Способ регулирования двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Регулирование скорости двигателя постоянного тока незави­симого возбуждения может производиться тремя способами:

1. Введением добавочного сопротивления в цепь якоря.
2. Изменением величины напряжения, питающего якорную цепь двигателя, при посто­янном потоке возбуждения.
3. Изменением тока возбуждения, т.е. измене­нием магнитного потока двигателя.

При вводе добавочного сопротивления в цепь якоря скорость холостого хода суо остается неизменной, а из­меняется наклон механиче­ских характеристик, т.е. уменьшается их жесткость (см. рис.5.3). Данный способ регулирования скорости в настоящее время не ис­пользуется, поскольку введение добавочного сопротивления сопряжено с потерями энергии в этом сопротивлении.

+

—

Рис.5.3. Реостатные механические характеристики двигателя посто­янного
тока независимого возбуж­дения

Основным способом регулирования скорости двигателей по­стоянного тока независимого возбуждения (ДПТ-НВ) является регулирование напряжения, подводимого к якорю двигателя.

Изменение скорости при этом производится вниз от основ­ной (номинальной) скорости, определяемой естественной харак­теристикой (рис.5.4). При уменьшении напряжения якоря умень­шается скорость холостого хода ω₀, а жесткость механических характеристик остается постоянной. Повышение напряжения пи­тания выше номинального не рекомендуется, т.к. это может ухудшить коммутацию на коллекторе.

Плавность регулирования, отсутствие дополнительных по­терь энергии при регулировании и высокая жесткость механиче­ских характеристик составляют основные достоинства этого спо­соба регулирования скорости.

Рис.5.4. Механические характеристики двигателя постоянного тока неза­висимого возбуждения при регулировании напряжения якоря

Это регулирование скорости осуществляется с помощью систем ЭП; «генератор-двигатель», «тиристорный преобразователь-двигатель»

Рис 4.11. Схема включения двигателя ДПТ НВ (а) и его характеристики при регулировании напряжения (б)

Система Г — Д. В этой системе якорь 4 двигателя непосредственно присоединяется к якорю 3 генера­тора, который вместе с приводным двигателем 1 образует электромашинный выпрямитель 2 тре­хфазного переменного тока в постоянный (рис. 4.12).

Рис 4.12. Схема системы Г – Д

Регулирование напряжения на якоре ДПТ происхо­дит за счет изменения тока возбуждения генератора I_вг, при регулировании которого с помощью потенцио­метра 8 изменяется ЭДС генератора Е_г и соответствен­но напряжение на якоре двигателя U. Регулирование напряжения в этой системе может сочетаться с воздей­ствием на магнитный поток двигателя, что обеспечива­ет двухзонное регулирование скорости.

Регулирование магнитного потока двигателя осуществляется за счет включения в цепь обмотки 5 возбуждения двигате­ля резистора 6. В замкну­тых ЭП питание обмотки 7 возбуждения генератора происходит от регулируе­мого источника постоян­ного тока, например, полупроводникового УВ. Характеристики системы Г—Д соответствуют рис. 4.11, б.

Основными достоин­ствами системы Г — Д являются большой диапазон и плавность регули­рования скорости двигателя, высокая жесткость и линейность характеристики, возможность получения всех энергетических режимов работы ДПТ, в том числе и рекуперативного торможения. В то же время для этой системы характерны такие недостатки, как утроенная установленная мощность электрических машин, низкий КПД, инерционность процесса регулирования, шум при работе.

Система тиристорный преобразователь — двига­тель. Основным типом преобразователей, применя­емых в настоящее время в регулируемом ЭП постоянного тока, являются полупроводниковые статические преобразователи, ив первую очередь тиристорные. Они представляют собой управляемые реверсивные или нереверсивные выпрямители, со­бранные по нулевой или мостовой однофазной или трехфазной схеме. Определенные перспективы свя­заны с использованием в них транзисторов, кото­рые в настоящее время применяются в основном для импульсного регулирования напряжения в ЭП небольшой мощности.

