ТЭП-Курс_лекций_04-2006

Рис.100 Регулировочные характеристики

Регулировочная характеристика имеет несколько меньшую жесткость, чем естественная, но значительно большую, чем реостатные.

Например: регулировочная характеристика при R'Ш - позволяет получить скорость 'при некотором значении MC , обеспечивая при этом достаточно, жесткую характеристику ЭД. Если

же скорость попытаемся получить с помощью реостатного регулирования, то жёсткость будет значительно ниже (Рнс.100)

Как видим реостатная характеристика будет значительно меньше жесткой, чем характеристика при шунтировании якоря. Таким образом, использование того способа регулирования позволяет по сравнению с реостатным существенно улучшить такой важный показатель как стабильность. При этом все остальные показатели качества, в том числе и энергетически примерно соответствует реостатному регулированию. Поэтому диапазон регулирования: Д 2.5:1

4.2 Регулирование скорости вращения двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением

Принято анализировать с помощью электромеханической характеристики:

Следовательно; регулировать скорость вращения двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением (ДПТ с ПВ) принципиально можно 3-мя методами:

1.U Var

2.RДОБ Var , последовательно с цепью якоря и обмоткой возбуждения

3.Ф Var

1. Регулирование скорости ДПТ ПВ с U Var .

Для того чтобы проанализировать этот способ регулирования введём понятие «» граничная скорость ГРАНИЧ. - это угловая скорость ДПТ при условии что внутреннее сопротивление цепи якоря RЯ 0.

Рис. 101 Схема регулирования скорости ДПТ с ПВ изменением напряжения подводимого к якорю.

Из выражения видно, что электромеханическая характеристика ГР f (I), будет представлять, из себя кривую асимптотическую приближающуюся к осям.

93

Рис. 102 Электромеханические характеристики при изменении напряжения

Запишем (113) с учётом (114).

Эта характеристика будет проходить параллельно к ГР , но несколько ниже. Для того чтобы определить вид регулирований характеристики найдем:

Е ГР ГР (1 )

Таким образом, перепад скоростей между естественной и регулировочной характеристикой будет тем больше, чем больше ГР .

Таким образом, жесткость регулировочных характеристик по мере снижения угловых скоростей возрастет.

Стабильность регулировочных характеристик выше, чем естественной. Недостатком является низкая энергетическая эффективность, и поэтому Д 2:1.

Для некоторого расширения Д , последовательно с ОВ вводят добавочное сопротивление

RП которое позволяет несколько уменьшить IВ .

2. Регулирование добавочным сопротивлением вводимого в цепь якоря RП Var .

E ГР (1 RЯ )

РEГ ГР[1 (RЯ RП )]

Е ГР ГР RП

Отсюда видно, что при увеличении RП , жесткость механических характеристик будет уменьшаться.

Рис. 103 Механические характеристики ДПТ с ПВ при реостатном регулировании.

94

Этот способ регулирования обладает низкими энергетическими показателями и кроме того не обеспечивает необходимой устойчивости работы ЭП. т.к имеет низкую стабильность поэтому диапазон регулирования Д 1,5:1.

3. Регулирование изменением магнитного потока Ф Var

Этот способ регулирования при условии поддержания тока якоря I IНОМ может быть реализован 2-мя способами:

1.шунтированием обмотки возбуждения

2.шунтированием обмотки якоря

3.1. Регулирование скорости ДПТ ПВ шунтированием ОЯ.

При уменьшении сопротивления RШ , I будет увеличиваться и соответственно поток увеличивается. Поэтому этот способ регулирования может быть использован только для специальных машин с ненасыщенной магнитной системой:

RШ IВ Ф

Рис. 105 Регулирование скорости ДПТ с ПВ шунтированием обмоток якоря

IВ IШ IЯ

При этом привод может работать в области малых нагрузок. Отличительной особенностью характеристики является наличие точки на оси ординат соответствующей, режиму идеализированного Х.Х. Показатели качества этого способа регулирования несколько выше предыдущих за исключением энергетической эффективности: Д 3 5:1.

3.2. Регулирование скорости шунтированием ОВ.

Рис 106 Схема регулирования скорости шунтированием обмотки возбуждения

Рис. 107 Механические характеристики ДПТ с ПВ при регулировании скорости шунтированием обмотки возбуждения

RШ

IВ IЯ IШ

95

Рис.109 Механические характеристики

Показатели качества:

1.Направление регулирования однозонное вниз.

2.Регулирование при постоянном моменте.

3.Плавность. Число ступеней добавочных реостатов более 3-х не целесообразно, следовательно, регулирование ступенчатое.

4.Стабильность. При увеличении добавочного сопротивления вводимого в цепь ротора жесткость рабочей части механической характеристики уменьшается и соответственно ухудшается стабильность работы ЭП в области малых скоростей.

