36. Регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока
Частота вращения двигателя постоянного тока:
где U — напряжение питающей сети; Iя — ток якоря; Rя — сопротивление цепн якоря; kc — коэффициент, характеризующий магнитную систему; Ф — магнитный поток электродвигателя.
Из формулы видно, что частоту вращения электродвигателя постоянного тока можно регулировать тремя путями: изменением потока возбуждения электродвигателя, изменением подводимого к электродвигателю напряжения и изменением сопротивления в цепи якоря.
Наиболее широкое применение получили первые два способа регулирования, третий способ применяют редко: он неэкономичен, скорость двигателя при этом значительно зависит от колебаний нагрузки. Механические характеристики, которые при этом получаются, показаны нарисунке.
Механические характеристики электродвигателя постоянного тока при различных способах регулирования частоты вращения
Жирная прямая — это естественная зависимость скорости от момента на валу, или, что то же, от тока якоря. Прямая естественной механической характеристики несколько отклоняется от горизонтальном штриховой линии. Это отклонение называют нестабильностью, нежесткостью, иногда статизмом. Группа непаралельных прямых I соответствует регулированию скорости возбуждением, параллельные прямые II получаются в результате изменения напряжения якоря, наконец, веер III — это результат введения в цепь якоря активного сопротивления.
Величину тока возбуждения двигателя постоянного тока можно регулировать с помощью реостата или любого устройства, активное сопротивление которого можно изменять по величине, например транзистора. При увеличении сопротивления в цепи ток возбуждения уменьшается, частота вращения двигателя увеличивается. При ослаблении магнитного потока механические характеристики располагаются выше естественной (т. е. выше характеристики при отсутствии реостата). Повышение частоты вращения двигателя вызывает усиление искрения под щетками. Кроме того, при работе электродвигателя с ослабленным потоком уменьшается устойчивость его работы, особенно при переменных нагрузках на валу. Поэтому пределы регулирования скорости таким способом не превышают 1,25 - 1,3 от номинальной.
Регулирование изменением напряжения требует источника постоянного тока, например генератора или преобразователя. Такое регулирование используют во всех промышленных системах электропривода: генератор - двигатель постоянного тока (Г - ДПТ),электромашинный усилитель - двигатель постоянного тока (ЭМУ - ДПТ), магнитный усилитель - двигатель постоянного тока (МУ - ДПТ),тиристорный преобразователь - двигатель постоянного тока (Т - ДПТ).
37 Условия самовозбуждения генераторов постоянного тока Различаются генераторы независимого возбуждения и генераторы с самовозбуждением.
В генераторах с самовозбуждением обмотки возбуждения питаются электрической энергией, вырабатываемой в самом генераторе.
Во всех генераторах с электромагнитным возбуждением на возбуждение расходуется 0,3—5% номинальной мощности машины. Первая цифра относится к самым мощным машинам, а вторая — к машинам мощностью около 1 кет.
Генераторы с самовозбуждением в зависимости от способа включения обмоток возбуждения делятся на 1) генераторы параллельного возбуждения, или шунтовые (рис. 9-1, б), 2) генераторы последовательного возбуждения, или сериесные (рис. 9-1, в), и 3) генераторы смешанного возбуждения, или компаундные (рис. 9-1, г).
Генераторы смешанного возбуждения имеют две обмотки возбуждения, расположенные на общих главных полюсах: параллельную и последовательную. Если эти обмотки создают н. с. одинакового направления, то их включение называется согласным; в противном случае соединение обмоток возбуждения называется встречным. Обычно применяется согласное включение обмоток возбуждения, причем основная часть н. с. возбуждения (65—80%) создается параллельной обмоткой возбуждения.
Рис. 9-1. Схемы генераторов и двигателей независимого (а), параллельного (б), последовательного (в) и смешанного (г) возбуждения (сплошные стрелки — направления токов в режиме генератора, штриховые стрелки — в режиме двигателя)
Самовозбуждение генератора параллельного возбуждения происходит при соблюдении следующих условий: 1) наличия остаточного магнитного потока полюсов; 2) правильного подключения концов обмотки возбуждения или правильного направления вращения. Кроме того, сопротивление цепи возбуждения RB при данной скорости вращения п должно быть ниже некоторого критического значения или скорость вращения при данном RB должна быть выше некоторой критической величины.
