4.5. Регулирование тока и момента при пуске, торможении и реверсе [1]

Выше уже говорилось о том, что ток в якоре ДПТНВ в переход­ных режимах не должен превосходить некоторых допустимых значе­ний. В простейших случаях регулирование (ограничение) тока и тем самым момента осуществляется введением в цепь якоря добавочного нерегулируемого резистора R_д1.

Пуск двигателя сначала происходит по искусственной характе­ристике 1 (cм. рис.24) с резистором R_д1 в цепи якоря, называемым пусковым. В момент включения двигателя его ток и момент ограничиваются до заданного (допустимого) уровня

I₁=I_доп и М₁ = М_доп.

По мере уве­личения скорости и соответственно ЭДС двигателя ток в якоре сни­жается, и при скорости Ω₁ резистор может быть закорочен (выведен из цепи якоря). Двигатель переходит на работу по естественной ха­рактеристике 2, при этом броски тока и момента также не превы­шают заданного уровня. Завершается пуск двигателя после дости­жения им скорости Ω_уст, определяемой точкой пересечения характе­ристик двигателя 2 и исполнительного органа 3.

Добавочное сопротивление R_д в цепи обмотки якоря при динамическом торможении, реализуемом по схеме, приведенной на рис. 20, находится по задан­ным значениям I_доп или M_доп, определяемым темпом замедления ЭП или условиями коммутации двигателя (см. рис.25, характеристика 4). Расчет R_д в цепи обмотки якоря при динамическом торможении производится по формуле (89), приведенной ниже.

Реверс и торможение противовключением ДПТ НВ, осуществля­емые изменением полярности напряжения якоря или обмотки воз­буждения, происходят по характеристике 5 (см. рис.25) при включении в цепь якоря резистора R_д3. Расчет R_д3 в цепи обмотки якоря при торможении противовключением производится по формуле (90), приведенной ниже.

Иногда для регулирования тока и момента в цепь якоря вводит­ся регулируемый резистор, что позволяет реализовать две или бо­лее искусственные характеристики, сузить пределы изменений тока и момента в переходных процессах и тем самым повысить точность их регулирования. В этих случаях резистор секционируется на со­ответствующее число ступеней, которые закорачиваются последо­вательно по мере разбега или торможения двигателя.

Число ступеней m добавочного резистора (или, что то же самое, число используемых искусственных характеристик) связано с пределами изменения тока в якоре I₁=I_доп и током переключения I₂ следующим соотношением

(87)

Совокупность двух или более искусственных характеристик, ис­пользуемых при пуске двигателя, называется пусковой диаграммой.

При ее расчете и построении заданными параметрами являются: допустимые ток I_доп или момент М_доп, момент нагрузки М_с, пределы изменения тока (момента) или число искусственных характеристик m, соответствующее числу ступеней пускового резистора. Рассмотрим порядок построения пусковой диаграммы и схему включения пускового резистора (рис. 25), если заданы I_доп, М_с и число характеристик m=2. Отметим, что эти характеристики мо­гут быть использованы и для регулирования скорости.

Рис.24. Характеристики ДПТ НВ для определения скачка тока и моментов в переходных режимах

Рис. 25. Пусковая диаграмма ДПТ НВ (а) и схема включения пускового резистора (б)

Построение диаграммы проводится в следующем порядке.

Сначала строится естественная характеристика 1 двигателя и про­водится вертикальная линия, соответствующая абсциссе I₁=I_доп или М₁= М_доп. Через точки a и b с координатами (Ω₀, 0) и (0, I₁) проводит­ся искусственная характеристика 3, соответствующая включению в цепь якоря обеих ступеней пускового резистора R_д1 и R_д2. Затем оп­ределяется ток переключения по приближенному соотношению I₂ = (1,1÷1,2)I_c и строится вертикальная линия, соответствующая этому току.

Ток I_c определяется по заданному моменту нагрузки и рассчитанному коэффициенту С_еФ.

I_c=М_с/С_еФ.

Через точку с пересечения этой линии с характеристикой 3 проводится горизонтальная линия до пересечения в точке d с вер­тикалью, имеющей абсциссу I₁. Через точки а и d проводится искус­ственная характеристика 2, а через точку е - еще одна горизонталь до пересечения в точке f с естественной характеристикой 1.

