4.7. Регулирование скорости вращения двигателя изменением напряжения, подводимого к якорной цепи

Этот способ регулирования скорости вращения является основным, поскольку он позволяет получить высокое качество регулирования при широком диапазоне регулирования и высокой жесткости характеристик [1; 14]. Потери мощности на регулировочных характеристиках практически соответствуют потерям мощности в номинальном режиме. На базе этого способа создаётся большинство замкнутых систем регулирования. Для получения регулируемого напряжения в якорной цепи используется преобразователь, в качестве которого обычно выступает управляемый выпрямитель (это связано с тем, что основным источником питания является трёхфазная сеть), а регулирование частоты вращения осуществляется вниз от номинальной, поскольку повышать напряжение выше номинального мы не можем. Допустимый момент на регулировочных характеристиках соответствует номинальному при условии, что (при этом мы полагаем, что по мере снижения частоты вращения условия вентиляции практически не меняются). Запишем уравнение электромеханической характеристики:

. (4.13)

При изменении напряжения:

, таким образом

,

т.е. изменение скорости обусловлено изменением напряжения.

Регулировочные характеристики представляют прямые линии, параллельные друг другу, следовательно, они имеют одинаковую жесткость, за счет чего обеспечивается высокая стабильность угловой скорости во всем диапазоне регулирования, который определяется выражением:

. (4.14)

В разомкнутой системе диапазон регулирования достигает 10, а в замкнутой 1000 и более.

- относительный перепад угловых скоростей (статизм). Так как и , то статизм увеличивается при снижении скорости. Изменение скорости на характеристике, которое зависит от жесткости характеристики, ограничивает диапазон регулирования скорости.

КПД двигателя в данном случае (без учёта потерь на возбуждение) равен отношению фактической угловой скорости к угловой скорости идеального холостого хода на заданной характеристике.

Потери мощности в якорной цепи при постоянном моменте нагрузки остаются неизменными при регулировании скорости и равны потерям на естественной характеристике. Но поскольку угловая скорость машины в процессе регулирования уменьшается, полезная мощность уменьшается, КПД уменьшается.

Рассмотрим два варианта управления скоростью двигателя изменением напряжения, подводимого к якорной цепи.

4.7.1. Система генератор-двигатель (г-д)

Первоначально для питания двигателей использовался электромашинный управляемый преобразователь (система «генератор-двигатель») (рис. 4.13) [1; 2; 14].

Рис. 4.13. Схема системы «генератор-двигатель».

В пунктир заключён электромашинный преобразователь, включающий в себя гонный асинхронный двигатель и генератор постоянного тока. Такой преобразователь позволяет в широком диапазоне изменять напряжение на двигателе, изменяя ток возбуждения генератора (ОВГ). Очевидно, что в данном случае напряжение на выходе преобразователя определяется ЭДС генератора. Данная система позволяет обеспечить все возможные режимы работы двигателя. Механические характеристики двигателя (рис. 4.14) располагаются во всех 4 квадрантах. Основной режим работы двигателя в такой системе – это работа с постоянным магнитным потоком, то есть . Мы можем записать уравнения электромеханической и механической характеристик двигателя, полагая, что :

; (4.15)

, (4.16)

где - магнитный поток двигателя;

R_я – сопротивление якоря двигателя;

R_г – сопротивление якоря генератора.

Рис. 4.14. Механические характеристики двигателя в системе Г-Д

Как видим, механические характеристики представляют параллельные прямые, наклон которых несколько больше, чем у естественной характеристики двигателя (жесткость меньше) при Ф=const. Мы наблюдаем их во всех четырёх квадрантах, т.е. двигатель может работать во всех возможных режимах. Реверс двигателя осуществляется за счет изменения полярности тока в обмотке возбуждения генератора (ОВГ).

Данная система позволяет осуществить двухзонное регулирование:

1 зона – за счет изменения напряжения (ЭДС генератора);

2 зона – за счёт изменения магнитного потока двигателя при

номинальном напряжении (характеристики показаны пунктиром

рис 4.14).

Достоинством данной системы являются плавность регулирования, широкий диапазон регулирования, возможность получения линейных непрерывных характеристик во всём диапазоне регулирования и получение всех возможных режимов работы двигателя.

К недостаткам данной системы можно отнести: утроенную установленную мощность машин, низкий КПД, большую инерционность.