Файл: Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок учеб. пособие.pdf

Полагая, что потери энергии в обмотке якоря составляют примерно половину всех потерь при номинальном режиме

находят сопротивление обмотки якоря

Пример. По номинальным данным двигателя построить две меха­ нические характеристики — естественную и реостатную с сопротивле­ нием реостата 1,8 Ом. Данные двигателя: Р = 17 кВт, і/а — 220 В, / н — 91 А, п — 1150 об/мин, т] = 0,85.

Сопротивление обмотки якоря:

Скорость идеального холостого хода

UH 220 . . . .

= ^ = 0Л77 = 1240 ° б/МИН-

Номинальный электромагнитный момент двигателя:

Д4= йФ/н = с /н = 9>55се/ н = 9,55 • 0,177 • 91 = 154 Н • м.

Координаты точек естественной механической характеристики:

1) М = 0, по = І240 об/мин; 2) = 154 Н • м, «u=1150 об/мин.

Скорость вращения при введенном сопротивлении реостата:

15.3.МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ

ВОЗБУЖДЕНИЕМ В ТОРМОЗНЫХ РЕЖИМАХ

Тормозной режим работы двигателя в электроприводе применяется наравне с двигательным. Использование электродвигателя в качестве электрического тормоза широко применяется на практике для сокра­ щения времени остановки и реверса, уменьшения скорости вращения, предотвращения чрезмерного увеличения скорости движения и в ряде других случаев.

Работа электродвигателя в качестве электрического тормоза осно­ вана на принципе обратимости электрических машин, то есть электро-

1 8 6

двигатель при определенных условиях переходит в генераторный ре­ жим. Практически для торможения применяются три режима: 1) гене­ раторный (рекуперативный) с отдачей энергии в сеть; 2) электродина­ мический; 3) противовключение.

При построении механических характеристик со = tp (М) или п = f {Щ в системе прямоугольных координат важное значение имеет определение знаков момента и скорости вращения двигателя в двига-

Рис. 90. Схемы включения и механические характеристики двигателя с параллельным возбуждением в двигательном и тор­ мозных режимах.

тельном и тормозных режимах. Для этого двигательный режим прини­ мают условно за основной, считая скорость вращения и момент двига­ теля в этом режиме положительными. В связи с этим характеристики п = f (М ) двигательного режима располагаются в первом квадранте (рис. 90). Расположение механических характеристик в тормозных режимах зависит от знаков момента и скорости вращения.

Рассмотрим эти режимы и соответствующие им участки механиче­ ских характеристик двигателя с параллельным возбуждением.

Противовключение. Состояние электропривода определяется сов­

187

ственной характеристике (рис. 90, точка А), когда MR = М с. Если в цепь якоря двигателя ввести добавочное сопротивление, то скорость вращения снизится вследствие перехода на реостатную характеристику (точка В, соответствующая скорости п2 и MR — М с). Дальнейшее по­ степенное увеличение добавочного сопротивления в цепи якоря двига­ теля (например, до величины, отвечающей участку' п0 С характери­ стики) приведет вначале к прекращению подъема груза, а затем к из­ менению направления вращения, то есть груз будет опускаться (точка С). Такой режим называют п р о т и в о в к л ю ч е н и е м .

В режиме противовключения момент MR имеет положительный знак. Знак скорости вращения изменился и стал отрицательным. Сле­ довательно, механические характеристики режима противовключения располагаются в четвертом квадранте, а сам режим является генера­ торным. Это вытекает из принятого условия определения знаков мо­ мента и скорости вращения.

Действительно, механическая мощность, пропорциональная произ­ ведению п и М, в двигательном режиме имеет положительный знак и направлена от двигателя к рабочей машине. В режиме противовключе­ ния вследствие отрицательного знака п и положительного знака М их произведение будет отрицательным, следовательно, механическая мощность передается в обратном направлении — от рабочей машины к двигателю (генераторный режим). На рис. 90 знаки п и М в двига­ тельном и тормозных режимах показаны в кружках, стрелками.

Механическая характеристика двигателя в режиме противовключе­ ния имеет такое же аналитическое выражение (15-17), как и в двига­ тельном режиме. Поэтому участки характеристики, соответствующие режиму противовключения, являются естественным продолжением характеристик двигательного режима из первого в четвертый квад­ рант.

