Файл: Хайдуков, О. П. Электрооборудование судов учебник.pdf

максимального момента к номинальному называется перегрузочной способностью Двигателя:

Л1мах

К м

М н '

При включении реостата в цепь обмотки ротора максимальный момент двигателя не изменяется, но возрастает наклон рабочей

части механических характеристик, т. е. уменьшается их жест­ кость.

Очень важно помнить, что максимальный момент двигателя пропорционален квадрату напряжения сети. При снижении напря­ жения, подаваемого на двигатель, резко уменьшается его перегру­ зочная способность, увеличивается скольжение и потери энергии в Цепи ротора. Практически такая же ситуация возникает и при включении активных и индуктивных сопротивлений последова­ тельно в обмотку статора.

Механическая характеристика синхронных двигателей являетСя прямой, параллельной оси абсцисс. Это значит, что при изме­ нении нагрузки на валу синхронного двигателя его частота вра­ щения абсолютно не изменяется. При чрезмерной перегрузке син­ хронный двигатель выпадает из синхронизма и останавли­ вается.

§ 53. Тормозные режимы работы электродвигателей

При анализе основного уравнения движения (79) было пока­ зано, что при определенных условиях электрический двигатель Может развивать отрицательный момент, т. е. момент, действую­ щий навстречу вращению электропривода. Такой режим работы

Двигателя называется тормозным.

Тормозной режим может быть установившимся и переходным. Установившийся режим торможения возникает при спуске груза, при движении электрички или трамвая под уклон и т. д. Он может возникнуть только при наличии в приводе положительного актив­ ного статического момента. Переходный режим торможения

221

возникает при остановке привода или при переходе его с одной установившейся скорости вращения па другую при любом ста­ тическом моменте сопротивления и на холостом ходу.

Электрические двигатели могут работать в различных тормоз­ ных режимах. На практике получили распространение три спосо­ ба торможения: рекуперативное, динамическое и торможение противовключением.

Рекуперативное торможение. Двигатель постоянного тока па­ раллельного возбуждения переходит в режим рекуперативного торможения, когда частота вращения его под действием внешних сил становится больше скорости идеального холостого хода. При этом э. д. с. якоря превышает напряжение сети, ток якоря в со­

увеличении з. д. с. уменьшается ток, а значит и поток возбуж­ дения. Понятно, что э. д. с. при этом не может превысить напря­ жение сети.

У двигателей постоянного тока смешанного возбуждения при переходе в режим рекуперативного торможения чаще всего по­ следовательная обмотка исключается шунтированием ее.

Рекуперативное торможение асинхронных двигателей начи­ нается тогда, когда скорость ротора под действием внешних сил превысит скорость поля. Скольжение при этом становится отри­ цательным, и асинхронный двигатель переходит в режим асин­ хронного генератора, работающего параллельно с генераторами электростанции.

Рекуперативное торможение отличается высокой экономич­ ностью, поскольку энергия тормозящихся масс превращается в электрическую энергию и отдается в сеть. Практически это приво­ дит к тому, что нагрузка на генераторы электростанции уменьшает­ ся. Очень важно также, что при переходе из двигательного ре­ жима в тормозной и наоборот никаких переключений в схеме уп­ равления двигателем не делается. Все зависит от действия внеш­ них сил. Так например, при пуске холостого гака или легкого груза двигатель работает в силовом режиме, а при пуске более тяжелого груза он автоматически переходит в тормозной режим при этом же полржении поста управления лебедкой или краном.

Если на судне одновременно переходят в режим рекуператив­ ного торможения несколько относительно мощных электродвига­ телей, то они могут полностью разгрузить генератор на электро­ станции, который в свою очередь перейдет в режим двигателя, и

222

защита от обратной мощности (тока) выключит его, обеспечив суд­ но. Такая ситуация нередко возникает во время грузовых операций, когда лебедки или краны, скажем, двух трюмов спускают груз одновременно, а остальная нагрузка на генератор невелика.

Другим недостатком рекуперативного торможения является то, что торможение осуществляется только при скорости выше, чем скорость идеального холостого хода.

Динамическое торможение. Если якорь двигателя постоянного тока отключить от сети и замкнуть на сопротивление реостата, а обмотку возбуждения оставить подключенной к сети (рис. 133), то двигатель переходит в режим автономного генератора с незави­ симым возбуждением. Нагрузкой для этого генератора является реостат. Следовательно, кинетическая энергия тормозящихся масс превращается в электрическую и выделяется в виде тепла на со­ противлении реостата и в обмотке якоря.

В процессе динамического торможения двигателей постоянного

ваемая на возбуждение, и в двигательном и в тормозном режимах одинакова и составляет 2—3% номинальной мощности двигателя.

При динамическом торможении двигателей последовательного возбуждения их низкоомную обмотку, рассчитанную на номиналь­ ный ток двигателя, приходится включать на сеть через дополни­ тельный реостат, также рассчитанный на номинальный ток двига­ теля. Мощность, потребляемая этой цепью из сети, соизмерима с номинальной мощностью двигателя.

Динамическое торможение двигателей смешанного возбуждения обычно осуществляется при отключенной последовательной обмотке.

Режим динамического торможения асин­ хронных двигателей возникает тогда, когда обмотка статора отключается от сети пере­ менного тока и подключается к цепи постоян­ ного тока (рис. 134), т. е. размыкаются

вижное магнитное поле, которое индуктирует во вращающемся ро­ торе э. д. с. Под действием этой э. д. с. в обмотке ротора потечет ток, а его взаимодействие с неподвижным полем и создает тормоз­ ной момент. Кинетическая энергия торможения превращается в электрическую энергию и выделяется в виде тепла в цепи ротора.

Достоинство динамического торможения состоит в том, что торможение происходит до полной остановки привода. Однако энергия тормозящихся масс полезно не используется, и при пере­ ходе от двигательного режима к тормозному должна переключать­ ся схема управления.

Динамическое торможение применяется чаще всего для быстрой и точной остановки электропривода, например в рулевом устройст­ ве, в приводе поворота башни крана.

Торможение противовключением. Оно возникает тогда, когда двигатель включен на вращение в одну сторону, но под действием внешних сил вращается в другую. Этот режим является тяжелым для двигателей постоянного и переменного тока, так как он связан с резким увеличением тока. Здесь не только энергия тормозящих­ ся масс, но и значительная энергия, потребляемая из сети, превра­ щается в тепло на сопротивлениях обмоток двигателя и на сопро­ тивлениях реостатов.

Торможение противовключением применяется иногда для бы­ строй остановки привода с последующим реверсом.

Для асинхронных двигателей с фазным ротором применяется однофазное торможение (электропривод брашпиля судов типа теп­ лоходов «Андижан», «Повенец»), при котором трехфазная обмотка статора включается на две фазы сети, а в цепь ротора вводится большое сопротивление реостата.

§ 54. Регулирование частоты вращения электроприводов постоянного тока

Проблема регулирования частоты вращения электроприводов является одной из важнейших задач современной силовой электро­ техники. Разработка и применение рациональных способов регули­ рования позволяют повысить производительность механизмов, улучшить качество выпускаемой продукции, упростить механичес­ кую часть привода, уменьшить расход электроэнергии и т. д.

С регулированием частоты вращения не следует смешивать естественное изменение частоты вращения электродвигателя в соот­ ветствии с его механической характеристикой, когда изменяется на­ грузка на валу привода. Регулирование — это принудительное из­ менение частоты вращения электропривода в зависимости от тре­ бований приводного механизма.

224

Любой способ регулирования можно характеризовать следую­ щими основными показателями.

Д и а п а з о н р е г у л и р о в а н и я . Отношение максимальной частоты вращения к минимальной, которое можно получить в при­ воде:

^И мах

,гмин

Пл а в н о с т ь р е г у л и р о в а н и я . Количество устойчивых скоростей, получаемых в данном диапазоне регулирования.

Э к о н о м и ч н о с т ь . При характеристике того или иного спосо­ ба регулирования частоты вращения учитываются как затраты, связанные с созданием самого способа регулирования, так и допол­

изменение частоты вращения только вниз или только вверх от ос­ новной частоты вращения привода или же возможно регулирование и вверх и вниз.

Анализируя формулу (87), нетрудно видеть, что частоту вра­ щения двигателя постоянного тока можно регулировать тремя спо­ собами: изменением сопротивления реостата в цепи якоря, измене­ нием потока возбуждения, изменением напряжения питания дви­ гателя.

Изменение сопротивления реостата в цепи якоря. Механические характеристики двигателя (см. рис. 126) показывают, что увели­ чение сопротивления реостата в цепи якоря приводит к уменьшению частоты вращения. Кратко процесс регулирования можно записать следующим образом:

М = М С; n = const — исходное состояние привода;

Я р t ~/я | — М | - я | - Е I - / я f — М f .

Такая последовательность рассуждений позволяет попять фи­ зические процессы, происходящие в электроприводе при изменении тех или иных параметров.

Оценка этого способа регулирования частоты вращения с точки зрения принятых показателей получается следующей.

Диапазон регулирования частоты составляет около 5:1 и огра­ ничивается тем, что при большом сопротивлении реостата работа двигателя становится нестабильной, особенно если момент сопро­ тивления колеблется.

Плавность регулирования принципиально может быть любой, но при увеличении частоты вращения усложняется схема управления.