34. Регулирование скорости электродвигателей постоянного тока изменением магнитного потока.

Механические и регулировочные характеристики ДПТ НВ при изменении магнитного потока рассмотрены в параграфе 3.4 третьей главы. Здесь следует отметить, что в обычных электродвигателях, не рассчитанных на регулирование скорости, скорость можно увеличивать на 15¸20% выше скорости идеального холостого хода. Специальные электродвигатели, которые рассчитаны на регулирование скорости ослаблением магнитного потока, могут иметь максимальную скорость, превышающую номинальную(минимальную) в 2¸8 раз. Верхний предел скорости ограничивается механическими факторами (прочностью крепления бандажей) и электрическими (допустимой величиной реактивной ЭДС, которая пропорциональна произведению скорости w на ток якоря I_я). Решающим фактором, ограничивающим верхнюю границу скорости, является реакция якоря, а следовательно, и коммутация машины. Поэтому при ослаблении магнитного потока приходится ограничивать ток якоря машины. Например, для прокатных электродвигателей перегрузочная способность по току составляет 2¸3, а при ослаблении магнитного потока – только 1,4¸1,6.

Укажем особенности регулирования скорости изменением магнитного потока:

1. регулирование происходит вверх от основной;

2. регулирование экономичное (ток возбуждения составляет проценты от тока якоря, поэтому потери мощности сведены до минимума);

3. регулирование плавное;

4. регулирование происходит при постоянной по условиям нагрева мощности,

5. жесткость механических характеристик при ослаблении магнитного потока уменьшается;

6. диапазон регулирования находится в пределах (2¸8):1;

7. габариты электродвигателя увеличиваются пропорционально диапазону регулирования.

В электродвигателях последовательного возбуждения (ДПТ ПВ) магнитный поток можно ослаблять шунтированием обмотки возбуждения (рис.8.71). При этом ток в обмотке возбуждения определяется как разность тока якоря и тока шунта:

Недостатком такого способа ослабления магнитного потока является влияние контактных сопротивлений, поскольку сопротивление обмотки возбуждения очень малое. Например для краново-металургических электродвигателей серии ДП при номинальных мощностях (3¸135)кВт сопротивление обмотки составляет (0,59¸0,0043)Ом. Поэтому в электродвигателях средней и большой мощности магнитный поток изменяют с помощью секционирования обмотки возбуждения (рис.8.72). В этом случае для рис.8.72а МДС обмотки возбуждения

При одинаковых секциях w₁=w₂=w получаем

Для схемы рис.8.72б имеем:

что приводит к возрастанию скорости вдвое при одном и том же статическом моменте.

Особенности регулирования скорости ДПТ НВ при ослаблении магнитного потока будут те же, что и для ДПТ НВ, за исключением скорости идеального холостого хода.

35 Тормозные режимы работы дпт нв

В ДПТ НВ можно реализовать три тормозных режима: рекуперативное торможение, торможение противовключением и динамическое торможение.

Рекуперативное торможение возникает при скорости ротора ω выше скорости идеального холостого хода ω₀. в этом случае ЭДС Е больше приложенного к якорю напряжения U, в связи с чем ток изменяет направление, и двигатель отдает энергию в сеть. В режиме рекуперативного торможения направление тока совпадает с направлением ЭДС, что характерно для любого тормозного режима.

Из уравнения электрического равновесия

U=E+I_ЯR_Я (3.78)

Определяем ток якоря

(3.79)

и находим электромагнитный момент

M=C(-I_Я)<0

и уравнение механической характеристики в этом режиме (рис. 3. 23)

(3.80)

Из-за того, что Е > U уравнение электрического равновесия принимает вид

E=U+I_ЯR_Я (3.81)

Умножив обе части (3.81) на I_Я, получим уравнение для мощностей

P_ЭМ=Р_ЭЛ+ΔР, (3.82)

где P_ЭМ=EI_Я – электромагнитная мощность,

Р_ЭЛ=UI_Я – электрическая мощность,

ΔР=I²_ЯR_Я – потери мощности в якорной цепи.

Уравнение (3.82) показывает, что в режиме рекуперативного торможения механическая энергия, поступающая на вал двигателя, преобразуется в электрическую за вычетом потерь возвращается в сеть. В установившемся режиме рекуперативное торможение возможно в ограниченном классе электроприводов (подъемники, электротранспорт) при действии активного статического момента М_С, когда ω>ω₀ (рис. 3.23).

Торможение противовключением происходит тогда, когда двигатель, включенный на вращение в одном направлении, под действием внешних сил или сил инерции вращается в противоположном направлении. В режиме противовключения изменяет знак скорость двигателя при сохранении знака электромагнитного момента или изменяет знак момент при сохранении знака скорости.

