книги / Теория электропривода.-1
.pdfПо универсальной характеристике М = f(I) расчет можно проводить только для варианта включения ОВ, когда Iв = Iя. При расчетах для других вариантов необходимо пользоваться формулой
Ми = М |
Iя |
, |
(4.33) |
|
|||
|
Iв |
|
где Ми – искомый момент, развиваемый двигателем при схеме включения по вариантам б или в;
М – момент, найденный по универсальной характеристике М = f(I) для соответствующего тока возбуждения (I = Iв);
Iя – ток якоря при данной искусственной параметрической схеме включения.
Механические характеристики в о.е. для трех вариантов схем потенциометрического включения ДПТ ПВ:
– Для варианта а характеристики приведены на рис. 4.22. На двигатель подается часть напряжения сети через делитель напряжения Rш–Rс, (падение на Rш). При малых нагрузках работа двигателя при этом варианте включения неустойчива, из-за чего этот вариант нашел ограниченное применение.
Рис. 4.22. Характеристики ДПТ ПВ при шунтировании Я и ОВ
111
– Для варианта б характеристики показаны на рис. 4.23, где шунтируется только Rя (рис. 4.21, б), тем самым осуществляется постоянное протекание тока возбуждения через сопротивление Rш, поэтому ω0 ≠ ∞. Механическая характеристика в двигательном режиме при Rс = var жестче (ближе к двигателю с независимым возбуждением). Двигатель в этом случае включения ОВ может устойчиво работать при малых нагрузках. В генераторном режиме с рекуперацией энергии возможен быстрый переход с одной характеристики на другую. Схема применяется для предварительного замедления и для приводов с протягивающим грузом.
Рис. 4.23. Характеристики ДПТ ПВ при шунтировании Я
– На рис. 4.24 показаны характеристики по варианту в, когда обмотка последовательного возбуждения включена параллельно с якорем, поэтому возможно получение механических характеристик, близких к механическим характеристикам двигателя с параллельным возбуждением в различных режимах.
Рис. 4.24. Характеристики ДПТ ПВ при параллельном соединении Я и ОВ
112
Характеристики можно получить устойчивыми для двигательных и генераторных режимов работы. Такие характеристики применяются в крановом электроприводе для механизмов подъема. Они обеспечивают устойчивые малые скорости при силовом спуске малых грузов, а в генераторном режиме – устойчивый спуск средних и больших грузов.
4.3.5. Тормозные характеристики ДПТ ПВ
Для двигателей с последовательным возбуждением генераторный режим работы с рекуперацией энергии в сеть невозможен, так как для этого типа двигателей всегда Е < U
при ω0 → ∞ (U = kФω0).
Способы получения режима торможения противовключением те же, что и для двигателя с независимым возбуждением, механические (электромеханические) характеристики при этом нелинейные, так как зависимость Ф = f(I) нелинейна.
Торможение противовключением является для ДПТ ПВ основным тормозным режимом и широко применяется для грузоподъемных механизмов, механизмов передвижения и поворота машин циклического действия. При торможении противовключением ДПТ ПВ возможны два случая:
1. Торможение при активном моменте сопротивления. Для перевода из двигательного режима, соответствующего подъему груза,
врежим противовключения
вцепь якоря вводится добавочное сопротивление. В ре-
зультате |
уменьшается ток |
Рис. 4.25. Торможение ДПТ ПВ |
в цепи якоря, а следова- |
||
тельно, |
момент двигателя |
противовключением механизма |
(рис. 4.25), который начинает |
с активным сопротивлением |
|
|
|
113 |
тормозиться от начальной скорости ω1 в т. 2 до ω = 0 (т. 3), а затем двигатель изменяет направление вращения и разгоняется под действием груза. При равенстве моментов М = Мс наступает установившийся режим с частотой вращения ω4.
Значение установившейся скорости тормозного спуска груза устанавливается выбором дополнительного сопротивления в цепи якоря.
2. При реактивном статическом моменте торможение противовключением выполняется путем изменения полярности напряжения на зажимах якоря двигателя, оставляя неизменным направление тока в обмотке возбуждения (во избежание перемагничивания машины). Переход их двигательного режима в тормозной по реостатной характеристике противовключения изображен на рис. 4.26. При изменении полярности питания якоря двигатель переходит из т. 1 естественной электромеханической характеристики в т. 2 или 4 реостатных характеристик в зависимости от величины сопротивления противовключения RПВ. Процесс торможения завершается в т. 3 или 5 до остановки двигателя. Если после
Рис. 4.26. Электромеханические характеристики ДПТ ПВ при торможении противовключением механизма с реактивным сопротивлением
114
остановки его не отключить и момент двигателя в т. 5 больше момента сопротивления (I5 > Ic), двигатель будет разгоняться в противоположном направлении и новый установившийся режим наступит в т. 6 со скоростью ω6.
