Способы регулирования частоты вращения. Частота вращения двигателя постоянного тока определяется по формуле

где и0 = и/сеФ -частота вращения при холостом ходе;

Ап = + К-доб)1(с*Ф) -снижениечастоты, обусловленное суммарным

падением напряжения во всех сопротивлениях, включенных в цепь якоря двигателя.

Следовательно, её можно регулировать тремя способами:

включением добавочного реостата Rdo6 в цепь обмотки якоря;

изменением магнитного потока Ф;

3) изменением питающего напряжения U.

Включение реостата в цепь якоря. При включении добавочного реостата в цепь якоря частота вращения с ростом нагрузки уменьшается более резко, чем при работе двигателя без реостата. Это справедливо как для двигателя параллельного возбуждения, так и для двигателя последовательного возбуждения. Особенно наглядно это видно, если сравнить естественные и искусственные характеристики на рис. 9.3, а и рис. 9.5, а.

Очевидно, что данный способ позволяет только уменьшать частоту вращения (по сравнению с частотой при естественной характеристике). Иногда существенным является то обстоятельство, что при включении в цепь якоря значительного сопротивления характеристики двигателя становятся крутопадающими (мягкими), вследствие чего небольшие изменения нагрузочного момента приводят к большим изменениям частоты вращения. Данный способ регулирования скорости требует сравнительно простого оборудования и поэтому часто применяется при пуске двигателя. Изменение магнитного потока. Чтобы изменить магнитный поток, необходимо регулировать ток возбуждения двигателя. У двигателей параллельного и смешанного возбуждения для изменения магнитного потока в цепь обмотки параллельного возбуждения указанных двигателей включают регулировочный реостат (рис. 9.2, а и 9.6, а). Каждому сопротивлению реостата соответствует определённый ток возбуждения, магнитный поток и механическая характеристика, описываемая уравнением

сф Сф сФ с с ф2

На рис. 10.1 показаны построенные по уравнению (10.2) зависимости скоростей от магнитного потока п-/(Ф) при различных, постоянных по величине моментах двигателя. Как видно, если двигатель нагружен, то при уменьшении магнитного потока, т. е. при меньших значениях тока возбуждения, скорость сначала возрастает, а затем, достигнув максимального значения, уменьшается. При этом с увеличением нагрузки максимальное значение скорости снижается. Регулирование скорости производится в области, где с уменьшением магнитного потока скорость возрастает.

Механические характеристики двигателя параллельного возбуждения при различных магнитных потоках остаются прямолинейными (рис. 10.2). Меньшим магнитным потокам соответствует большая скорость холостого хода и при постоянном моменте статического сопротивления больший перепад скорости. По мере снижения магнитного потока жёсткость механических характеристик несколько уменьшается.

Из-за относительно большой индуктивности обмотки ток возбуждения и магнитный поток при изменении сопротивления изменяются в течение

некоторого времени. Поэтому переход с одной механической характеристики на другую при регулировании скорости происходит при изменяющейся скорости в соответствии с так называемыми динамическими характеристиками, одна из которых — 3 показана штриховой линией на рис. 10.2. Аналогичные рассуждения справедливы и для мягких характеристик двигателя последовательного возбуждения.

Динамическая характеристика может быть построена в результате расчёта переходного процесса Если установившиеся значения магнитных потоков, соответствующие двум характеристикам, отличаются значительно, то при переходе с одной характеристики на другую могут возникать недопустимо большой ток и момент двигателя. Более подробно переходной процесс при уменьшении магнитного потока в двигателях параллельного возбуждения рассмотрен в § 13 .

В двигателях последовательного возбуждения изменить магнитный поток можно тремя способами

шунтированием обмотки возбуждения реостатом Rpje ;

секционированием обмотки возбуждения;

шунтированием обмотки якоря. Включение реостата Крл, шунтирующего обмотку возбуждения (рис. 10.3), а также уменьшение сопротивления этого реостата ведёт к уменьшению тока возбуждения 1в = !а-

следовательно, к росту частоты вращения. Для оценки этого способа регулирования существует понятие о ко-эффициенте регулирования

Обычно сопротивление реостата Rpje принимается таким, чтобы kpje >50%.

При секционировании обмотки возбуждения происходит отключение части витков. Это уменьшает суммарную индукцию катушки и в результате приводит к уменьшению магнитного потока, что сопровождается ростом частоты вращения.