Первый случай имеет место при воздействии активного статического момента, который превышает момент короткого замыкания на данной характеристике (рис. 3.24). После точки С (ω=0), где М_К<M_C, скорость и ЭДС изменяют знак, т.е. ω<0, E=Cω<0.

Уравнение равновесия напряжений принимает вид

U-(-E)=I_ЯR_Я, U+E= I_ЯR_Я, (3.83)

где R_Я=R_Я,0+R_Д (3.84)

Как видно из (3.86), в этом режиме ЭДС Е действует согласно с напряжением U и ток в якоре

(3.85)

может достичь больших значений (до 40 I_НОМ), если его не ограничивать добавочным сопротивлением R_Д.

Как в режиме рекуперативного торможения, направление тока совпадает с направлением ЭДМ, что указывает на тормозной режим. Механическая характеристика представляется формулой(3.41), но в данном режиме

поэтому ω<0. Скольжение

Второй случай режима противовключения возникает при реверсировании двигателя за счет перемены полярности подводимого к якорю напряжения с помощью контактов "Вперед" (В) и "Назад" (Н) – рис.3.25. При изменении полярности подводимого к якорю напряжения ток двигателя изменяет свое направление, изменяется соответственно и знак момента, который становится тормозным по отношении к прежнему направлению движения (рис. 3.26). Для ограничения тока и момента при реверсировании в якорную цепь вводится с помощью контакта У добавочное сопротивление R_Д. Электродвигатель будет затормаживаться по характеристике ВС. Уравнение равновесия напряжений в этом случае

-U=E+ I_ЯR_Я, (3.86)

-(U+E)=I_ЯR_Я

откуда ток якоря

(3.87)

будет определяться суммой напряжения и ЭДС, как и в первом случае.

Уравнение механической характеристики

(3.88)

где

В точке С механической характеристики (см. рис. 3.26) электродвигатель необходимо отключить от сети, иначе он изменит направление вращения и будет разгоняться по прямой СD (при реактивном статическом моменте до точки D и при активном статическом моменте до точки G). Таким образом, режим противовключения является первой фазой реверсирования.

Энергетические соотношения здесь такие же, как и для первого случая:

UI_Я+EI_Я=I²_ЯR_Я, (3.89)

Р_ЭЛ+Р_ЭМ=ΔР, (3.90)

_{т.е. при торможении противовключением сумма электрической РЭЛ} и электромагнитной Р_ЭМ мощностей превращается в мощность потерь ΔР в _{якорной цепи.}

Динамическое торможение происходит, если вращающийся якорь электродвигателя отключается от сети и замыкается на внешнее сопротивление, а обмотка возбуждения оставляется подключенной к источнику (рис. 3.27). В обмотке вращающегося по инерции якоря индуктируется ЭДС Е, под действием которой в замкнутой цепи якоря протекает ток I_Я. Направление тока якоря противоположно двигательному режиму. Ток якоря вычисляется по формуле

(3.91)

где R_T – тормозное сопротивление.

В режиме динамического торможения U=0, поэтому ω₀, что в соответствии с (3.40) и (3.41) определяет электромеханическую

(3.92)

и механическую

(3.93)

характеристики. Следовательно, в режиме динамического торможения линейные электромеханические и механические характеристики проходят через начало координат (рис. 3.28). Из (3.93) следует, что динамическое торможение наиболее эффективно при больших скоростях. По мере уменьшения скорости уменьшается и тормозной момент. Максимальное значение тормозного момента будет при замыкании обмотки якоря накоротко (R_T=0). Для ограничения броска тормозного тока (-I_НАЧ) и момента (-M_НАЧ) якорь электродвигателя замыкается на тормозное сопротивление R_T, величина которого определяется по формуле

(3.94)

Энергетические соотношения при динамическом торможении вытекают из уравнения электрического равновесия

-E=I_ЯR_Я, (3.95)

после умножения левой и правой части (3.95) на I_Я получаем

EI_Я=I²_ЯR_Я, Р_ЭМ=ΔР. (3.96)

Это значит, что при динамическом торможении электромагнитная мощность Р_ЭМ превращается в потери ΔР в тормозном сопротивлении R_T и собственном сопротивлении R_Я,0 обмотки якоря.

Динамическое торможение применяют для быстрой остановки электродвигателя, а также для получения низких посадочных скоростей (ω_П≈0,1ω_НОМ) при опускании тяжелых грузов в подъемных кранах. Преимущества динамического торможения состоят в простоте его реализации, надежности, плавности торможения, экономичности по сравнению с торможением противовключением. Недостатками динамического торможения являются: уменьшение тормозного момента пропорционально снижению скорости, исчезновение тормозного момента при отсутствии тока в обмотке возбуждения. С целью увеличения тормозного момента при снижении скорости используют двух- и трехступенчатое торможение (рис. 3.29). При реактивном статическом моменте торможение оканчивается в начале координат 0, а при активном – в точке G.