5.Энергетическая эффективность. При введении добавочных сопротивлений в цепь ротора, так называемая энергия или мощность скольжения, потребляемая ротором АД рассеивается в окружающую среду и добавочном сопротивлении, так же как и электрические потери в обмотке ротора и статора. Рассмотрим понятия энергии (мощность скольжения) и определим зависимость этой энергии от скорости вращения ЭД. Если мощность, потребляемую из сети

обозначить Р1 и при этом пренебречь магнитными потерями в статоре, то эту мощность через механические параметры можно выразить в виде:

Р1 0М

Механическая мощность отдаваемая двигателем механизму Р2 , может быть представлена

как :

Р2 М

Тогда за вычетом электрических и механических потерь в двигателе мощность скольжения РS можно представить :

РS P1 P2 M 0 M M 0 ( 0 ) P1S

0

Таким образом, если снизить угловую скорость двигателя по отношению к 0 в 2 раза,

то мощность скольжения будет составлять примерно 12 потребляемой мощности, что приведёт к уменьшению КПД примерно на 50%.

Вывод: реостатное регулирование энергетически не эффективно.

Учитывая то, что реостатное регулирование не обеспечивает высоких показателей качества при низких скоростях вращения (низкие КПД и стабильность), Д 1,5:1.

Однако некоторые низкие показатели в частности плавность может быть улучшена. Способом улучшения плавности является «параметрическое импульсное регулирование»,

на Рис.110.

К - высокочастотный ключ (тиристор или транзистор)

L- дроссель, предназначенный для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения на зажимах ротора, который с частотой 600-800 Гц размыкает и замыкает цепь добавочного сопротивления. Частота 600-800 Гц выбрана для снижения коммутационных перенапряжений ключа К.

Рис. 112 Временная диаграмма регулятора напряжения Семейство регулируемых механических характеристик будет иметь следующий вид:

Рис. 113 Регулировочные характеристики при регулировании скорости АД изменением напряжения.

Показатели качества:

1.Однозонное «вниз»

2.Плавность высокая

3.Регулирование при постоянной мощности

4.Энергетические показатели: низкий коэффициент мощности

5.Стабильность: жесткость регулировочных характеристик при уменьшении напряжения падает и как следствие - стабильность низкая.

6.Учитывая неудовлетворительный показатель «стабильность», а также резкое уменьшение перегрузочной способности в области малых скоростей - Д 2:1.

Поэтому сказанное этот способ регулирования используется только в приводах малой мощности.

4.3.2 Регулирование скорости вращения АД изменением числа пар полюсов двигателя

соб реализуется воздействием на статорную обмотку АД посредством изменения соединения этой обмотки. С этой целью серийно выпускаются 2-х, 3-х и 4-х скоростные АД (многоскоростные), у которых конструктивно каждая фаза состоит из 2-х (одной) одинаковых половин, каждая из которых в свою очередь включает 2 полуобмотки, которые можно переключить с последовательного согласного соединения на параллельное. При этом 2-х скоростные состоят из одной переключающейся обмотки, 3-х скоростные, из 1й одно - переключающейся и одной не переключающейся., 4-х скоростные из 2-х переключающихся . принцип изменения с помощью такого переключения числа пар полюсов можно представить, изобразив одну половину фазы статорной обмотки в виде 2-х одиночных полуобмоток.

99

Рис.114 Схема переключения фаз статорной обмотки

Если для определения числа полюсов использовать правило правоходового винта, то напрвление магнитных полюсов будет иметь вид представленный на рис 114.. Такое перключение реализуется 2-мя способами:

1 способ: со звезды на 2-ую звезду 2 способ с труегольника на 2-ую звезду

1-ый способ переключения применяется в том случае если рабочая схема соединения статорной обмотки звезда2-й если теугольник. Поэтому можно сделать вывод, что этот способ применим только для АД с к.з. ротором.

Рис.115 переключение со Y и на YY

При этом номинальный ряд скоростей для многоскоростных АД будет: 3000, 1500, 1000, 500 обмин

3000, 1500, 750, 375 обмин

Для того чтобы представить себе как будет выглядеть механические характеристики при переключении со звезды на 2-ую звезду и при переключении с треугольника на 2-ую звезду, определим значения моментов.

а. при соединении в звезду б. при соединении в 2-ую звезду

в. при соединении в треугольник В общем случае момент можно определить:

M PЭМ

0

Если пренебречь потерями мощности в двигателе, то PЭМ можно принять потребляемой электрической мощности P1 , который можно выражать через:

PЭМ P1 3U1I1.ФCos

Будем считать, что Cos , при любом способе соединений фаз статорной обмотки практически не изменится. Тогда:

100