2.1.3. Способы регулирования момента и скорости

В данном случае имеется в виду регулирование одной из механических координат (скорости или момента) путем изменения определенных параметров двигателя. В п. 2.1.1 мы выяснили, что такими параметрами для двигателя постоянного тока независимого возбуждения являются напряжение на обмотке якоря U, сопротивление якорной цепи Rя и поток возбуждения Φ. Напряжение на якоре мы можем менять с помощью преобразователя напряжения, сопротивление якорной цепи путем введения регулируемого сопротивления в цепь якоря, а поток – путем изменения напряжения питания обмотки возбуждения. Обычно рассматривают регулирование одной координаты (M или ω), считая другую постоянной.

В данном пункте рассмотрим статические регулировочные свойства, для оценки качества которых существуют объективные показатели, такие как: диапазон регулирования

D=ymax/ymin,

где ymax,ymin – соответственно максимальное и минимальное значение регулируемой координаты, которые можно обеспечить в процессе регулирования; линейность регулирования

L=dy/dx,

где x – изменяемый параметр; энергетическая эффективность регулирования, под которой в данном случае будем понимать электромагнитный к.п.д.

Предполагая только один параметр при постоянных других, рассмотрим регулировочные характеристики при различных способах регулирования.

Регулирование путем изменения напряжения

Примем Rд=0,Φ=Φн=const,U=var. Так как в этом случае напряжение на якоре может отличаться от номинального, то механическая характеристика в относительных единицах запишется выражением несколько отличным от (2.13):

(2.21)

ν=u−μ,

где u=U/Uн – относительное значение напряжения на якорной обмотке.

В соответствии с выражением (2.21) при регулировании скорости и μ=const характеристики имеют вид – рис. 2.5. В данном случае и далее, при построении характеристик предполагается реактивный характер момента на валу двигателя.

Рис. 2.5. Регулировочные характеристики при изменении напряжения на якоре

Из уравнения (2.21) нетрудно найти диапазон регулирования скорости ν∈[0,(1−μ)] при изменении регулирующей координаты в диапазоне u∈[μ,1]. Передаточный коэффициент регулирования kν=Δν/Δu=1 или, переходя к абсолютным величинам, получим:

1=ω/ω0×Uн/U.

Отсюда

(2.22)

kω=ω/U=ω0/Uн=1/(KΦ).

Теперь примем скорость постоянной (ν=const) и рассмотрим регулирование момента. Согласно (2.21) при этом регулировочные характеристики имеют тот же вид, что и при регулировании скорости (рис. 2.5), диапазон регулирования момента равен μ∈[0,(1−ν)] при изменении регулирующей координаты в диапазоне u∈[ν,1]. Передаточный коэффициент регулирования kμ=Δμ/Δu=1. Перейдя к абсолютным величинам, получим

1=MUн/MпU.

Отсюда

(2.23)

kμ=M/U=KΦ/Rя.

Для оценки энергетической эффективности в процессе регулирования рассмотрим как меняется электромагнитный к.п.д. двигателя, который в общем случае определяется отношениями

(2.24)

ηэ=Pэ/Pп=Mω/(UI)=KΦIω/(KΦω0I)=ω/ω0=ϖ,

где Pэ,Pп – соответственно электромагнитная и потребляемая мощность двигателя, ϖ – относительная скорость. Выше мы уже обозначали относительную скорость через ν:

(2.25)

ν=ω/ω0н,

где ω0н – скорость холостого хода при питании двигателя номинальным напряжением.

Из (2.24) и (2.25) с учетом (2.8) получим

(2.26)

ϖ=ν/u,     ν=ϖu.

Подставим ν из (2.26) в (2.21) и с учетом (2.24) получим

(2.27)

ηэ=ϖ=1−μ/u.

Нетрудно на основе тех же исходных соотношений представить выражение для электромагнитного к.п.д. в другом виде:

(2.28)

ηэ=ϖ=ν/(ν+μ).

Выражения (2.27) и (2.28) позволяют определить, как изменяется к.п.д. двигателя в процессе регулирования.