6) Наброс нагрузки. Физический смысл и логическая схема процесса

При набросе нагрузки увеличивается момент сопротивления ( ), и т.к. станет больше , двигатель тормозится, следовательно, уменьшится скорость электродвигателя (n). Уменьшение скорости вызовет уменьшение ЭДС ( ), а, следовательно, увеличится ток якоря электродвигателя ( ), а, следовательно, будет увеличиваться электромагнитный момент ( ) и будет увеличиваться до тех пор, пока .

Логическая схема этого процесса имеет вид:

пока ( )

4.1.2. Переходные процессы в электроприводе постоянного тока с электродвигателями последовательного возбуждения

а) Схема электродвигателя последовательного возбуждения. Механическая характеристика.

Схема электродвигателя с последовательным возбуждением имеет вид:

А механическая характеристика имеет вид:

Пояснение: как видно из схемы ток якоря равен току обмотки возбуждения (один и тот же ток). Следовательно, при будет стремиться к , следовательно, ток будет стремиться к нулю , а т.к. ток якоря одновременно является током возбуждения , следовательно, магнитный поток будет стремиться к нулю (а т.к. ), то обороты (скорость n) будет стремиться к бесконечности.

Из вышеизложенного следует, что для электродвигателя постоянного тока последовательного возбуждения необходимо, что он (двигатель) работал под нагрузкой (при достаточно большом ). При малых (тем более на холостом ходу) возможен «разнос» электродвигателя.

Следует запомнить, что для электродвигателя последовательного возбуждения .

Логическая схема данного процесса будет иметь вид:

(а для ЭД постоянного возбуждения и ток обмотки возбуждения ) (т.к. ).

б) Пуск электродвигателя. Физический смысл. Механическая характеристика. Схема

Из формулы закона Ома для работающего электродвигателя: , при пуске .

Следовательно, из этой формулы пусковой ток (ток якоря электродвигателя) ; из полученного выражения следует, что для уменьшения пускового тока следует, либо уменьшить проводимое напряжение U, либо ввести дополнительное сопротивление в цепь якоря, что для электродвигателя последовательного возбуждения будет одно и тоже, т.к. введение дополнительного сопротивления в цепь якоря будет уменьшать подводимое напряжение (ко всей машине) на величину падения напряжения на этом вводимом сопротивлении.

Поэтому механические характеристики этого процесса абсолютно одинаковы. А схема введения дополнительных сопротивлений имеет вид:

А соответственные механические характеристики пуска:

При пуске введены оба добавочных сопротивления , т.к. момент электромагнитный больше момента статического – двигатель разгоняется по искусственной механической характеристике (1) до тех пор, пока .

Затем шунтируется (закорачивается) сопротивление и электродвигатель переходит на искусственную механическую характеристику (2). Снова момент электродвигателя ( ) становится больше момента сопротивления ( ) и электродвигатель разгоняется по характеристике (2) пока не станет равным .

После этого шунтируется сопротивление и электродвигатель переходит на естественную механическую характеристику (3). И снова  двигатель разгоняется по характеристике (3) до тех пор, пока . После этого двигатель работает в установившемся режиме в точке А.

в) Торможение электродвигателя. Анализ процесса. Механические характеристики. Схемы

Из раздела 4.1.2. пункт а) видно, что генераторное торможение электродвигателя постоянного тока последовательного возбуждения невозможно!!!

Т.к. (по определению) генераторное торможение возможно, когда скорость электродвигателя превышает скорость идеального холостого хода (пороговую частоту вращения). Т.е. скорость идеального холостого хода возможна когда , а, следовательно (он же ) равен 0, а, следовательно , а значит согласно формуле ; - двигатель пойдет «вразнос». Вспомним также формулу для двигателя постоянного тока последовательного возбуждения (при , ).

Динамическое торможение

Как и у электродвигателей постоянного тока последовательного и независимого возбуждения достигается когда обмотки возбуждения электродвигателя остается под питание ( ), а якорь электродвигателя замыкается на какое-либо добавочное сопротивление .

Схема данного процесса может быть представлена в следующем виде:

А механическая характеристика динамического торможения имеет вид:

Торможение противовключением достигается как и у электродвигателей параллельного и независимого возбуждения изменением полярности напряжения на якоре при неизменном направлении магнитного потока, либо изменением направления магнитного потока при неизменной полярности напряжения на якоре.

