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

ты, связанные с наличием системы электрических машин (одной машины переменного тока и двух или трех, включая возбудитель, машин постоянного тока), значительные габариты и вес преобра­ зовательного агрегата.

Следует, однако, отметить, что развитие полупроводниковой техники в настоящее время позволяет существенно изменить систему Г — Д и заменить в ней электромашинный преобразова­ тель, управляемым вентильным преобразователем, который пред­ назначен для питания двигателя постоянного тока. В качестве вентилей-преобразователей используются тиратроны, ртутные вентили с периодическим зажиганием, а также полупроводнико­ вые вентили — диоды и тиристоры.

Регулирование скорости электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением может быть осуществлено также изменением тока возбуждения (изменением магнитного потока). Этот способ широко применяется на практике вследствие его простоты, экономичности, плавности регулирования.

При изменении магнитного потока механические характерис­ тики располагаются выше естественной характеристики (рис. 3,4). Это достигается изменением величины сопротивления регули­ ровочного реостата, включенного последовательно с обмоткой возбуждения.

Рис. 3-4. Скоростные характеристики электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения при из­ менении тока возбуждения двигателя

Следует заметить, что магнитный поток двигателя можно из­ менять только в сторону уменьшения, так как обмотка возбужде­ ния рассчитана по нагреву на определенный номинальный ток возбуждения.

72

Скоростные и механические характеристики двигателей с не­ зависимым возбуждением, как известно, определяются положе­ нием в системе координат двух точек: скорости идеального хо­ лостого хода и тока короткого замыкания (или соответственно пускового момента) соответствующих неподвижному состоянию двигателя (л = 0).

С уменьшением магнитного потока скорость идеального хо­ лостого хода двигателя увеличивается. При скорости, равной

При этом ток якоря соответствует току короткого замыкания:

двигателя при этом условии сходятся в одной точке на горизон-

при уменьшении потока происходит возрастание скорости. Механические характеристики двигателя при этом не пересе­

каются в одной точке на горизонтальной оси моментов. Это обус­ ловлено тем, что по мере уменьшения магнитного потока проис­ ходит соответственно уменьшение и момента двигателя при ко­ ротком замыкании, который зависит от потока.

Пределы регулирования при использовании рассматриваемого способа колеблются от 2 : 1 до 5 : 1. Недостатком данного метода регулирования является возможность изменения скорости только вверх от номинальной.

Регулирование скорости вращения двигателя путем шунтиро­ вания якоря сопротивлением находит применение главным обра­ зом в электроприводах сравнительно малой мощности и на прак­ тике встречается сравнительно редко. При этом методе регули­ рования на ряду с шунтированием якоря последовательно с ним также включается сопротивление.

Регулировочные механические характеристики в этом случае оказываются линейными. Скорость идеального холостого хода здесь меньше, чем при регулировании сопротивлением в цепи якоря. Жесткость регулировочных характеристик и скорость

73

идеального холостого хода при этом определяется соотношением последовательного и шунтирующего якорь сопротивления.

Метод регулирования скорости шунтированием якоря сопро­ тивлением для электроприводов с длительным режимом работы оказывается не экономичным и применяется в основном для регулирования скорости и получения предварительной понижен­ ной скорости для более точной остановки рабочей маслины или механизма.

+ о-

Рис. 3-5. Принципиальная схема им­ пульсного регулирования скорости элек­ тродвигателя постоянного тока неза­ висимого возбуждения

—©■

В последнее время для регулирования скорости вращения двигателей постоянного тока небольшой мощности применяется импульсное регулирование скорости. Сущность этого метода регулирования заключается в периодическом кратковременном включении и отключении от источника обмотки якоря или об­ мотки возбуждения двигателя независимого возбуждения. Вклю­ чение и отключение обмотки производятся с такой частотой, чтобы двигатель при этом работал со средней скоростью, равной заданной.

Продолжительность импульса работы определяется выраже­ нием:

tn— продолжительность паузы.