Рис. 10.3. Включение регулировочного реостата в двигателе с последовательным возбуждением

При шунтировании обмотки якоря реостатом увеличивается ток обмотки возбуждения, что вызывает уменьшение частоты вращения. Этот способ регулирования хотя и обеспечивает глубокую регулировку, является очень неэкономичным и применяется весьма редко. Изменение нитаюшего напряжения на зажимах якоря. Данный способ регулирования может быть применён при питании двигателя от специального источника электрической энергии с регулируемым напряжением. В двигателе последовательного возбуждения для регулирования частоты вращения путём изменения питающего напряжения в цепь его якоря включают регулировочный реостат. С увеличением сопротивления этого реостата уменьшается напряжение на входе двигателя и уменьшается его частота вращения. Этот метод регулирования применяется главным образом в двигателях

небольшой мощности. В случае значительной мощности двигателя этот способ является неэкономичным из-за больших потерь энергии в реостате.

Кроме того, реостат, рассчитываемый на рабочий ток двигателя, получается громоздким и дорогостоящим. При совместной работе нескольких однотипных двигателей регулировка частоты вращения этим способом осуществляется изменением схемы включения двигателей относительно друг друга. Так, при параллельном включении двигатели оказываются под полным напряжением сети, а при последовательном на каждый из них приходится лишь часть напряжения сети. Такой способ регулирования применяется в электровозах, где устанавливается несколько однотипных тяговых двигателей.

Читать еще:  Электронный датчик температуры двигателя для гранты

Как видно из (10.2), при изменении питающего напряжения от Uх до U2 пропорционально изменению напряжения изменяется только частота вращения при холостом ходе

а уменьшение частоты вращения, обусловленное воздействием нагрузки, при М„ = const остается неизменным

В связи с этим скоростные характеристики п = f(Ia) и механические характеристики п = f(M) двигателя с параллельным возбуждением представляют собой семейство параллельных прямых 7,2 и 5 (рис. 10.4, а).

Скоростные и механические характеристики двигателя с последовательным возбуждением строят аналогично (рис. 10.4, б).

Регулирование частоты вращения двигателя путём изменения напряжения на зажимах якоря обычно ведут «вниз», т. е. уменьшают напряжение и частоту вращения по сравнению с номинальными.

S)

Рис. 10.4. Скоростные и механические характеристики двигателей при регулировании частоты вращения путём изменения напряжения на зажимах якоря

Изменение нанравлення вращения. Чтобы изменить направление вращения двигателя, необходимо изменить направление электромагнитного момента М, действующего на якорь. Как следует из формулы М

смФ1а, это можно осуществить двумя способами: путём изменения направления тока 1а в обмотке якоря или изменения направления магнитного потока Ф, т. е. тока возбуждения. Для этого переключают провода, подводящие ток к обмотке якоря или обмотке возбуждения.

Характеристики двигателя постоянного тока при регулировании

Рис. 7. Схема включения двигателя постоянного тока параллельного возбуждения

Для построения механической характеристики двигателя параллельного возбуждения достаточно иметь две ее точки, так как характеристика имеет вид прямой линии (прямолинейна).

На рис. 8 приведены естественные и искусственные механические характеристики двигателя постоянного тока параллельного возбуждения.

Рис. 8. Механические характеристики двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением
1 — естественная; 2 — искусственные при различных потоках возбуждения; 3 — искусственные при различных напряжениях; 4 — искусственные при различных сопротивлениях в цепи якоря

Искусственные механические характеристики, получаемые за счет изменения магнитного потока Ф или подводимого напряжения U (рис. 8, прямые 2 и 3), являются жесткими характеристиками, а получаемые за счет изменения сопротивления якорной цепи R — мягкими характеристиками (рис. 8, прямая 4).

Реверсирование вращения двигателя постоянного тока осуществляется изменением направления тока либо в обмотке якоря, либо в обмотке возбуждения. Переключение обмотки возбуждения практикуется реже, так как вследствие ее индуктивности время торможения возрастает по сравнению с переключением обмотки якоря.

Скоростные и механические характеристики, соответствующие условиям задачи, представлены на рис. 9.

Рис. 9. Естественная и искусственные скоростные (а) и механические (б) характеристики двигателя параллельного -возбуждения (к примеру 2)

В современных электроприводах часто возникает необходимость останавливать производственный механизм или изменять направление его движения. Эти операции можно осуществлять переводом электродвигателя в тормозной режим работы по одной из механических характеристик, отвечающих выбранному способу электрического торможения. Механические характеристики двигателя с параллельным возбуждением для различных режимов работы представлены на рис. 10.