Из рассмотренного примера перехода двигателя в режим проти­ вовключения видно, что э. д. с. двигателя, зависящая от скорости вращения, одновременно с последней при переходе через нулевое зна­ чение изменяет знак и действует согласно с напряжением сети:

Для ограничения тока в цепь якоря двигателя включают значи­ тельное по величине сопротивление, обычно равное двукратному пу­ сковому. Особенность режима противовключения состоит в том, что к двигателю подводится механическая мощность со стороны вала и

электрическая мощность из сети, и вся она расходуется на нагревание цепи якоря:

н и е в р а щ е н и я , в то время, как якорь продолжает вращаться в прежнем направлении за счет запаса кинетической энергии (напри­

188

мер, при остановке машины с реактивным статическим моментом — вентилятора).

В соответствии с принятым условием учета знаков п и М по двига­ тельному режиму, при переключении двигателя на обратное вращение следует изменить положительные направления координатных осей, то есть двигательный режим теперь окажется в третьем квадранте, а противовключение — во втором. Таким образом, если двигатель работал в двигательном режиме в точке Л, то в момент переключения, когда скорость еще не успела измениться, он окажется на новой харак­ теристике, во втором квадранте в точке D. Торможение будет проис­ ходить вниз по характеристике DE (—п0), и если двигатель не отклю­ чить при скорости п = 0, он будет работать на этой характеристике в точке Е, вращая машину (вентилятор) в обратном направлении со

скоростью —«4-

Электродинамический режим торможения. Электродинамическое торможение получают путем отключения якоря двигателя от сети и включения его на отдельное внешнее сопротивление (рис. 90, вто­ рой квадрант). Очевидно, что этот режим мало отличается от работы генератора постоянного тока с независимым возбуждением. Работа на

Как видно из уравнения (15-21), механические характеристики электродинамического торможения проходят через начало коорди­ нат, а это значит, что с уменьшением скорости тормозной момент дви­ гателя уменьшается.

Наклон характеристик определяется так же, как и в двигательном режиме, величиной сопротивления в цепи якоря. Электродинамическое торможение экономичнее противовключения, так как энергия, потребляемая двигателем из сети, расходуется только на возбуж­ дение.

Величина тока якоря, а следовательно, и тормозного момента за­ висит от скорости вращения и сопротивления цепи якоря:

Генераторный режим с отдачей энергии в сеть. Такой режим воз­ можен только в случае, когда направление действия статического мо­ мента совпадает с моментом двигателя. Под действием двух момен­ тов — момента двигателя и момента рабочей машины — скорость вра­

189

щения привода и э. д. с. двигателя начнут возрастать, в результате будет уменьшаться ток и момент двигателя:

U— E _ U —c(o

R.R ’

Дальнейшее увеличение скорости вначале приводит к режиму иде­ ального холостого хода, когда U — Е, I — 0и п — п0, а затем, когда э. д. с. двигателя станет больше приложенного напряжения, двигатель перейдет в генераторный режим, то есть начнет отдавать энергию

в сеть.

Механические характеристики в этом режиме являются естествен­ ным продолжением характеристик двигательного режима (например, участок An0F) и располагаются во втором квадранте. Направление скорости вращения не изменилось, и она осталась по-прежнему поло­ жительной, а момент имеет отрицательный знак. В уравнении механи­ ческой характеристики генераторного режима с отдачей энергии в сеть изменится знак момента, следовательно, оно будет иметь вид:

Практически генераторный режим торможения применяют только при больших скоростях в приводах с потенциальными статическими моментами, например при опускании груза с большой скоростью.

15.4. РАСЧЕТ ПУСКОВЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

Пуск двигателя постоянного тока производят в основном двумя способами: с помощью пускового реостата и плавным повышением под­ водимого напряжения. Первый, более простой, получил распростра­ нение в приводах с питанием от сети с постоянным напряжением. Вто­ рой способ применяют в электроприводах, питаемых от специальных преобразователей с регулируемым напряжением (например, система генератор — двигатель).

Непосредственное включение неподвижного двигателя постоянного тока на полное напряжение сети недопустимо из-за. малого сопротив­ ления обмотки якоря. Ток прямого включения превышает номиналь­ ный ток двигателя в 10—20раз, что при неправильном действии защит­ ной аппаратуры приводит к порче двигателя. Кроме того, толчок тока вызовет соответствующий момент на валу двигателя, от которого может пострадать механическая часть привода.

Для ограничения тока при пуске в цепь якоря двигателя включают добавочные сопротивления, количество и величину которых определяют расчетом.

Графический способ расчета величин пусковых сопротивлений. Разгон двигателя при пуске производится последовательным выклю­ чением одной за другой секций пускового реостата до полного их выведения. Это заставляет двигатель работать в процессе пуска на

190