4.3. Регулирование скорости вращения электродвигателей постоянного тока.

Регулирование скорости вращения электродвигателей постоянного тока рассматривается на примере шунтового двигателя, однако названные способы регулирования применимы и для сериесных и компаудных двигателей.

Из уравнения скоростных характеристик двигателя

(4.3)

следует, что возможны три принципиально различных регулирования скорости вращения двигателя (рис.4.1):

– изменением подводимого к якорю двигателя напряжения U;

– изменением сопротивления цепи якоря посредством R_д.я резисторов (реостатные);

– изменением магнитного потока Ф (тока возбуждения).

Р

U₁

ω_оф

ω_о

ис. 4.1. Регулировочные механические характеристики шунтового двигателя при изменении U,R_д.я,Ф

Так же будет рассматривается отдельным вопросом принцип импульсного регулирования скорости изменением параметров (напряжения и сопротивления) для двигателей постоянного и параллельного токов.

Необходимо отметить, что при изменении одного из параметров (U,R_д.я,Ф) воздействия на двигатель, два других остаются постоянными.

Регулирование скорости вращения изменением напряжения подводимого к якорю от отдельного источника. Напряжение можно изменять только в сторону уменьшения от номинального, так как значительное повышение напряжения нарушает условия коммутации и механической прочности вращающихся частей.

Особенности данного способа регулирования: при изменении напряжения механические характеристики сохраняют жесткость, что определяет относительно высокую стабильность скорости вращения; допустимый момент со снижением скорости вращения остается постоянным, так как допустимый ток якоря равен номинальному, а магнитный поток остается неизменным (номинальным); относительный перепад скорости вращения растет со снижением напряжения, что ограничивает диапазон регулирования 8…10:1 в системах привода без обратных связей, а в замкнутых системах достигает 1000:1 и выше; модуль жесткости механических характеристик в зоне низких скоростей значительно больше, чем при изменении сопротивления цепи якоря и магнитного потока, что расширяет существенно диапазон регулирования; плавность регулирования скорости вращения определяется плавностью изменения напряжения питания, φ_ω1; для изменения ЭДС питания необходимо воздействие не на главные цепи, а на цепи управляющих устройств и так как этих цепей во много раз меньше мощности регулируемого двигателя, то способ регулирования скорости являются экономичным.

Указанный способ регулирования возможен при использовании соответствующего преобразователя с регулируемым напряжением постоянного тока на выходе, например, в электромагнитной системе генератор – двигатель (Г-Д) или управляемый выпрямитель (в основном тиристорный преобразователь) – двигатель (УВ-Д).

Регулирование скорости вращения изменением сопротивления в цепи якоря осуществляется путем введения сопротивления добавочных резисторов.

Особенности данного способа регулирования: регулирование скорости выполняется вниз от основной; механическая характеристика делается более мягкой, поэтому получаемая скорость зависит от величины момента нагрузки; диапазон регулирования ограничен, при допуске перепада скорости в 25% и изменении момента нагрузки на ±25% номинального, диапазон регулирования составляет 2…2,5:1; модуль жесткости механических характеристик уменьшается при снижении скорости вращения, то есть скорость охлаждения двигателя ухудшается, вследствие чего статическая нагрузка должна быть снижена; возникают существенные дополнительные потери энергии, так как при определенном токе якоря или момента двигателя величина снижения скорости пропорциональна R_д.я, а доля падения напряжения I_я R_д.я по отношению к U есть доля потери мощности.

Этот способ регулирования в силу свойственных ему недостатков применяется редко.

Регулирование скорости вращения изменением тока возбуждения осуществляется путем ввода в цепь возбуждения машин малой мощности, иногда и средней, резисторов, а для мощных машин – специальных преобразователей (регуляторов напряжения, генераторов, электромашинных и магнитных усилителей, вентильных преобразователей). Так как по условиям нормальной работы обмотки возбуждения ток в ней не может длительно превосходить номинальную величину и кроме того магнитные цепи уже при номинальном потоке близки к насыщению, то магнитный поток можно только ослаблять. Это ведет к повышению скорости вращения выше номинальной. Уменьшение потока возбуждения и верхнего предела скорости определяются условиями коммутации и механической прочностью вращающихся частей. Обычно регулируемые двигатели имеют диапазон регулирования от 2:1 до 8…10:1. С уменьшением потока возбуждения увеличивается скорость вращения идеального холостого хода ω_о = U_н/сФ, остается неизменным ток короткого замыкания Iк.з. = U_н/R_я, снижается момент короткого замыкания М к.з. = сФIк.з. и модуль жесткости механических характеристик β = сФ²/R_я, ограничивающей диапазоны скорости вращения.

Особенности данного способа регулирования скорости: возможно только вверх в сторону повышения от номинальной мощности; механическая характеристика остается жесткой с некоторым увеличением ее наклона; допустимая мощность на валу двигателя, определяемая из условия постоянства тока якоря, является постоянной; нет существенных потерь энергии, так как мощность, потребляемая обмоткой возбуждения, составляет 2..5% мощности двигателя из-за малого тока возбуждения I_в=(2…3)% общего тока.

Данный способ регулирования скорости вращения являются одним из наиболее простых и экономичных.