Рис. 10. Механические характеристики двигателя с параллельным возбужденней при различных режимах работы

В этом режиме ток и момент на валу двигателя отрицательны. Рассматриваемый тормйзной режим работы электродвигателя создается автоматически, без каких-либо переключений в нормальной схеме, если ток возбуждения увеличивается или скорость вращения двигателя повышается сверх возможной скорости п0. В этом случае электрическая машина работает как генератор, отдавая электрическую энергию в сеть. Развиваемый машиной тормозной момент уравновешивается движущим моментом, приложенным к валу. Этот способ торможения применяется в крановых и других установках при спуске груза. Генераторное торможение в электроприводах с частыми пусками и остановками является весьма экономичным, поскольку оно сопровождается отдачей электроэнергии в сеть.

Генераторное торможение с отдачей энергии в сеть.

Механические характеристики машины в режиме генераторного торможения с отдачей энергии в сеть являются естественным продолжением характеристик двигательного режима в область квадранта II (см. рис. 10).

Генераторное торможение при замыкании якоря машины на сопротивление (динамическое торможение).

Механические характеристики машины в рассматриваемом режиме проходят через начало координат, располагаясь в квадранте II (см. рис. 10), так как при положительном значении скорости вращения ток и момент отрицательны по знаку. Жесткость характеристик уменьшается с увеличением сопротивления якорной цепи. В режиме динамического торможения машина работает генератором за счет кинетической энергии, накопленной во вращающихся инерционных массах электропривода и производственного механизма.

Схема включения двигателя, позволяющая перевести его в режим динамического торможения, приведена на рис. 11. Для осуществления торможения якорь двигателя необходимо отключить от сети контактором К и замкнуть его на сопротивление Rn контактором КТ. Обмотка возбуждения при этом остается включенной в сет‘ь так же, как и в двигательном режиме. Якорь двигателя, как уже указывалось, будет продолжать вращаться за счет кинетической энергии, запасенной в движущихся частях привода. Возникающая при этом э. д. с. ея вызовет ток в цепи якоря. Направление э. д. с. сохранится то же, что и в двигательном режиме, а ток и момент двигателя изменят свое направление. Двигатель будет развивать тормозной момент, направленный против движения. Под его воздействием произойдет быстрая остановка двигателя и связанных с ним вращающихся частей механизма.

Торможение прогивовключением. Механические характеристики двигателя в рассматриваемом режиме являются продолжением в квадрант IV механических характеристик двигательного режима (см. рис. 10).

Читать еще:  406 двигатель плохо работает на газу

Режим противовключения имеет место, когда момент на валу от груза (в подъемных механизмах) оказывается больше предельного момента, который может развивать электродвигатель в двигательном ‘режиме. В этом случае груз под действием своего веса начнет опускаться, что приведет к вращению электродвигателя в сторону’, противоположную той, которая определяется полярностью приложенного напряжения при данном включении обмоток. Направление тока при этом остается неизменным, т. е. таким же, что и в двигательном режиме; момент двигателя также сохраняет свой знак, но по отношению к новому установившемуся движению он будет являться тормозным.

Рис. 11. Схема включения двигателя при динамическом торможении

Величина тока в режиме противовключения больше, чем в двигательном режиме, поэтому и величина момента, развиваемая двигателем при торможении противо-включением, также увеличивается.

Режим противовключения часто используется в электроприводах для быстрого изменения направления их вращения—реверсирования.

Тормозной режим работы двигателя противовключе-нием может быть использован и для быстрой остановки производственного механизма. Для этого надо изменить полярность напряжения на зажимах обмотки якоря. Схема включения двигателя при торможении противовключением представлена на рис. 12. До перехода в режим противовключения якорь двигателя подключен к сети контактором КВ. Для осуществления торможения якорь двигателя отключается от сети этим контактором и снова включается в сеть контактором КН. При этом изменяется полярность напряжения на обмотке якоря и направление тока в нем. Двигатель создает тормозной момент и начинает останавливаться. Ограничение тока якоря в тормозном режиме производится путем включения добавочного сопротивления RB в цепь якоря. Переключение двигателя с помощью контакторов происходит автоматически, и скорость вращения двигателя за время переключения практически не изменяется.

Рис. 12. Схема включения двигателя при торможении противовключением

Следует иметь в виду, что если якорь двигателя не будет отключен от сети при скорости, близкой к нулю, то в соответствии со схемой включения двигателя начнется разбег его в обратном направлении.

При торможении противовключением двигатель Не только преобразует кинетическую энергию, запасенную в движущихся частях, в электрическую, но и потребляет энергию из сети. Энергия затрачивается (теряется) на нагрев сопротивлений в цепи якоря.

