8.3. Схемы шунтирования якоря двигателя постоянного тока с независимым возбуждением

Наиболее благоприятные условия регулирования скорости двигателя с независимым возбуждением обеспечиваются изменением подведенного к якорной цепи напряжения U_я. Для автоматического регулирования скорости предусматривается питание якорной цепи от индивидуального управляемого преобразователя (системы Г-Д и ТП-Д). Однако при невысоких требованиях к точности и плавности регулирования в промышленных электроприводах используются резисторные схемы включения, получившие название схем шунтирования якоря.

П отенциометрическая схема регулирования скорости двигателей с независимым возбуждением приведена на рис.8.4,а. При двигателе небольшой мощности потенциометр может быть выполнен в виде реостата с подвижным контактом, путем перемещения которого подведенное к двигателю напряжение можно изменять от 0 до U_я=U_ном. Электромеханическая и механическая характеристики двигателя в этой схеме могут быть получены по аналогии с системой УП-Д, если рассматривать потенциометр как источник регулируемого напряжения с внутренней ЭДС, равной напряжению холостого хода:

и внутренним сопротивлением

Подставив (8.13) и (8.14) в (6.6), получим уравнения характеристик в потенциометрической схеме в следующем виде:

Из (8 16) следует, что при перемещении движка потенциометра скорость идеального холостого хода уменьшается пропорционально _ш, а модуль жесткости статической характеристики

является переменной, зависящей от _ш При _ш=0 и _ш=1 жесткость _ш равна жесткости естественной характеристики двигателя р при питании его от бесконечно мощной сети. При промежуточных значениях _ш модуль жесткости _m<, причем его минимум может быть определен обычным путем. Продифференцировав знаменатель (8.17) по _ш и приравняв производную нулю, нетрудно определить значение _ш=0,5, при котором _ш имеет минимум:

Полученный результат позволяет построить механические характеристики двигателя в потенциометрической схеме (рис.8.4,б).

Рассматривая (8.18), можно установить, что минимальная жесткость механической характеристики в потенциометрической схеме по модулю тем больше, чем меньше сопротивление потенциометра R_п, т. е. чем больше его мощность.

Так как при регулировании поток двигателя остается постоянным (Ф=Ф_ном), допустимая нагрузка двигателя без учета изменения условий охлаждения постоянна: М=М_ном=const. При такой нагрузке двигателя мощность потенциометра превышает номинальную мощность двигателя, так как определяется напряжением сети U_ном и наибольшим током потенциометра: I_пmax=I_ном+I_пmax>I_ном. Наибольший ток шунтирующей части потенциометра I_шmax быстро увеличивается при уменьшении R_п, поэтому минимальная жесткость механических характеристик в рассматриваемой схеме ограничивается приемлемой мощностью потенциометра. Тем самым ограничивается и возможный при данных пределах изменения нагрузки и требуемой точности диапазон регулирования скорости.

Плавность регулирования при небольшой мощности двигателя, позволяющей использовать ползунковый реостат, получается достаточно высокой. Однако с возрастанием мощности двигателя эта возможность исключается и регулирование осуществляется переключением ступеней регулировочных сопротивлений R_ш и R_доб с помощью силовой коммутирующей аппаратуры. При таком регулировании принимать суммарное сопротивление потенциометра R_п=R_ш+R_доб постоянным нецелесообразно, так как сопротивления R_ш и R_доб могут регулироваться независимо. Для этого случая (8.15) и (8.16) удобно представить в виде

Следует иметь в виду, как изменяются характеристики двигателя при изменении R_ш при неизменном R_доб или наоборот. Примем сначала R_доб=const и будем изменять в (8.19) R_ш(_ш).

При изменении сопротивления шунтирующего резистора от бесконечности до нуля скорость идеального холостого хода непрерывно уменьшается от _0ном до 0, а жесткость возрастает от _ш=с²/(R_я+R_доб) до _ш=. Все эти характеристики пересекаются в одной точке, в которой ток якоря двигателя имеет значение

при скорости в режиме противовключения

Это можно установить, определив напряжение на выводах якоря двигателя при I_я=I_к1 и =_к1:

П одставляя (8.22) в (8.23), убеждаемся, что в этой точке на выводах якоря напряжение равно нулю, так как ЭДС двигателя, работающего в генераторном режиме, равна падению напряжения на сопротивлении якоря. При любом сопротивлении R_ш ток I_ш в этой точке равен нулю, поэтому она является общей для всего рассматриваемого семейства характеристик (рис 8 5,а)

Аналогичная общая точка обнаруживается и в семействе характеристик, соответствующем R_ш=const и R_до6=var (рис.8.5,б).

Все эти характеристики пересекаются в точке, где ток якоря определяется соотношением

а скорость имеет значение

В этой точке напряжение на выводах двигателя равно напряжению сети, поэтому ток из сети не потребляется и значение R_д не сказывается на условиях работы двигателя. Графически точка I_K1, _K1 определяется пересечением реостатной характеристики при R_Я=R_я+R_доб(R_ш=) и естественной характеристики динамического торможения (R_ш=0) (прямые 1 и 2 на рис.8.5,a).

Точка I_к2 и _к2 определяется пересечением естественной характеристики двигателя 3 (R_доб=0) и реостатной характеристики динамического торможения 4 (R_доб=), как показано на рис.8.5,б.

Таким образом, механические характеристики в схеме шунтирования якоря двигателя с независимым возбуждением являются характеристиками двигателя, питаемого от источника регулируемого напряжения с относительно большим и изменяющимся при регулировании напряжения внутренним сопротивлением.