4.9. Регулирование координат электропривода с двигателем постоянного тока последовательного возбуждения с помощью резисторов [1]

Регулирование тока, момента и скорости двигателя с помощью резисторов отличается в первую очередь простотой своей реализа­ции (см. рис. 53, а).

Для получения семейства искусственных характеристик двига­теля при R_д = var проведем анализ выражений (125) и (126).

Так как при I, М →0 магнитный поток Ф → 0, а Ω →∞, то все искусственные характеристики имеют своей вертикальной асимп­тотой ось скорости. Для определения их расположения относитель­но естественной характеристики выполним следующие преобразо­вания. Используя (125), запишем значения скорости двигателя на естественной Ω_e(I) при R_д=0 и искусственной Ω_и(I) при R_д >0 характеристиках при каком – то лю­бом фиксированном токе якоря I_и.

Найдем отношение этих скороcтей, отметив, что поскольку ток один и тот же, то и магнитный по­ток в том и другом случаях одинаков, а значит, его можно сокра­тить. После простых преобразований получим

(128)

Выражение (128) позволяет определить расположение искусст­венных электромеханических характеристик относительно есте­ственной, так как числитель при R_д > 0 всегда меньше знаменателя, то и Ω_и<Ω_е. Другими словами, искусственные электромеханичес­кие характеристики 2 при введении в якорь добавочного резистора располагаются ниже естественной 1, причем, чем больше R_д, тем больше снижается скорость (рис. 58, а).

Рис.58. Искусственные электромеханические (а) и механические (б) характеристики ДПТ ПВ при регулировании координат ЭП с помощью резисторов

Аналогичный анализ, проведенный для искусственных механи­ческих характеристик, показывает, что они подчиняются той же закономерности (см. рис. 58, б).

Регулирование скорости двигателя данным способом характе­ризуется следующими показателями: диапазон 2...3; направление регулирования скорости - вниз; плавность регулирования, опреде­ляемая плавностью изменения R_д; стабильность скорости, снижаю­щаяся по мере увеличения R_д; допустимая нагрузка – постоянный момент, равный номинальному; экономическая целесообразность при небольших диапазонах регулирования скорости или кратко­временной работе на пониженных скоростях. Регулирование тока и момента с помощью резисторов характе­ризуется невысокой точностью при простой схемной реализации.

Рассмотрим способы расчета регулировочных резисторов, вклю­чение которых в цепь якоря двигателя позволяет получить требуе­мую искусственную (одну или несколько) электромеханическую или механическую характеристику. Задача в этом случае формулирует­ся так: при известных паспортных данных двигателя и его естествен­ной характеристике определить значение сопротивления резистора R_д, которое обеспечит прохождение электромеханической или ме­ханической характеристики через точку с координатами (Ω_и, I_и или M_и).

Наиболее простой путь решения этой задачи предусматривает использование формулы (128). Выразим из нее R_д как искомую величину

R_д=(1- Ω_и /Ω_е)[(U_ном/I_и)-R_я-R_ов)]. (129)

Теперь при заданных координатах (Ω_и, I_и) рассчитать R_д просто: по естественной характеристике для заданного тока I_и определяют ско­рость Ω_е и все имеющиеся данные подставляют в (129) и находят R_д.

Отметим, что необходимые для расчета значения R_я и R_ов могут быть найдены по справочникам, экспериментально или приближен­но по формуле

R_я+R_ов ≈ 0,75U_ном (1 - η_ном)/I_ном . (130)

Если задана точка механической характеристики с координата­ми (Ω_и, М_и), то сначала по заданному моменту М_и с помощью уни­версальной характеристики М*(I*) определяется ток I_и, а затем по­вторяется расчет, рассмотренный выше.

Иногда при расчетах пусковых резисторов и пусковой диаграм­мы используется графоаналитический способ, подробно рассмот­ренный в [1;2].

Задача 28. Для двигателя Д31 (данные см. в задаче 27) рассчитать со­противление добавочного резистора R_д, при включении которого электромеха­ническая характеристика пройдет через точку с координатами Ω_и = 50 рад/с,

I_и = 40 А, и построить эту характеристику.

Определим суммарное сопротивление обмоток якоря и возбуждения двига­теля по (130):

R_я+R_ов ≈ 0,75 U_ном (1 - η_ном)/I_ном =0,75•220(1-0,78)/46,5 = 0,78 Ом.

По естественной характеристике 1 (см. рис. 45) для тока I_и = 40 А найдем Ω_e = 90 рад/с.