Из последнего равенства следует, что между моментом электродвигателя с последовательным возбуждением и его скоростью в области небольших нагрузок (ненасыщенная магнитная цепь) существует гиперболическая зависимость.

Механические характеристики электродвигателя с последовательным возбуждением при различных режимах работы приведены на рис. 14.

2. Электродвигатели с последовательным возбуждением

На рис. 13 приведена схема включения двигателя последовательного возбуждения.

Уравнение скоростной характеристики электродвигателя с последовательным возбуждением то же, что и для электродвигателя с параллельным возбуждением.

Поскольку магнитный поток пропорционален величине тока, можно, подставляя в формулу значение из равенства, получить путем преобразований выражение механической характеристики для двигателя с последовательным возбуждением:

Рис. 13. Схема включения двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

Рис. 14. Механические характеристики двигателя с последовательным возбуждением при различных режимах работы

Анализ характера механической характеристики электродвигателя с последовательным возбуждением позволяет сделать следующие выводы:
а) при нагрузках ниже 20—25% номинальной работа электродвигателя на естественной характеристике практически недопустима из-за чрезмерного увеличения скорости вращения якоря (рис. 14, кривая 1);
б) с увеличением дополнительного сопротивления в цепи якоря жесткость механической характеристики уменьшается и она смещается вниз (рис. 14, кривая 2);
в) кривая механической характеристики асимптотически, как это следует из рис. 14, приближается к оси ординат, не пересекаясь с ней, из чего следует, что повышением скорости вращения нельзя перевести электродвигатель с последовательным возбуждением в генераторный режим работы с отдачей энергии в сеть (как это возможно у машины с параллельным возбуждением).

Для торможения машины с последовательным возбуждением обычно применяют противовключение или динамическое торможение.

При торможении противовключением механические характеристики являются продолжением характеристик двигательного режима в область отрицательной скорости. При этом в цепь двигателя вводится дополнительное сопротивление для ограничения тока. Двигатель с последовательным возбуждением работает в режиме противовключения при перемене полярности якоря. В обмотке возбуждения направление тока должно оставаться неизменным.

При динамическом торможении механические характеристики двигателя расположены в квадранте II. Тормозной момент в режиме динамического торможения при самовозбуждении уменьшается со снижением скорости машины.

Более эффективным является динамическое торможение с независимым возбуждением. В этом случае обмотка якоря отключается от сети и замыкается на внешнее сопротивление, а обмотка возбуждения подсоединяется к сети через дополнительное сопротивление. Поскольку в последнем случае двигатель работает генератором с независимым возбуждением, его характеристики подобны характеристикам двигателя с параллельным возбуждением при динамическом торможении. Эти характеристики прямолинейны и все пересекаются в начале координат, обладая большей жесткостью при меньших сопротивлениях.

Рис. 15. Схема включения двигателя в режиме динамического торможения при независимом питании обмотки возбуждения от сети

На рис. 15 приведена схема включения двигателя в режиме динамического торможения при независимом питании обмотки возбуждения от сети,

Двигатели постоянного тока, как обладающие большим пусковым моментом и выдерживающие значительные кратковременные перегрузки, нашли широкое применение в электроприводе крупных экскаваторов. К недостаткам применения двигателей постоянного тока относится необходимость установки преобразователей переменного тока в постоянный для питания этих двигателей.

Регулировочные характеристики двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением

Регулирование скорости введением активного сопротивления в цепь якоря

Скорость вращения двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением можно регулировать теми же способами, что и у двигателя с независимым возбуждением . Но так как двигатель с последовательным возбуждением обладает определенными особенностями, для регулирования скорости приходится применять специальные схемные решения.

Читать еще:  Характеристики двигателей на чанган cs35

Схема регулирования скорости вращения двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением введением активного сопротивления в цепь якоря.

Регулировочные характеристики двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением при введении активного сопротивления в цепь якоря.

При введении активного сопротивления в цепь якоря, скорость вращения снижается, и при достаточно больших значениях добавочного сопротивления можно получить точку короткого замыкания.

Регулирование скорости шунтированием обмотки возбуждения активным сопротивлением

Рассмотрим изменение скорости изменением магнитного потока.

Для того чтобы изменить ток в обмотке возбуждения не изменяя других параметров двигателя, используются специальные схемные решения – шунтирование обмотки возбуждения двигателя активным сопротивлением Rш.

Чем меньше шунтируемое сопротивление, тем меньше ток возбуждения.