В данном случае график изменения скорости во времени имеет пилообразный характер. Скорость двигателя при заданном значе­ нии ПРИ, очевидно, будет равна среднему значению скорости, равному полусумме максимальной и минимальной скоростей вращения при данной продолжительности импульса.

На рис. 3,5 представлена принципиальная схема импульсного метода регулирования скорости вращения двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Здесь с помощью контактора К периодически подключается к источнику питания и отключается

74

от него обмотка якоря двигателя, в то время как обмотка воз­ буждения двигателя подключена к сети постоянно.

Работа двигателя проходит следующим образом. При вклю­ ченном контакторе К двигатель ускоряет свое вращение. В зави­ симости от ПРЯзависит и величина скорости, которую развивает двигатель При отключенном контакторе К двигатель замедляет свой ход. Из рис. 3,6 видно, что ПРЯ= 1 соответствует длитель­ ной работе двигателя на естественной характеристике. При ПРЯ— 0 двигатель отключен и находится в неподвижном состоя­ нии (характеристика совпадает с вертикальной осью системы координат). Регулировочные характеристики заключены между естественной характеристикой и осью ординат.

Рис. 3-6. Механические характе­ ристики электродвигателя по­ стоянного тока независимого возбуждения при импульсном ре­ гулировании скорости

При данном способе регулирования характеристики по мере уменьшения ПРЯповорачиваются относительно точки идеального холостого хода по часовой стрелке и занимают положение между предельными характеристиками. В данном случае регулирование может быть плавным при значительном диапазоне изменения скорости вниз от номинальной скорости.

В данной схеме для импульсного регулирования используется контактор. Наиболее перспективными элементами в этом случае являются полупроводниковые приборы, например, тиристоры.

Импульсное регулирование находит применение во многих областях техники в различного рода следящих и вспомогатель­ ных устройствах.

75

§ 3. Регулирование скорости вращения электродвигателя последовательного возбуждения

Регулирование скорости вращения двигателей последователь­ ного возбуждения может быть осуществлено изменением сопро­ тивления в цепи якоря. Подобное регулирование осуществляется путем включения последовательно с якорем регулировочного реостата, который одновременно может выполнять и функции пускового реостата, так как этот реостат рассчитан на длитель­ ную работу.

При введении добавочного сопротивления в цепь якоря дви­ гателя уменьшается жесткость механической характеристики, поэтому регулировочные характеристики оказываются более мягкими по сравнению с естественной механической характе­ ристикой.

Диапазон регулирования двигателя при этом способе опреде­ ляется нагрузкой и в среднем составляет (2,5 -т- 3): 1.

Включение сопротивления последовательно с якорем двига­ теля вызывает возрастание потерь энергии, которые увеличи­ ваются с уменьшением скорости. Несмотря на это данный спо­ соб регулирования находит широкое применение при электрифи­ кации подъемно-транспортных механизмов из-за его значитель­ ной простоты.

Регулирование скорости изменением магнитного потока осу­ ществляется по схеме с усилением и по схеме с ослаблением магнитного потока.

Применительно к двигателям последовательного возбуждения регулирование скорости изменением магнитного потока несколь­ ко сложнее, чем двигателей независимого возбуждения вследствие того, что обмотка возбуждения включена последовательно с яко­ рем. Поэтому здесь приходится включать сопротивление парал­ лельно обмотке якоря или параллельно обмотке возбуждения.

При регулировании скорости по схеме с усилением магнитного потока параллельно обмотке якоря включается сопротивление (рис. 3,7а), т. е. осуществляется шунтирование обмотки якоря.

В соответствии с первым законом Кирхгофа для схемы рис. 3,7а сумма токов, протекающих в цепи якоря и в цепи шунтрирующего

При заданном токе якоря в данном случае в зависимости от величины гшможно получить различные токи возбуждения. При

76

+ V -

Рис. 3-7. Схема регулировании скорости вращения электродви­ гателя постоянного тока последовательного возбуждения из­ менением магнитного потока

а) схема с усилением магнитного потока, б) схема с ослабле­ нием магнитного потока

этом ток обмотки возбуждения оказывается больше, чем ток, протекающий по обмотке при отсутствии шунтирующего сопро­ тивления и заданном токе якоря, что обеспечивает возрастание магнитного потока двигателя, что позволяет получить понижен­ ные скорости, например, при подъеме небольших грузов в меха­ низмах подъема мостовых кранов или при спуске тяжелых гру­ зов в тормозных режимах.