Принцип действия, свойства и характеристики системы ТП—Д рассмотрим на примере схемы (рис: 4.13, а), в которой использован однофазный двухполупериодный нереверсивный тиристорный вы­прямитель, собранный по нулевой схеме.

Рис 4.13. Схема системы ТП – Д (а) и характеристики двигателя (б)

Преобразователь включает в себя согласующий трансформатор Т, имеющий две вторичные обмотки, два тиристора VS1 и VS2, сглаживающий реактор L и систему импульсно-фазового управления тири­сторами СИФУ. Преобразователь обеспечивает регулирование напряжения на двигателе за счет измене­ния среднего значения ЭДС преобразователя Е_n. Это достигается регулированием с помощью системы импульсно-фазового управления СИФУ по сигналу U_у угла а управления тиристорами, представляющего собой угол задержки открытия тиристоров VS1 и VS2 относительно момента, когда напряжение на их анодах становится положительным.

Когда а = 0, т. е. тиристоры VS1 и VS2 получают импульсы управления от СИФУ в указанный момент, преобразователь осуществляет двухполупериодное вы­прямление и к якорю двигателя прикладывается полное напряжение. Если теперь с помощью СИФУ осуществлять подачу импульсов управления на тиристоры VS1 и VS2 не в этот момент, а со сдвигом (задержкой) на угол a≠0, то ЭДС преобразователя снизится и этому случаю будет соответствовать уже меньшее среднее напряжение, подводимое к двигателю

Регулирование скорости выше основной производится уменьшением тока (потока) возбуждения. При уменьшении магнитного потока Ф согласно (5.5) происходит увеличение скорости холостого хода ω₀ и одновременно снижается жесткость ме­ханических характеристик двигателя (см.рис.5.5,а).

Рис.5.5. Механические (а) и электромеханические (б) характеристики дви­гателя постоянного тока независимого возбуждения при уменьшении по­тока возбуждения и номинальном напряжении якоря

Увеличение тока возбуждения выше номинального нецеле­сообразно, так как вследствие насыщения магнитной цепи маши­ны существенного возрастания магнитного потока не произойдет, а тепловой режим двигателя нарушится. Электромеханические характеристики двигателя при ослаблении поля ω = f(I_я) будут иметь вид, показанный на рис.5.5,6. Эти характеристики, как сле­дует из (5.4), на оси абсцисс сходятся в одной точке, соответст­вующей току короткого замыкания I_кз = U_я/R_я. Заметим, что масштаб по оси абсцисс на рис.5.5,а и 5.5,6 различен.

При анализе механических характеристик при ослаблении поля следует иметь в виду, что при работе с постоянным статиче­ским моментом ток якоря по мере ослабления потока увеличива­ется. Так, если статический момент на валу двигателя будет равен номинальному, то при номинальном напряжении якоря U_ян дви­гатель будет работать в т.1 (см. рис.5.5,а). Если, например, осла­бить поток возбуждения в 2 раза, то скорость холостого хода дви­гателя аз02 увеличивается в 2 раза. Если момент двигателя сохра­нится постоянным и равным номинальному, то двигатель будет работать к т 4

Однако, как это следует из (5.3) ток якоря при этом уве­личится в 2 раза. Поэтому длительная работа двига­теля в т.4 не­допустима. Из этого примера следует, что одновременно с повышением скорости не­обходимо снижать дли­тельно допус­тимый по ус­ловия нагрева (номинальный) момент.

Рис.5.6. Двухзонное регулирование скорости двига­теля постоянного тока

Линия номинального момента при ослаблении поля отображается кривой 1-2-3. Анало­гично при ослаблении поля уменьшается допустимый максимальный момент, определяемый по условиям коммутации на коллекторе. Поскольку при ослаблении поля скорость увеличива­ется примерно пропорционально степени ослабления поля Ф_н /Ф_осл, а длительно допустимый момент М_доп уменьшается пропорционально отношению Ф_осл/Ф_н , то длительно допустимая мощность двигателя Р = М_допω остается примерно постоянной. Поэтому регулирование ослаблением поля называют регулирова­нием с постоянной мощностью в отличие от регулирования изме­нением напряжения якоря при постоянном потоке возбуждения, которое называют регулированием с постоянным моментом.

