2. Регулювання швидкості обертання аеп постійного струму

Розглянемо найбільш уживаний спосіб регулювання зміною магнітного потоку.

З рівняння

випливає, що можливо три принципово різних способи регулювання кутової швидкості двигуна:

1. зміною струму збудження (магнітного потоку) двигуна;

2. зміною опору ланцюга якоря за допомогою резисторів (реостатне);

3. зміною підводи мого до якоря двигуна напруги.

Регулювання кутової швидкості двигуна зміною струму збудження є одним з найбільш простих й економічних способів. Потужність, споживана обмоткою збудження двигуна, становить приблизно 2-2,5 % потужності двигуна, тому цей спосіб знаходить широке застосування в сучасній практиці електропривода.

Принципові схеми електропривода при регулюванні струму збудження показані на рис. 4.2. Струм збудження регулюється або за допомогою резистора (рис 4.2, а) у випадку двигунів малої потужності, або за допомогою регулятора напруги РН (рис. 4.2 б). Регулювання швидкості в цьому випадку здійснюється нагору від основний, причому припустимий момент двигуна змінюється за законом гіперболи, а припустима потужність залишається незмінної. Тому що припустиме навантаження визначається токовищем, рівним номінальному, то потужність, що розвиває двигуном, постійна незалежно від магнітного потоку (струму збудження). Електромеханічним характеристикам при зміні струму збудження відповідають різні значення кутової швидкості ідеального холостого ходу:

На рис. 4.3. по осі ординат відкладене значення кутової швидкості ідеального холостого ходу для природної характеристики, коли потік Значення кутових швидкостей ідеального холостого ходу при ослабленому потоці й лежать, мабуть, вище .

Всі електромеханічні характеристики перетинаються з віссю абсцис в одній крапці. Останнє виникає з того, що при = 0 рівняння для будь-якої електромеханічної характеристики має вигляд:

звідки визначається струм в якорі двигуна

Отже, при різних струмах збудження й при кутовій швидкості двигуна, рівної нулю, струм в якірному ланцюзі дорівнює струму короткого замикання двигуна. Цим значенням струму й визначається загальна точка перетинання електромеханічних характеристик.

Механічні характеристики, показані на рис. 4.4, мають ті ж значення кутових швидкостей ідеального холостого ходу, що й для електромеханічних характеристик. Однак ці характеристики не перетинаються в одній точці на осі абсцис, тому що в міру зменшення потоку зменшується й момент короткого замикання, обумовлений по формулі

Рис. 4.2. Принципові схеми електропривода при регулюванні кутової швидкості

зміною магнітного потоку за допомогою резистора (а) і регулятора напруги РН (б).

Регулювання є економічним при постійній потужності; повному використанню двигуна відповідають точки, що перебувають на лінії номінального струму (рис. 4.3); цьому відповідають точки, що лежать на гіперболічній кривій моменту опору , як це показано пунктиром на мал. 4.4. При цьому втрати потужності в ланцюзі якоря при роботі на регулювальних характеристиках будуть такими ж, як і на природній характеристиці, а втрати на збудження - менше.

Рис. 4.3. Електромеханічні характеристики двигуна незалежного збудження при регулюванні кутової швидкості струмом збудження.

При роботі на кутових швидкостях, що відповідають точкам, що лежать ліворуч зазначеній кривій моменту , двигун буде недовантажений: навпроти, робота на швидкостях праворуч цій кривій приведе до перевантаження двигуна.

Цікаво відзначити, що при малих моментах навантаження кутова швидкість із ослабленням поля росте, а при більших зменшується.

Рис. 4.4. Механічні характеристики двигуна незалежного збудження при регулюванні кутової швидкості струмом збудження.

При постійному моменті опору й тривалому навантаженню двигун потрібно вибирати так, щоб при найбільшій кутовій швидкості струм в ланцюзі якоря не перевершував номінального. При знижених кутових швидкостях у цьому випадку доводиться миритися з недовантаженням двигуна, тому що струм в якорі стає менше номінального внаслідок зростання магнітного потоку.

Звичайно регульовані двигуни мають діапазон регулювання від 2:1 до 5:1, у ряді випадків до (8-10) : 1.

Діапазон регулювання обмежується різними факторами. Головним з них є погіршення умов комутації зі зростанням кутової швидкості, оскільки реактивна ЕРС, що викликає іскріння на колекторі, пропорційна струму й кутовій швидкості, тобто _. Крім того, при більших кутових швидкостях потрібно підвищувати механічну міцність якоря. Нижня межа кутової швидкості обмежується ступенем насичення машини й нагріванням обмотки збудження, тобто номінальною кутовою швидкістю.

Плавність регулювання в межах заданого діапазону може бути отримана досить значної й визначається кількістю щаблів регулювального реостата або ж числом щаблів спеціальних пристроїв, що регулюють напругу, підводимо до обмотки збудження. За допомогою цих же пристроїв або за допомогою повзункового реостата (при малій потужності двигуна) можна одержати плавне регулювання.

Широко використається також імпульсне параметричне регулювання струму збудження, при якому в ланцюг обмотки збудження з певною частотою й змінюваною тривалістю звичайно за допомогою напівпровідникового ключа (транзистора, тиристора) або реле (контактора) уводиться додатковий резистор з постійним опором. Змінюючи тривалість включеного стану резистора (або ключа, шунтуючого резистора) при заданій частоті включення, можна одержати плавне регулювання кутової швидкості в діапазоні (2-3): 1 і більше.

Стабільність кутової швидкості при регулюванні визначається відносним перепадом кутової швидкості при зміні навантаження й у цьому випадку при номінальному струму якоря як , тому незалежно від струму збудження відносний перепад зберігається тим самим для природної й штучної характеристик, тобто кутова швидкість порівняно стабільна.