Для самовозбуждения достаточно, чтобы остаточный поток составлял 2—3% от номинального. Остаточный поток такой величины практически всегда имеется в уже работавшей машине. Вновь изготовленную машину или машину, которая по каким-либо причинам размагнитилась, необходимо намагнитить, пропуская через обмотку возбуждения ток от постороннего источника.
При соблюдении необходимых условий процесс самовозбуждения протекает следующим образом. Небольшая э. д. с, индуктируемая в якоре остаточным магнитным потоком, вызывает в обмотке возбуждения малый ток iB. Этот ток вызывает увеличение потока полюсов, а следовательно увеличение э. д. с, которая в свою очередь обусловливает дальнейшее увеличение iB, и т. д. Такой лавинообразный процесс самовозбуждения продолжается до тех пор, пока напряжение генератора не достигнет установившегося значения.
Если подключение концов обмотки возбуждения или направление вращения неправильны, то возникает ток £„ обратного направления, вызывающий ослабление остаточного потока и уменьшение э. д. с, вследствие чего самовозбуждение невозможно. Тогда необходимо переключить концы обмотки возбуждения или изменить направление вращения. В соблюдении этих условий можно убедиться, следя с помощью вольтметра с малым пределом измерения за напряжением якоря прл замыкании и размыкании цепи возбуждения.
Полярность зажимов генератора при самовозбуждении определяется полярностью остаточного потока. Если при заданном направлении вращения полярность генератора необходимо изменить, то следует перемагнитить машину путем подачи тока в обмотку возбуждения от постороннего источника.
Вообще любые процессы самовозбуждения — электрические, и другие, наблюдаемые в различных устройствах, — ограничиваются только нелинейностью характеристик системы.
Из сказанного следует, что генератор параллельного возбуждения может работать только при наличии определенного насыщения магнитной цепи. Посредством изменения RB можно регулировать U до значения V = £/мии, соответствующего началу колена кривой х. х. х. В машинах обычного исполнения Umm= (0,65 -4- 0,75) UB.
Генераторы последовательного возбуждения
В генераторах последовательного возбуждения £в = 1а — I и поэтому при п = const имеются только две независимые переменные: U и I. Вследствие этого такой генератор имеет только одну характеристику, а именно внешнюю U — f (I) при п = const. При увеличении I растет поток Ф и э. д. с. Еа. Поэтому с ростом I сначала U растет линейно, а при достижении насыщения рост U замедляется. При весьма больших I напряжение будет снова уменьшаться вследствие большой реакции якоря и большого падения напряжения RaI.
Характеристики холостого хода, короткого замыкания и другие могут быть сняты только при отсоединении обмотки возбуждения от якоря и питании ее от постороннего источника тока, как у генератора независимого возбуждения, причем источник должен иметь низкое напряжение и быть рассчитанным на большой ток. При коротком замыкании генератора последовательного возбуждения возникает чрезвычайна большой ток.
Так как напряжение генератора последовательного возбуждения сильно изменяется с изменением нагрузки, то он не
пригоден для питания большинства потребителей и применяется только в некоторых специальных установках.
Генераторы смешанного возбуждения
Генератор смешанного возбуждения самовозбуждается так же, как и генератор параллельного возбуждения и их х. х. х. аналогичны. Характеристику короткого замыкания генератора смешанного возбуждения можно снять только при питании параллельной обмотки возбуждения от постороннего источника, если действие последовательной обмотки является встречным, так как при согласном действии обмоток возбуждения возникает недопустимо большой ток короткого замыкания.
Если снять характеристики короткого замыкания при встречном включении последовательной обмотки и при отключении этой обмотки, то можно определить н. с. последовательной обмотки возбуждения в масштабе тока параллельной обмотки возбуждения. Тогда можно построить характеристический треугольник и для случая согласного включения последовательной обмотки возбуждения.
Генератор смешанного возбуждения с согласным включением последовательной обмотки возбуждения имеет самую благоприятную внешнюю характеристику. Его напряжение при надлежащем выборе н. с. последовательной обмотки мало изменяется с изменением нагрузки.
У генератора смешанного возбуждения с встречным включением последовательной обмотки возбуждения действие последней эквивалентно увеличению размагничивающего действия реакции якоря. Вследствие этого с увеличением нагрузки напряжение генератора сильно падает. Поэтому этот генератор применяется редко.