Для точного попадания точек с, d, е, f на вертикали с абсцисса­ми I₁, и I₂ производится подбор значения тока I₂.

Пуск двигателя начинается по характеристике 3. При скорости Ω₁, когда ток снизится до значения I₂, ключом К1 закорачивается ступень R_д1 и двигатель уже по характеристике 2 продолжает свой разбег. При скорости Ω₂ ключом закорачивается ступень R_д2 и дви­гатель начинает работать на естественной характеристике 1.

Для осуществления динамического торможения двигатель вклю­чается по схеме, приведенной на рис. 20, и при этом он переходит с работы на характеристике 2 на работу по характеристике 4 (см. рис. 24).

Торможение противовключением, или реверс двигателя, осуще­ствляется изменением полярности напряжения на якоре или обмот­ке возбуждения (последнее применяется очень редко). При этом двигатель переходит с работы по характеристике 2 на работу по характеристике 5 (см. рис. 24).

В качестве ключей для указанных переключений и шунтирова­ния резисторов обычно используются контакторы. Релейно – контакторные схемы управления, обеспечивающие описанный порядок пуска ДПТ, рассмотрены в разделе 9.

Расчет сопротивлений резисторов, которые позволяют получать показанные на рис. 24 и 25 характеристики, производится по фор­мулам (79) и (84). Кроме того, могут использоваться формулы, позволяющие непосредственно находить сопротивления по задан­ным (допустимым) току и моменту при пуске, торможении и ревер­се. Исходным в этом случае является максимально допустимый ток I_доп, который определяется допустимым моментом М_доп или услови­ями пуска, реверса и торможения двигателя.

Сопротивление добавочного резистора R_д1 при пуске в одну ступень (см. рис. 18) рассчитывается по (65) при Е = 0:

R_д1=U/I_доп - R_я. (88)

Сопротивление добавочного резистора R_д2 при динамическом тор­можении

R_д2= E/I_доп - R_я ≈U/I_доп - R_я (89)

Сопротивление добавочного резистора R_д3 при реверсе или тормо­жении противовключением

R_д3 =(U+E)/I_доп -R_я ≈ 2U/I_доп - R_я. (90)

Задача 20. Для двигателя типа ПБСТ–53 (см. задачу 17) определить сопро­тивления резисторов, включение которых ограничит ток при пуске и торможе­нии противовключением до уровня I_доп = 3I_ном.

Определим сопротивление пускового резистора по (81):

R_д1 = U/I_доп - R_я = 220/(3•24,2) - 0,38 = 2,65 Ом.

Сопротивление резистора, используемого при торможении, определим по (83):

R_д3 =2U/I_доп -R_я = (2• 220)/(3• 24,2)-0,38 = 5,7 Ом.

Задача 21. Для двигателя типа ПБСТ–53 (см. задачу 17) построить пуско­вую диаграмму при следующих условиях: m = 2; I_доп= 2,8I_ном; М_с = 30 Нм. Рас­считать сопротивления добавочных резисторов.

Задача 22. Для двигателя типа ПБСТ–53 (см. задачу 17) определить число характеристик m пусковой диаграммы, при котором изменение тока будет про­исходить в пределах от I₁ = 60 А до I₂ = 10 А.

Задача 23. Рассчитать сопротивление резистора, при котором характерис­тика двигателя (см. задачу 17) в режиме динамического торможения пройдет через точку с координатами Ω_и= 100 рад/с, I_и= - 20 А. Данные двигателя взять из задачи 17.

Вопросы для самоконтроля

1. Напишите формулу для расчета скорости вращения двигателя постоянного тока и перечислите возможные способы регулирования скорости.

2. Нарисуйте схему реостатного способа регулирования скорости вращения двигателя постоянного тока и приведите формулу для расчета добавочного сопротивления

3. Перечислите методы, которые применяются для расчета регулировочных резисторов в цепи обмотки якоря, и покажите на примере их применение.

4. Дайте пояснение понятию «пусковая диаграмма» и приведите пример применения ее.