Подставив все имеющиеся данные в (130), получим

R_д=(1-Ω_и/Ω_е)[(U_ном/I_и)-R_я-R_ов)]=(1-50/90)(220/40-0,78) =2,1 Ом.

Для ряда значений тока по естественной характеристике 1 (см. рис. 45) оп­ределим значения скорости Ω_е. Далее по (129) вычислим скорости Ω_и на искус­ственной характеристике 2 при тех же токах. Используем полученные данные для построения искусственной электромеханической характеристики 2:

Таблица 11. Естественная и искусственная электромеханические характеристики ДПТ ПВ

I, A	20	40	60	80	100
Ωе, рад/с	130	90	74	60	48
Ωи, рад/с	103	50	20	-4	-23

Задача 29. Для двигателя Д31(см. задачу 27) рассчитать R_д, включение которого в цепь якоря позволит снизить скорость двигателя в три раза при но­минальном моменте нагрузки.

Задача 30. Для двигателя Д31 (см. задачу 27) найти сопротивление рези­стора R_д, включение которого позволит снизить ток двигателя в первый мо­мент пуска до уровня 2I_ном.

Задача 31. Для двигателя Д31 (см. задачу 27) определить сопротивление резистора R_д, при включении которого механическая характеристика двигате­ля пройдет через точку с координатами Ω_и = 0,2Ω_ном, М_и= 0,9М_ном.

4.10. Свойства и характеристики электропривода с двигателем постоянного тока смешанного возбуждения [1]

ДПТ СВ, схема включения которого показана на рис. 59, а, имеет две обмотки возбуждения – независимую 1, подключаемую к источни­ку питания через резистор 2, и последовательную 4, включаемую пос­ледовательно с резистором 3 и обмоткой якоря 5. Вследствие этого магнитный поток двигателя представляет собой сумму двух составля­ющих – потока Ф_{ов. н}, создаваемого обмоткой 1, и потока Ф_{ов. п}, созда­ваемого обмоткой 4. Зависимость этих потоков и суммарного потока Ф от тока якоря показана на рис. 59, б соответственно в виде штри­ховых линий 3 и 2 и сплошной линии 1. Важно отметить, что при токе якоря, стремящемся к значению -I₁ магнитный поток Ф стремится к нулю, т. е. двигатель размагничивается.

Рис.59. Схема включения (а) и характеристика намагничивания (б) ДПТ СВ

Электромеханическая и механичес­кая характеристики ДПТСМ выража­ются соответственно формулами (121) и (122), в которых магнитный поток Ф также есть функция тока якоря.

Для практических расчетов ис­пользуются универсальные характе­ристики ДПТ СМ, которые приводят­ся в справочной литературе и пока­заны на рис. 60. Они представляют собой зависимости 1 и 2 соответствен­но относительных скорости Ω* = Ω/Ω_ном и момента М* = М/М_ном от относительного тока якоря I*=I/I_ном, кото­рые во многом схожи с универсальными характеристиками ДПТ ПВ, но имеют одно существенное отличие: определенную скорость иде­ального холостого хода.

Рис.60.Универсальные характеристики ДПТ СВ

Поскольку характеристики ДПТ СМ располагаются и во втором квадранте, это означает, что он может работать во всех возможных энергетических режимах.

Регулирование координат ЭП с этим типом ДПТ СМ может осу­ществляться изменением напряжения, магнитного потока и сопро­тивления добавочного резистора в цепи якоря. ДПТ СМ обеспечи­вает также следующие режимы торможения ЭП: динамическое с не­зависимым возбуждением и самовозбуждением, противовключени­ем и рекуперативное.

Отметим, что наличие двух обмоток возбуждения существенно увеличивает расход материалов на изготовление двигателя и тем самым его массу, габаритные размеры и стоимость. По этой причи­не этот тип двигателя в настоящее время применяется только в тех случаях, когда его использование диктуется какими-либо специфи­ческими требованиями и подтверждается технико-экономическими расчетами.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое универсальные характеристики двигателей постоянного тока последовательного и смешанного возбуждения?

2. В чем особенности схемы включения и характеристик ДПТ ПВ? Приведите механические характеристики ДПТ ПВ.

3. Назовите способы регулирования скорости ДПТ ПВ. Приведите регулировочные характеристики ДПТ ПВ.

4. В чем особенности схемы включения и характеристик ДПТ СВ? Приведите механические характеристики ДПТ СВ.