Для электроприводов многих механизмов используют ком­бинированное управление, так называемое двухзонное регулиро­вание скорости. Механические характеристики для этого способа управления показаны на рис.5.6. В первой зоне скорость двигате­ля в диапазоне от нуля до основной скорости ω_0н регулируется изменением напряжения якоря при постоянном потоке возбужде­ния Ф_н. Во второй зоне регулирование производится изменением тока (потока) возбуждения при постоянном номинальном напря­жении якоря. Соответственно номинальный момент в первой зо­не регулирования остается постоянным, а во второй зоне снижа­ется пропорционально уменьшению потока. Максимально допус­тимая скорость двигателя при ослаблении поля определяется механической прочностью якоря и условиями коммутации на кол­лекторе. Эта скорость указывается в каталоге на двигатели.

Ослабление поля используется и при однозонном регулиро­вании скорости для установления основной (максимальной) ско­рости. В отличие от синхронных и асинхронных двигатели по­стоянного тока не имеют жестко определенной номинальной ско­рости. В каталогах указывается номинальная и максимальная скорости. Например, если указано, что двигатель мощностью 100кВт имеет номинальную скорость 1000об/мин и максималь­ную – 2000об/мин, то основная скорость может быть установлена в этих пределах выбором соответствующего значения тока воз­буждения, например, – 1600об/мин. При этом мощность двигате­ля останется равной 100кВт. Это удобно при конструировании кинематической схемы рабочей машины.

Для высокодинамичных электроприводов небольшой мощ­ности (до 20кВт) эффективно использование высокомоментных двигателей постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов. Благодаря применению высокоэнергетических посто­янных магнитов на основе редкоземельных элементов (например, сплава самарий-кобальт), эти двигатели особенно при малых скоростях вращения (когда условия коммутации тока на коллекторе более легкие) способны развивать большой крутящий момент. Отношение пускового момента такого двигателя к номинальному составляет 8-10, в то время как у двигателей с электромагнитным возбуждением это отношение не превышает 2-4. Двигатели нахо­дят применение в металлорежущих станках с числовым про­граммным управлением, в приводах роботов и следящих элек­троприводах различного назначения.

В некоторых случаях двигатели независимого возбуждения снабжают «легкой» обмоткой последовательного возбуждения, создающей м.д.с. при номинальном токе якоря около 20% от м.д.с. обмотки независимого возбуждения. Высокодинамичные двигатели смешанного возбуждения применяются в случаях мно­годвигательного привода, когда два или несколько двигателей работают на один вал или их валы связаны механически (напри­мер, лентой конвейера), В этом случае скорость всех двигателей будет одинаковой, но из-за неидентичности характеристик двига­теля возникает задача равномерного распределения нагрузки между ними. Бла­годаря нали­чию последо­вательной об­мотки возбуж­дения в более нагруженном двигателе уве­личивается по­ток и возраста­ет противоэ.д.с. якоря, что ведет к снижению тока яко­ря. Напротив, менее нагру­женный двига­тель будет иметь несколь­ко меньший поток, его э.д.с. будет ниже и ток якоря соответственно возраста­ет. Таким образом, благодаря наличию слабой последовательной обмотки происходит выравнивание тока якоря между двигателя­ми, питающимися от общего источника напряжения.

Рис.5.7. Механические характеристики двигателя постоянного тока в двигательном режиме и ре­жиме рекуперативного торможения

Электродвигатели постоянного тока независимого возбуж­дения могут работать в трех тормозных режимах: режиме реку­перативного торможения, динамического торможения и тормо­жения противовключением.

