4.6. Регулирование скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения изменением магнитного потока

Изменение магнитного потока используется преимущественно для регулирования скорости. Этот способ находит широкое приме­нение в ЭП вследствие простоты его реализации и экономичности, так как регулирование осуществляется в относительно маломощ­ной цепи возбуждения двигателя и не сопровождается большими потерями мощности [1].

Магнитный поток при регулировании скорости обычно умень­шают по сравнению с номинальным (точка А на кривой намагничи­вания, рис. 26) за счет снижения тока возбуждения, так как его увеличение выше номинального вызывает до­полнительный нагрев обмотки воз­буждения. Кроме того, двигатель рассчитывается и конструируется таким образом, что бы его магнит­ная система была близка к насыще­нию, поэтому увеличение тока воз­буждения не приводит к заметному увеличению магнитного потока.

Рис.26. Кривая намагничивания двигателя постоянного тока

Рис. 27. Схема регулирования тока возбуждения ДПТ НВ включением в цепь обмотки возбуждения резистора (а) и с управляемого выпрямителя (УВ) (б)

Регулирование тока в цепи возбуждения может осуществляться или с помощью добавочного резистора R_в (рис. 27, а), или изменением на­пряжения питания обмотки возбуждения, например с помощью уп­равляемого выпрямителя УВ (см. рис. 27, б), выходное напряжение ко­торого U_в регулируется по сигналу управления U_у. Вторая схема при­меняется для регулирования в широких пределах тока возбуждения мощных двигателей, работающих в замкнутых структурах ЭП. При использовании в ней реверсивных управляемых выпрямителей обес­печивается также изменение направления тока возбуждения.

В соответствии с (69) уменьшение магнитного потока приводит к увеличению скорости идеального холостого хода Ω₀. Ток корот­кого замыкания I_кз = U/R_я от магнитного потока не зависит и при его варьировании будет оставаться неизменным. Таким обра­зом, электромеханические характеристики при различных значениях магнитного потока Ф_ном> Ф₁> Ф₂ будут иметь вид прямых 1-3 ДПТ НВ представленных на рис. 28, а.

Момент короткого замыкания М_кз= С_еФI_кз, т.е. при уменьшении магнитного потока Ф он будет также снижаться, так как I_кз= const. Значит, механические характеристики двигателя будут иметь вид прямых, показанных на рис. 28, б.

Показатели данного способа регулиро­вания скорости ДПТ НВ следующие: диапа­зон регулирования 3 – 4; направление регу­лирования – вверх от естественной харак­теристики; плавность регулирования опре­деляется плавностью регулирования тока возбуждения; стабильность скорости дос­таточно высокая, хотя она и снижается при уменьшении магнитного потока. Способ экономичен, так как регулирование скоро­сти не сопровождается значительными по­терями мощности, а реализация его не тре­бует больших капитальных затрат.

Рис.28. Характеристики электромеханические (а) и механические (б) ДПТ НВ при ослаблении потока возбуждения

Допустимую нагрузку ДПТ при его работе на искусственных ха­рактеристиках определим по (67), полагая I = I_ном:

М_доп = C_eФ_иI, (91)

где Ф_и – магнитный поток на искусственной характеристике.

Так как при данном способе регулирования Ф_и< Ф_ном, то и М_доп< М_ном, т. е. двигатель по условиям нагрева не может быть нагружен на искусственных характеристиках номинальным моментом.

Для определения допустимой нагрузки двигателя сделаем допол­нительный расчет. Запишем выражения для ЭДС якоря на естествен­ной Е_е и искусственной Е_и характеристиках при номинальном токе:

Е_е =С_еФ_ном Ω_ном = U_ном - I_ном R_я;

Е_и = С_еФ_иΩ_и = U_ном - I_ном R_я.

Так как U_ном - I_номR_я = const, то из равенства Е_е=Е_и вытекает следующее соотношение:

Ф_и = Ф_ном Ω_ном /Ω_и, (92)

где Ω_и – скорость на искусственной характеристике при I =I_ном. Подставляя (92) в (91), получаем

М_доп Ω_и = М_ном Ω_ном = Р_ном = const. (93)

Как видно из (93), при работе двигателя на искусственных ха­рактеристиках он может быть нагружен на свою номинальную мощ­ность. Объясняется это тем, что хотя момент нагрузки при умень­шении магнитного потока снижается, но одновременно повышает­ся скорость двигателя, а их произведение, определяющее механи­ческую мощность, остается неизменным и равным номинальной мощности. Таким образом, регулирование скорости изменением магнитного потока целесообразно при постоянной механической мощности нагрузки, что обеспечивает полное его использование при работе на всех искусственных характеристиках.

Задача 24. Паспортные данные ДПТ НВ приведены в задаче 17. Опреде­лить магнитный поток и ток возбуждения, при которых искусственная механи­ческая характеристика пройдет через точку с координатами Ω_и = 250 рад/с, М_и = 15 Нм.

Решая (69) с учетом того, что R = R_я и U= U_ном, получим

Ω_и (С_еФ)²-U_ном С_еФ + М_и R_я = 0.

Решая это уравнение второго порядка, получим:

С_еФ_и1= 0,85 Вс; С_еФ_и2= 0,027 Вс.

Целесооб­разно выбрать большее из двух полученных значений, так как в этом случае момент двигателя М_и обеспечивается при меньшем токе якоря.

Для определения тока возбуждения I_{в. и} рассчитаем относительное значение найденного магнитного потока:

(С_еФ_и1)/(С_еФ_ном) = Ф_и*= 0,85/1,3 = 0,61, зная кото­рый, с помощью кривой намагничивания (см. рис. 25) определим относительный ток возбуждения

I_{в. и}* =I_{в. и}/ I_{в. ном}= 0,38,

а искомый ток возбуждения

I_в.и= I_в.ном ·I_в.и* =0,8 ·0,38 = 0,3 А.

Задача 25. Для рассмотренного в задаче 17 ДПТ НВ определить магнит­ный поток, ток возбуждения и сопротивление добавочного резистора в цепи обмотки возбуждения, при которых скорость идеального холостого хода на ис­кусственной характеристике будет на 75% больше скорости холостого хода на естественной характеристике.

Вопросы для самоконтроля

1.Укажите достоинства и недостатки способа регулирования скорости вращения ДПТ НВ, реализуемого путем изменения потока возбуждения.

2. Нарисуйте электромеханические и механические характеристики ДПТ НВ при трех значениях магнитного потока.