Регулирование в данном случае плавное с достаточно широким диапазоном изменения скорости. Пределы регулирования ско­ рости зависят от соотношения сопротивлений гши гд и от сте­ пени насыщения магнитной системы двигателя и составляют величины порядка (4 н- 5) : 1.

Несмотря на кратковременную работу двигателя при понижен­ ной скорости подобное регулирование не может считаться эконо­ мичным вследствие значительных потерь энергии в сопротивле­ ниях. Характеристики двигателя последовательного возбуждения при регулировании шунтированием якоря приведены на рис. 3,8.

Регулирование скорости по схеме с ослаблением магнитного потока осуществляется включением параллельно обмотке воз­ буждения шунтрирующего сопротивления (рис. 3,76) или изме-

77

нением числа витков обмотки возбуждения, участвующих в созда­ нии намагничивающей силы.

Для данной схемы регулирования справедливо следующее выражение, записанное на основании первого закона Кирхгофа:

Из выражения (3,11) видно, что при заданном токе якоря ток обмотки возбуждения оказывается меньшим по сравнению с то­ ком, протекающим по обмотке, при отсутствии шунтрирующего сопротивления и том же токе якоря. Это означает, что магнитный поток двигателя при этом уменьшается, а скорость его вращения увеличивается по сравнению с номинальным ее значением. Здесь имеет место регулирование скорости вверх от основной.

Ю

Рис. 3-8. Механические характеристики элек­ тродвигателя постоян­ ного тока последова­ тельного возбуждения при включении сопро­ тивления параллельно

78

Шунтирование обмотки возбуждения позволяет регулировать скорость в пределах 2 : 1 и ниже.

Данный способ регулирования является экономичным, так" как потери энергии в сопротивлении составляют только часть потерь энергии в обмотке возбуждения, поскольку эта обмотка включена последовательно с якорем и рассчитана на номинальный ток дви­ гателя, ее сопротивление мало, поэтому и шунтирующее сопро­ тивление невелико.

Данный способ регулирования применяется в приводах элек­ трифицированного транспорта, металлургии и др. отраслях на­ родного хозяйства.

Двигатель последовательного возбуждения допускает так же регулирование скорости вращения изменением подводимого нап­ ряжения. Для этой цели используется отдельный генератор пос­ тоянного тока. Наибольшее применение на практике получила схема последовательно-параллельного включения двигателей пос­ ледовательного возбуждения. При этом обычно используются два двигателя, включаемые последовательно друг с другом в сеть, в результате чего к каждому двигателю будет приложена поло­ вина напряжения питающей сети. При переключении на парал­ лельную работу каждый двигатель оказывается включенным на полное напряжение сети. При использовании данного способа можно получить только две ступени регулирования. Путем вклю­ чения последовательно с двигателем дополнительных сопротив­ лений можно получить промежуточные ступени регулирования. С помощью последовательно включенных с двигателем добавоч­ ных сопротивлений можно получить семейство регулировочных характеристик.

Необходимо отметить, что рассмотренный способ регулиро­ вания двигателя последовательного возбуждения является эко­ номичным.

§ 4. Регулирование скорости вращения электродвигателей переменного тока

Широкое применение во всех отраслях народного хозяйства

внастоящее время нашли двигатели переменного тока (асин­ хронные и синхронные электродвигатели). Эти двигатели просты

визготовлении, характеризуются невысокой стоимостью, на­ дежны в эксплуатации, экономичны.

По технико-экономическим показателям наиболее выгодно применение асинхронных двигателей с короткозамкнутым рото­

79