Режим рекуперативного генераторного торможения имеет место, когда скорость двигателя превышает скорость холостого хода ω>ω₀ (рис. 5.7). При этом э.д.с. якоря Е_я превышает величи­ну напряжения питания якорной цепи
Е_я >U_я и ток в якорной цепи пойдет под действием э.д.с. якоря Е_я; знак тока будет противопо­ложен знаку напряжения питания, что означает, что энергия тор­можения отдается в сеть питания постоянного тока. Отсюда сле­дуют три условия существования режима рекуперативного тор­можения.

1. Цепь питания должна обеспечивать возможность протека­ния тока встречно напряжению источника питания; это условие особенно важно в случае питания двигателя постоянного тока от полупроводниковых преобразователей, элементы которых обла­дают односторонней проводимостью тока.
2. Источник питания должен обладать возможностью вос­принимать отдаваемую двигателем энергию и передавать ее в питающую сеть; так режим рекуперативного торможения невоз­можен, если привод получает питание от автономной дизель-генераторной установки.
3. Для того чтобы рекуперативное торможение было воз­можно в пределах заданного диапазона регулирования скорости, регулирование должно производиться путем изменения напряже­ния, подводимого к якорной цепи двигателя.

В режиме рекуперативного торможения уравнения (5.1) и (5.5), учитывая, что ток I_я и момент М будут отрицательны, при­нимают вид:

Основными достоинствами рекуперативного торможения яв­ляются: энергетическая эффективность, связанная с полезным использованием энергии торможения; высокая жесткость меха­нических характеристик; плавный переход из двигательного в тормозной режим на одной и той же характеристике. Благодаря такому характеру механических характеристик улучшается каче­ство управления приводом. Вернемся к рассмотрению рис.5.7.

Пусть двигатель работал в т. 1 в двигательном режиме со статиче­ским моментом М_с.

Если оператор хочет уменьшить скорость, он уменьшает напряжение источника питания с U_я1 до U_я2. Скорость двигате­ля из-за механической инерции мгновенно не может измениться, и двигатель переходит на работу в т.2. При этом на валу двигателя возникает тормозной момент, рав­ный сумме тормозного момента двигателя и статического момента. Скорость двигателя быс­тро снижается до скорос­ти ш02 и далее под действием статического момента до скорости, определяемой т.3, где М=М₀

Рис.5.8. Схема динамического тор­можения ДПТ-НВ

Вторым воз­можным тормоз­ным режимом явля­ется режим дина­мического тормо­жения. В этом режиме якорь дви­гателя отключается от источника К_дт постоянного тока (см. рис.5.8) и за­мыкается на сопро­тивление динами­ческого торможе­ния. Питание об­мотки возбуждения при этом должно быть обязательно сохранено. В указанном режиме двигатель М работает как гене­ратор постоянного тока, нагруженный на сопротивление К_дт

Рис.5.9. Механические характеристики ДПТ-НВ в режиме динамического торможения

Энергия торможения расходуется на нагрев сопротивления R_дти обмоток цепи якоря двигателя.

Механические характеристики при динамическом торможе­нии представлены на рис.5.9. Если R_дт=0, якорная цепь двигателя будет замкнута накоротко и механическая характеристика (при Ф = Ф_н) будет иметь жесткость естественной характеристики. При увеличении R_дт жесткость характеристик будет уменьшаться в соотношении и механические характеристики будут линейными и расходиться веером из начала координат.

Как следует из (5.5), при U_я=0 уравнение механических ха­рактеристик динамического торможения будет:

Недостатками режима динамического торможения являются: потери энергии торможения, расходуемой на нагрев элементов привода, и невозможность торможения привода до полной его остановки.

Источник

Вам также может понравиться

Ясень семена способ распространения

Ясень обыкновенный Fraxinus excelsior – так в ботанической

Ярлыки способы создания ярлыков ос windows

Создаем ярлыки на рабочем столе Windows Создаем ярлыки

Японское удобрение фуджима способ применения

Удобрения Фуджима Знаете потрясающее удобрение, палочка

Японский чай способ заварки

Технология заваривания японского чая Известно, что