Сопротивление противовключения вводится для ограничения первоначального броска тока и момента, так как без него ток может в 30–40 раз превышать номинальное значение.
Величина RПВ определяется по тому же соотношению, что и для двигателя с независимым возбуждением:
R |
= |
Uн + Еmax |
− R |
− R , |
(4.34) |
|
|||||
ПВ |
|
|
пуск |
я |
|
|
|
Iдоп max |
|
|
где Uн – номинальное значение напряжения питания двигателя;
Iдоп max – максимально допустимый ток перегрузки двигателя при соответствующей скорости двигателя (меньшее значение тока соответствует наибольшей допустимой скорости
ωmax = (2,5…3,0)ωн), Iдоп max = (1,5…3,0)Iн.
Еmax – максимальная ЭДС, при значениях Iдоп max и скоро-
сти ωmax в начальный момент торможения |
|
|||||
|
|
|
E |
|
|
|
Еmax = |
|
|
ωmax . |
(4.35) |
||
|
||||||
|
|
|
ω доп |
|
|
|
|
E |
|
|
|
|
|
Магнитный поток |
|
|
|
можно определить, например, |
||
|
|
|||||
|
ω доп |
|
|
аналитически с использованием естественной электромеханической характеристики двигателя, по которой для тока Iдоп max находится скорость двигателя ωе, как показано на рис. 4.28, а далее вычисляется
|
E |
= |
Uн − Iдопmax Rя |
. |
(4.36) |
||
|
|
|
|
|
|||
|
|
ωе |
|||||
|
ω доп |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
115 |
Динамическое торможение ДПТ ПВ возможно в двух вариантах:
1)торможение с независимым возбуждением;
2)торможение в режиме самовозбуждения.
В случае торможения с независимым возбуждением
якорь двигателя замыкается на тормозное сопротивление, а обмотка возбуждения подключается к сети через сопротивление, ограничивающее ток в ней до номинальной величины. Принимать в обмотке возбуждения ток I > Iн не следует, чтобы избежать перегрева этой обмотки. Кроме того, при I = Iн магнитная система машины уже насыщена. Дальнейшее увеличение тока в обмотке возбуждения (Iв > Iн) не дает существенного выигрыша в потоке и, следовательно, в тормозном моменте, а увеличивает ее тепловую нагрузку.
Поскольку при этом способе торможения двигатель работает генератором с независимым возбуждением, его характеристики подобны характеристикам ДПТ НВ при динамическом торможении. На рис. 4.27 приведена элекромеханическая характеристика при максимально допустимом токе якоря из условия ω =
= ωmax.
Добавочное сопротивление rт в контуре динамического торможения рассчитывается из условия ограничения тока якоря до допустимой величины Iдоп
в начальный момент торможения (так же, как и для двигателя с независимым возбуждением):
r |
= |
Еmax |
−r |
−r |
−r |
−r , |
(4.37) |
|
|||||||
т |
|
|
я |
д.п |
к.о |
щ |
|
|
|
Iдоп |
|
|
|
|
116
где Еmax – максимальная ЭДС в начальный момент торможения.
Поскольку ωнач = ωmax при различных Ic (или Мc) значительно меняется из-за мягкости характеристики, то и Еmax
также существенно изменяется. Определяется Еmax из условия, что ток возбуждения Iв = Iн (т.е. Ф = Фн):
Еmax |
= |
ωmax , |
(4.38) |
|
|||
E |
ω |
|
|
н |
н |
|
откуда Еmax = Eн ωωmax .
н
Динамическое торможение с самовозбуждением при-
меняется на практике в качестве аварийного, действующего при исчезновении напряжения источника питания. Торможение этим способом возможно при выполнении условий самовозбуждения:
–наличие остаточного потока Ф0 в магнитной цепи;
–ток, возникающий в цепи, должен создавать поток, совпадающий с Ф0;
–ЭДС, наводимая в двигателе, должна быть больше
падения напряжения в цепи якоря: Е > I (rт + rя + rо.в +
+rд.п +rк.о + rщ ).