Последний способ (изменение направления магнитного потока) почти не используется, т.к. при перемагничивании электродвигателя наступает момент, когда его , а, следовательно (согласно формуле ) скорость n будет стремиться к бесконечности, следовательно, возможен «разнос» электродвигателя.

А схема изменения полярности напряжения на якоре, при неизменном магнитном потоке будет иметь вид:

Согласно формуле ; U стало –U. Следовательно, I поменял свой знак (при неизменном ). Следовательно, поменял свой знак и из двигательного стал тормозным.

А механическая характеристика будет следующего вида:

г) Реверс электродвигателя как и торможение противовключением достигается изменением полярности напряжения на якоре при неизменном направлении магнитного потока, либо изменением направления магнитного потока (что используется так же крайне редко, по той же причине, что и для торможения противовключением) при неизменной полярности напряжения на якоре.

Схема реверса имеет тот же вид, что и для торможения противовключением и механическая характеристика представлена выше.

Т.е. если при торможении противовключением при электродвигатель не остановить, то он начнет вращаться в обратную сторону (осуществив реверс).

д) Регулирование оборотов (частоты вращения)

Согласно формуле (вывод из формулы закона Ома для работающего электродвигателя) видим, что регулирование оборотов можно осуществлять изменением величины подводимого напряжения, введением дополнительного сопротивления в цепь якоря и изменением величины магнитного потока.

Из самой схемы двигателя последовательного возбуждения видно, что метод введения дополнительного сопротивления в цепь якоря – это частный случай изменения величины подводимого напряжения (схема аналогична рассмотренной схеме при пуске электродвигателя:

И соответственно похожи механические характеристики:

Предположим, двигатель работает на естественной механической характеристике (3) в точке А ( ). Для уменьшения оборотов вводим добавочное сопротивление - двигатель перейдет на работу на искусственную характеристику (2) и, т.к. станет меньше , начнет тормозиться (по характеристике (2)) пока не станет равным , затем вводится добавочное сопротивление - двигатель переходит на искусственную характеристику (1) и снова станет меньше . Электродвигатель уменьшает скорость (по искусственной характеристике (1)) пока не станет равным .

Как было указано выше для электродвигателей последовательного возбуждения – это частный случай регулирования оборотов методом изменения подводимого напряжения. Регулирование кроме этого можно производить, регулируя напряжения на источнике питания, а так же с помощью преобразователей напряжения.

Регулирование изменением величины магнитного потока можно осуществлять включением добавочных сопротивлений параллельно обмотке возбуждения. Схема этого регулирования имеет вид:

А соответственно механические характеристики будут иметь вид:

Двигатель работает на естественной механической характеристике (3) в точке А (выключатель B – отключен). Для увеличения оборотов шунтирует обмотку возбуждения ОВ через сопротивления и (включаем выключатель B), электродвигатель переходит на искусственную механическую характеристику (1) и начинает по ней разгоняться (т.к. ) до тех пор, пока . Затем для дальнейшего увеличения скорости шунтируется сопротивление . Следовательно ОВ электродвигателя шунтирована меньшим сопротивлением . Следовательно ток через шунтирующее сопротивление возрастет, а ток обмотки возбуждения уменьшится (закон Кирхгофа), следовательно, уменьшится магнитный потов ( ), следовательно, электродвигатель перейдет на искусственную механическую характеристику (2) и начнет по ней разгоняться (т.к. ) до тех пор, пока .

Примечание. Для более плавного регулирования возможно вместо и использовать реостат или другие электроприборы.

е) Наброс нагрузки. Физический смысл. Логическая схема процесса

Для электродвигателя наброс нагрузки – это увеличение момента сопротивления (статического момента). Следовательно, при этом станет больше , следовательно, двигатель тормозится, следовательно, обороты уменьшаются, а (т.к. ) ток якоря возрастает (а для двигателей последовательного возбуждения ток якоря является и током возбуждения электрической машины), следовательно, при возрастании тока якоря (тока возбуждения) возрастает и магнитный поток ( ), а, следовательно, и возрастет и момент электромагнитный только процесс этот произойдет быстрее, чем у двигателей с параллельным и независимым возбуждением. Так как увеличение электромагнитного момента не будет происходить не только за счет увеличения тока якоря, но еще и за счет увеличения магнитного потока ( ).

Логическая схема этого процесса:

до тех пор, пока .

Примечание. Сброс нагрузки (уменьшение момента сопротивления ) для электродвигателей последовательного возбуждения опасен тем, что электродвигатель может пойти «вразнос» ( ), т.к. .