Регулирование скорости двигателей постоянного тока

Из уравнения электромеханической характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения следует, что возможны три способа регулирования его угловой скорости:

1) регулирование за счет изменения величины сопротивления реостата в цепи якоря,

2) регулирование за счет изменения потока возбуждения двигателя Ф,

3) регулирование за счет изменения подводимого к обмотке якоря двигателя напряжения U . Ток в цепи якоря I я и момент М, развиваемый двигателем, зависят только от величины нагрузки на его валу.

Рассмотрим первый способ регулирования скорости двигателя постоянного тока изменением сопротивления в цепи якоря . Схема включения двигателя для этого случая представлена на рис. 1 , а электромеханические и механические характеристики — на рис. 2 , а.

Рис. 1. Схема включения двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Рис. 2. Механические характеристики двигателя постоянного тока при различных сопротивлениях цепи якоря (а) и напряжениях (б)

Изменяя сопротивление реостата в цепи якоря можно получить при номинальной нагрузке различные угловые скорости электродвигателя на искусственных характеристиках — ω1, ω2, ω3.

Проведем анализ данного способа регулирования угловой скорости двигателей постоянного тока с помощью основных технико-экономических показателей. Так как при данном способе регулирования изменяется жесткость характеристик в широких пределах, то при скоростях менее половины номинальной стабильность работы двигателя резко ухудшается. По этой причине диапазон регулирования скорости ограничен ( D = 2 — З).

Скорость при данном способе можно регулировать в сторону уменьшения от основной, о чем свидетельствуют электромеханические и механические характеристики. Высокую плавность регулирования трудно обеспечить, так как потребовалось бы значительное количество ступеней регулирования и соответственно большое число контакторов. Полное использование двигателя по току (нагреву) в этом случае достигается при регулировании с постоянным моментом нагрузки.

Недостатком рассматриваемого способа является наличие значительных потерь мощности при регулировании, которые пропорциональны относительному изменению угловой скорости. Достоинством рассмотренного способа регулирования угловой скорости являются простота и надежность схемы управления.

Учитывая большие потери в реостате при малых скоростях, данный способ регулирования скорости применяется для приводов с кратковременным и повторно-кратковременным режимами работы.

При втором способе регулирование угловой скорости двигателей постоянного тока независимого возбуждения осуществляется изменением величины магнитного потока за счет введения в цепь обмотки возбуждения дополнительного реостата. При ослаблении потока угловая скорость двигателя как при нагрузке, так и при холостом ходе возрастает, а при усилении потока — уменьшается. Практически возможно изменение скорости только в сторону увеличения ввиду насыщения двигателя.

При увеличении скорости ослаблением потока допустимый момент двигателя постоянного тока изменяется по закону гиперболы, а мощность остается постоянной. Диапазон регулирования скорости для данного способа D = 2 — 4 .

Механические характеристики для различных значений потока двигателя приведены на рис. 2 , а и 2 , б, из которых видно, что характеристики в пределах номинального тока имеют высокую степень жесткости.

Обмотки возбуждения двигателей постоянного тока независимого возбуждения обладают значительной индуктивностью. Поэтому при ступенчатом изменении сопротивления реостата в цепи обмотки возбуждения ток, а следовательно, и поток будут изменяться по экспоненциальному закону. В связи с этим регулирование угловой скорости будет осуществляться плавно.

Существенными преимуществами данного способа регулирования скорости являются его простота и высокая экономичность.

Данный способ регулирования используют в приводах в качестве вспомогательного, обеспечивающего повышение скорости при холостом ходе механизма.

Третий способ регулирования скорости заключается в изменении напряжения, подводимого к обмотке якоря двигателя. Угловая скорость двигателя постоянного тока независимо от нагрузки изменяется прямо пропорционально напряжению, подводимому к якорю. Поскольку все регулировочные характеристики являются жесткими, а степень их жесткости остается для всех характеристик неизменной, работа двигателя является стабильной на всех угловых скоростях и, следовательно, обеспечивается широкий диапазон регулирования скорости независимо от нагрузки. Этот диапазон равен 10 и может быть расширен за счет специальных схем управления.