Схема регулирования скорости вращения двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением шунтированием обмотки возбуждения активным сопротивлением.

Регулировочные характеристики двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением шунтированием обмотки возбуждения активным сопротивлением и изменении магнитного потока.

Регулирование скорости изменением напряжения на зажимах якоря

Чтобы изменить напряжение на якоре, не меняя параметры обмотки возбуждения, параллельно обмотке якоря включается добавочное сопротивление. За счет падения напряжения на этом сопротивлении, напряжение на якоре уменьшается.

Схема регулирования скорости вращения двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением изменением напряжения на зажимах якоря.

Регулировочная характеристика двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением при изменениии напряжения на зажимах якоря.

Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением – схема работы

Содержание

  1. Характеристики двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением
  2. Сферы применения двигателя
  3. Регулирование частоты вращения
  4. Двигатель с независимым возбуждением

Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением – это электродвигатель, у которого обмотки якоря и возбуждения подключаются друг к другу параллельно. Часто по своей функциональности он превосходит агрегаты смешанного и последовательного типов в случаях, если необходимо задать постоянную скорость работы.

Характеристики двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

Формула общего тока, идущего от источника, выводится согласно первому закону Кирхгофа и имеет вид: I = Iя + Iв, где Iя — ток якоря, Iв – ток возбуждения, а I – ток, который двигатель потребляет от сети. Следует отметить, что при этом Iв не зависит от Iя, т.е. ток возбуждения не зависит от нагрузки. Величина тока в обмотке возбуждения меньше тока якоря и составляет примерно 2-5% от сетевого тока.

В целом, данные электродвигатели отличаются следующими весьма полезными тяговыми параметрами:

  • Высокая экономичность (поскольку ток якоря не проходит через обмотку возбуждения).
  • Устойчивость и непрерывность рабочего цикла при колебаниях нагрузки в широких пределах (т.к. величина момента сохраняется даже в случае изменения числа оборотов вала).

При недостаточном моменте пуск осуществляется посредством перехода на смешанный тип возбуждения.

Сферы применения двигателя

Поскольку частота вращения подобных двигателей остается почти постоянной даже при изменении нагрузки, а также может изменяться при помощи регулировочного реостата, они широко применяются в работе с:

  • вентиляторами;
  • насосами;
  • шахтными подъемниками;
  • подвесными электрическими дорогами;
  • станками (токарными, металлорежущими, ткацкими, печатными, листоправильными и пр.).

Таким образом, этот вид двигателей в основном используется с механизмами, требующими постоянства скорости вращения или ее широкой регулировки.

Регулирование частоты вращения

Регулирование скорости – это целенаправленное изменение скорости электродвигателя в принудительном порядке при помощи специальных устройств или приспособлений. Оно позволяет обеспечить оптимальный режим работы механизма, его рациональное использование, а также уменьшить расход энергии.

Существует три основных способа регулирования скорости двигателя:

  1. Изменение магнитного потока главных полюсов. Осуществляется при помощи регулировочного реостата: при увеличении его сопротивления магнитный поток главных полюсов и ток возбуждения Iв уменьшаются. При этом увеличивается число оборотов якоря на холостом ходу, а также угол наклона механической характеристики. Жесткость механических характеристик сохраняется. Однако увеличение скорости может привести к механическим повреждениям агрегата и к ухудшению коммутации, поэтому не рекомендуется увеличивать частоту вращения этим методом более чем в два раза.
  2. Изменение сопротивления цепи якоря. К якорю последовательно подключается регулировочный реостат. Скорость вращения якоря уменьшается при увеличении сопротивления реостата, а наклон механических характеристик увеличивается. Регулировка скорости вышеуказанным способом:
  • способствует уменьшению частоты вращения относительно естественной характеристики;
  • связана с большой величиной потерь в регулировочном реостате, следовательно, неэкономична.
  1. Безреостатное изменение подаваемого на якорь напряжения. В этом случае необходимо наличие отдельного источника питания с регулируемым напряжением, например, генератора или управляемого вентиля.

Двигатель с независимым возбуждением

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения как раз и реализует третий принцип регулирования скорости. Его отличие в том, что обмотка возбуждения и магнитное поле главных полюсов подключаются к разным источникам. Ток возбуждения является неизменной характеристикой, а магнитное поле меняется. При этом изменяется число оборотов вала на холостом ходу, жесткость характеристики остается прежней.

Таким образом, принцип работы дпт с независимым возбуждением является достаточно сложным вследствие независимой работы двух источников, тем не менее, его главное преимущество – большая экономичность.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector