Файл: Рекус, Г. Г. Элементы автоматизированного электропривода учебное пособие.pdf

шей допустимой скорости к наименьшей скорости вращения при номинальном значении тока:

Пределы регулирования скорости привода обычно характе­ ризуются стандартными отношениями: 2 : 1; 4 : 1; 10 : 1; и т. д. Это означает, что наибольшая скорость вращения при номиналь­ ном токе соответственно в 2 — 4 — 10 раз больше наименьшей скорости вращения двигателя.

Для различных производственных механизмов требуются раз­ личные диапазоны регулирования, которые во многих случаях и являются определяющим условием при выборе способа регу­ лирования.

Другим важным показателем является плавность регулирова­ ния, под которой понимается отношение двух соседних ступеней

где т — ступень регулирования.

Показатель регулирования определяется требованием техно­ логического процесса, поскольку в одних случаях необходимо плавное регулирование, а в других случаях допустимо ступенча­ тое регулирование скорости. При регулировании реостатом плав­ ность регулирования в ряде случаев ограничивается числом сту­ пеней регулировочного реостата.

Показатель экономичности регулирования определяется мини­ мумом полных затрат, связанных с созданием регулируемого привода. Вопрос экономичности решается технико-экономичес­ ким сравнением нескольких вариантов с учетом наилучшего удовлетворения требований производственного процесса и быст­ роты окупания.

В процессе регулирования возможно изменение скорости как вниз от номинальной скорости вращения, что сопровождается снижением скорости вращения исполнительного механизма, так и вверх от номинальной скорости, когда скорость исполнитель­ ного механизма повышается.

Часто применяется и двухстороннее регулирование — вниз и вверх от номинальной скорости вращения.

65

Допустимая нагрузка двигателя при работе определяется до­ пустимым его нагревом. Это объясняется тем, что величина тока двигателя зависит от нагрузки. При работе как на естественной, так и на регулировочных характеристиках во всех случаях должно соблюдаться условие / ^ /н, что при длительном режиме рабо­ ты нагрузка на валу двигателя должна быть такой, чтобы нагру­ зочный ток не превосходил номинальное значение тока двига­ теля.

При этом предполагается неизменность условий охлаждения двигателя в процессе изменения скорости его вращения.

Указанное условие сохраняется для любых способов регули­ рования электродвигателя.

Для самовентилируемых двигателей, имеющих на валу венти­ лятор для охлаждения, снижению скорости вращения должно соответствовать уменьшение допустимых потерь, а следователь­ но, уменьшение момента нагрузки на валу и соответствующего ему тока нагрузки.

§ 2. Регулирование скорости вращения электродвигателей постоянного тока независимого возбуждения

Возможность осуществления регулирования скорости враще­ ния электродвигателей постоянного тока является одним из важ­ ных свойств, определивших их сравнительно широкое применение

вкачестве привода различного рода исполнительных механизмов.

Впроцессе регулирования скорости двигателя изменяется его механическая характеристика вследствие изменения параметров

самого двигателя (сопротивления якорной цепи, напряжения на якоре, тока возбуждения двигателя).

При решении вопроса о выборе двигателя постоянного тока в качестве приводного двигателя для того или иного рабочего механизма следует учитывать, что для его питания требуется со­ ответствующий источник постоянного тока. При использовании в качестве источника постоянного тока специальных преобразова­ тельных приборов вес и стоимость их оказываются больше веса и стоимости двигателей трехфазного тока той же мощности.

Эксплуатационные расходы по обслуживанию электродвига­ телей постоянного тока в процессе работы так же значительно больше по сравнению с асинхронными трехфазными двигателями. Поэтому применение этих двигателей в качестве регулируемого привода должно быть технико-экономически обоснованным.

Возможность регулирования скорости вращения двигателей

66

постоянного тока вытекают из уравнения скоростной характе­ ристики этих двигателей:

Из этого уравнения следует, что для двигателей постоянного тока возможны следующие способы регулирования скорости вращения: регулирование изменением сопротивления в цепи яко­ ря; регулирование изменением тока возбуждения; регулирование изменением величины подводимого напряжения.

Регулирование скорости вращения двигателя изменением сопротивления в цепи якоря происходит в результате изменения наклона его механической характеристики. С изменением наклона механическая характеристика как бы поворачивается вокруг точки, соответствующей скорости идеального холостого хода, которая при этом не изменяет своей величины, поскольку она не зависит от величины сопротивления якорной цепи.

При изменении сопротивления в цепи якоря получаются искус­ ственные механические характеристики, уравнение которых имеет

Из уравнения (3,4) видно, что при прочих равных условиях увеличение последовательно с якорем включеннрго Сопротивле­ ния гд приводит к уменьшению скорости вращения двигателя. На рис. 3,1 представлены механические характеристики двигателя постоянного тока с независимым возбуждением при регулирова­ нии рассматриваемым способом.

В настоящее время этот метод регулирования двигателями с независимым и параллельным возбуждением находит относи­ тельно широкое применение, что объясняется его сравнительной простотой.

Для этой цели применяются специальные, станции управ­ ления.

Регулирование, как правило, осуществляется автоматически с помощью релейно-контакторной аппаратуры, включающей или выключающей дополнительное сопротивление в цепи якоря дви­ гателя.

Рассматриваемый способ регулирования скорости имеет и ряд

67

п* естественная

характеристика

га,

1дг регулировочные zd j характеристики

ОИ ст .

Рис. 3-1. Механические характеристики электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения при регу­ лировании скорости изменением величины сопротивления в цепи якоря

недостатков. Введение последовательно с якорем дополнительно­ го сопротивления соответственно вызывает появление в нем до­ полнительных тепловых потерь. При этом потери мощности в якорной цепи пропорциональны потребляемой мощности и отно­ сительному перепаду скорости:

(3,5)

«о

где и — текущее значение скорости, соответствующее данной нагрузке при заданном сопротивлении якорной цепи.

Подобный метод регулирования в связи с этим не всегда мо­ жет оказаться экономичным.

Диапазон регулирования скорости исполнительного механизма зависит от момента нагрузки на валу. При номинальной нагрузке, соответствующей моменту Мн (рис. 3,1), диапазон регулирования при наличии в цепи якоря добавочного сопротивления гди равен

При моменте нагрузки равном М„ диапазон регулирования

68

ществить регулирование скорости в сторону уменьшения, т. е. здесь осуществляется регулирование только вниз при неизменном моменте нагрузки на валу.

Значительные тепловые потери в добавочном сопротивлении при данном методе регулирования скорости делают целесообраз­ ным его применение для механизмов и машин с повторно-кратко- временным режимом работы, поскольку при этом величина по­ терь в добавочном сопротивлении оказывается относительно не­ большой. При этом нет необходимости рассчитывать сопротивле­ ния для длительного режима работы, что уменьшает его габа­ риты, вес и стоимость.

Рис. 3-2. Принципиальная схема системы генератордвигатель (системы Г-Д)

Регулирование скорости вращения двигателя постоянного тока изменением подводимого напряжения осуществляется при питании двигателя независимого возбуждения в системе генера­ тор-двигатель (система Г—Д) или при питании от регулируемых статических выпрямительных устройств.

В схеме Г — Д двигатель, приводящий во вращение рабочую машину, питается от индивидуального генератора (рис. 3,2). Обмотки возбуждения в рассматриваемой системе обычно пи­ таются от отдельного возбудителя, устанавливаемого на одном валу с генератором. При этом генератор и возбудитель приво­

69

дятся во вращение первичным двигателем, в качестве которого чаще всего используется трехфазный асинхронный двигатель.

При необходимости изменить направление вращения привод­ ного двигателя в этой системе изменяется полярность генератора путем изменения полярности его обмотки возбуждения.

В системе Г — Д представляется возможным получить два вида характеристик (рис. 3,3).

При необходимости получения скоростей вращения двигателя ниже номинальной уменьшают напряжение на зажимах якоря генератора, а, следовательно, на зажимах двигателя. Это дости­ гается уменьшением тока возбуждения генератора при постоян­ ном токе возбуждения двигателя. Пределы регулирования в этом случае составляют 6 : 1; 8 : 1.

-ь»

ъ

Рис. 3-3. Механические характеристики электродвигателя постоянного тока неза-

• висимого возбуждения в системе Г — Д.

Увеличение пределов регулирования изменением напряжения ограничено неустойчивой работой системы на малых скоростях из-за размагничивающего действия реакции якоря генератора и соизмеримого падения напряжения в якорной цепи с напряже­ нием генератора.

При изменении напряжения на зажимах двигателя при прочих равных условиях ‘ изменяется скорость идеального холостого хода, при этом характеристики практически остаются параллель­ ными основной характеристике. Получаемые при этом искусствен-

70

ные характеристики имеют вид характеристик двигателя парал­ лельного возбуждения при изменении питающего напряжения.

Уравнение скоростной характеристики для данной системы имеет вид:

= Е т- 1 (гдв + гг)

(3,6)

где Ет— э. д. с. генератора.

Здесь, в отличие от уравнения скоростной характеристики двигателя параллельного возбуждения, появляется падение нап­ ряжения в цепи якоря генератора.

Другой вид характеристик получается при регулировании по­ тока двигателя при неизменном напряжении на зажимах генера­ тора. Характеристики в этом случае располагаются выше естест­ венной характеристики двигателя и не являются параллельными, так как они создаются при ослаблении потока возбуждения дви­ гателя. При этом с уменьшением потока двигателя наклон харак­ теристик к горизонтальной оси моментов увеличивается.

Диапазон регулирования в рабочей зоне в этом случае в сред­ нем составляет 2:1. Верхний предел регулирования скорости при ослаблении потока двигателя ограничивается условиями коммутации, т. к. последняя с возрастанием скорости вращения ухудшается, что вызывает искрение под щетками, а также огра­ ничивается механической прочностью якоря.

Для расширения пределов регулирования в системе Г — Д применяются замкнутые системы регулирования с использова­ нием электромашинных, магнитных или полупроводниковых усилителей с введением обратных связей. Это мероприятие позво­ ляет расширить диапазон регулирования скорости и довести его до отношений порядка 500 : 1 и выше.

Замкнутая система Г — Д позволяет также получить специаль­ ные механические характеристики, например, упорные или экс­ каваторные и др.

К достоинствам системы Г — Д относятся широкий диапазон регулирования, высокая плавность, сохранение жесткости меха­ нических характеристик. Вместе с тем она характеризуется и ря­ дом недостатков, к числу которых относится низкий коэффициент полезного действия установки, поскольку в этой системе прихо­ дится дважды преобразовывать энергию (энергию переменного тока в механическую, а затем в электрическую энергию постоян­ ного тока), значительные капитальные и эксплуатационные затра­

71