При данном способе угловую скорость можно уменьшать и увеличивать относительно основной. Повышение скорости ограничено возможностями источника энергии с регулируемым напряжением и U ном двигателя.

Если источник энергии обеспечивает возможность непрерывного изменения подводимого к двигателю напряжения, то регулирование скорости двигателя будет плавным.

Данный способ регулирования является экономичным, так-так регулирование угловой скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения осуществляется без дополнительных потерь мощности в силовой цепи якоря. По всем перечисленным выше показателям данный способ регулирования по сравнению с первым и вторым наилучший.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Регулирование скорости ДПТ с НВ

Прианализе этого уравнения не трудно сделать вывод, что возможно 3 способа регулирования:

1. реостатное регулирование ( )

2. регулирование магнитным потоком

3. регулирование напряжением на зажимах якоря

Схема реостатного регулирования ДПТ с НВ аналогична схеме реостатного пуска рассмотренного в предыдущем курсе. Однако при этом реостаты вводимые в цепь якоря по сравнению с пусковыми реостата должна быть рассчитаны на более длительную работу.

Рис.94 Схема реостатного регулирования ДПТ с НВ

При изменении добавочного сопротивления вводимого в цепь якоря регулировочные характеристики будут иметь вид:

Рис.95 Регулировочные характеристики ДПТ с НВ при реостатном регулировании

Показатели качества регулирования:

1. направление однозонное «вниз»

2. стабильная низкая

3. плавность – зависит от числа ступеней, но в целом — низкая

4. допустимая нагрузка на валу. Как уже говорилось, в процессе регулирования, должно быть выполнено условие использования двигателя по нагреву, что достигается поддержанием тока якоря равным номинальному. Так как при реостатном регулировании поток постоянен, то . т.е. реостатное регулирование относится к регулированию скорости при постоянном моменте.

4. Энергетические показатели. При реостатном регулировании

мощность потребляемая из питающей сети

Таким образом, потери мощности в двигателе при реостатном регулировании можно представить как произведение мощности на относительный перепад скорости. Отсюда видно, что при уменьшении угловой скорости в 2 раза потери мощности будет составлять 50%, т.к. реостатное регулирование энергически не эффективно.

Учитывая очень низкие показатели электрические показатели и эффективность составит:

Определим величину добавочного сопротивления. которое необходимо ввести в цепь якоря для того чтобы уменьшить угловую скорость вращения:

Существуют способы, с помощью которых можно улучшить некоторые показатели реостатного регулирования.

Например: плавность. С этой целью используют так называемое импульсно-параметрическое регулирование.

Рис. 96 Схема при импульсно-параметрическом регулировании

Сущность заключается в том, что в цепь якоря вводится одноступенчатое добавочное сопротивление, которое с высокой частотой, примерно р 600-800Гц, попеременно вводиться в цепь якоря (ключ к находится в разомкнутом состоянии) и выводится ( ). При этом — замкнутого состояния ключа, — время разомкнутого состояния.

— представляет из себя силовой ключ (транзистор или тиристор). При этом величина равная — называется скважность.

При этом изменяется соотношение и ,но . При изменении изменяется ,

, а уравнение механической характеристики, принимает вид:

Изменяя можно регулировать скорость вращения с высокой степенью плавности.

2. Регулирование скорости изменением магнитного потока .

Этот способ регулирования реализуется с помощью изменения тока возбуждения. Учитывая то, что цепь возбуждения является слаботочной, то изменение тока можно производить плавно:

Из этих уравнений видно, что при изменении потока, изменяется (скорость идеализированного х.х.):

иперепад скоростей .

При этом семейство характеристик будет следующего вида:

Рис. 97 Электромеханическая (а) и механическая (б) характеристики при изменении магнитного потока

Следует отметить то, что возрастание потока относительно номинального возможно только в очень небольших пределах в силу того что магнитный поток ДПТ находится в состоянии близком к насыщению. Еще следует отметить такую особенность, что в области меньших моментов на валу двигателя уменьшение потока, приводит к увеличению угловой скорости и в области больших моментов на валу двигателя приводит к уменьшению .