Для выполнения второго условия при переводе машины из двигательного режима в тормозной во избежание размагничивания машины следует переключить полярность якоря или обмотки возбуждения, чтобы ток в последней имел такое же направление, что и в двигательном режиме.
Третье условие будет выполнено, если сопротивление контура самовозбуждения R = rт + rя + rо.в + rд.п + rк.о + rщ было
меньше критического сопротивления Rкр.
117
Рис. 4.28. Условие само- |
Рис. 4.29. Механические характери- |
возбуждения при дина- |
стики ДПТ ПВ при торможении с са- |
мическом торможении |
мовозбуждением |
Режим работы двигателя определяется точкой пересечения кривой E = f(I), как показано на рис. 4.28, при достигнутой скорости вращения с прямой, характеризующей падение
напряжения I (rт + rя + rо.в + rд.п + rк.о + rщ ) = I R. Для каждой данной машины кривая E = f(I) лежит тем выше, чем больше скорость вращения, а наклон прямой тем больше, чем больше R. Поэтому выполнение этого условия при данной скорости, а значит, и работа в тормозном режиме возможны лишь при R (а следовательно, и rт), меньших, чем значения, соответствующие прямой, касательной к кривой намагничивания в начале координат. Для возможности торможения при больших сопротивлениях цепи якоря необходимо увеличить скорость машины в режиме, предшествующем тормозному.
Наименьшая скорость, при которой машина еще может самовозбуждаться, будет иметь место при ее замыкании накоротко, т.е. при rт = 0.
Механические характеристики динамического торможения с самовозбуждением при различных добавочных сопротивлениях в цепи якоря приведены на рис. 4.29.
118
4.4. Особенности электромеханических свойств электродвигателей со смешанным возбуждением
Применение двигателей смешанного возбуждения обусловлено стремлением сохранить положительные свойства ДПТ НВ и ПВ:
–большие перегрузочные способности и надежность ДПТ ПВ;
–лучшие тормозные свойства и жесткость ДПТ НВ. Эти двигатели широко применяются в подъемно-транс-
портном, металлургическом оборудовании и других установках с частыми тормозными режимами и возможными значительными перегрузками, а также на рабочих машинах, обладающих режимами холостого хода.
Двигатель со смешанным возбуждением имеет обмотки независимого возбуждения ОНВ и последовательного возбуждения ОВП, включенную последовательно с якорем. Соответственно, его магнитный поток определяется суммой постоянного потока, создаваемого обмоткой независимого возбуждения, и потока, пропорционального току якоря, создаваемого обмоткой последовательного возбуждения. Если осуществить приведение параметров обмотки независимого возбуждения к числу витков обмотки последовательного возбуждения wп, характеристику намагничивания двигателя можно представить в функции тока якоря, как показано на рис. 4.30, а.
Чем больше значение ФНВ, тем ближе по своим свойствам двигатель со смешанным возбуждением к свойствам двигателя с независимым возбуждением. Напротив, при небольшой МДС обмотки ОВН этот двигатель не имеет существенных отличий от двигателя с последовательным возбуждением.
119
а б в
Рис. 4.30. Характеристики ДПТ со смешанным возбуждением: а – намагничивания; б – электромеханическая; в – механическая
Обмотка независимого возбуждения рассчитывается, как правило, на создание магнитодвижущей силы, обеспечивающей поток при идеальном холостом ходе ФНВ = (0,7…0,85)Фн, при этом скорость идеального холостого хода лежит в пределах
ω = ω |
Е0 |
|
Фн |
= (1,3...1,6)ω . |
(4.39) |
|||
Е |
||||||||
0 |
н |
|
Ф |
0 |
н |
|
||
|
|
н |
|
|
|
|
Вид механической характеристики двигателя существенно зависит от выбора значения этой магнитодвижущей силы (МДС), так как соответствующее значение магнитного потока ФНВ определяет скорость идеального холостого хода на естественной характеристике двигателя:
ω = |
Uн |
Ф |
НВ |
. |
(4.40) |
|
|||||
0 |
k |
|
|
||
|
|
|
|
Уравнения электромеханической и механической характеристик двигателя со смешанным возбуждением совпадают с соответствующими уравнениями для двигателя с последовательным возбуждением (4.18).
Форма статических характеристик ω(Iя) и ω(М) в этом случае определяется представленной на рис. 4.30, а кривой Ф(Iя). Сравнивая эту кривую с представленной на рис. 4.28,
120