Теория электропривода учебное пособие

По универсальной характеристике М = f(I) расчет можно проводить только для варианта включения ОВ, когда Iв = Iя. При расчетах для других вариантов необходимо пользоваться формулой

где Ми – искомый момент, развиваемый двигателем при схеме включения по вариантам б или в;

М – момент, найденный по универсальной характеристике М = f(I) для соответствующего тока возбуждения (I = Iв);

Iя – ток якоря при данной искусственной параметрической схеме включения.

Механические характеристики в о.е. для трех вариантов схем потенциометрического включения ДПТ ПВ:

– Для варианта а характеристики приведены на рис. 4.22. На двигатель подается часть напряжения сети через делитель напряжения Rш–Rс, (падение на Rш). При малых нагрузках работа двигателя при этом варианте включения неустойчива, из-за чего этот вариант нашел ограниченное применение.

Рис. 4.22. Характеристики ДПТ ПВ при шунтировании Я и ОВ

111

– Для варианта б характеристики показаны на рис. 4.23, где шунтируется только Rя (рис. 4.21, б), тем самым осуществляется постоянное протекание тока возбуждения через сопротивление Rш, поэтому ω0 ≠ ∞. Механическая характеристика в двигательном режиме при Rс = var жестче (ближе к двигателю с независимым возбуждением). Двигатель в этом случае включения ОВ может устойчиво работать при малых нагрузках. В генераторном режиме с рекуперацией энергии возможен быстрый переход с одной характеристики на другую. Схема применяется для предварительного замедления и для приводов с протягивающим грузом.

Рис. 4.23. Характеристики ДПТ ПВ при шунтировании Я

– На рис. 4.24 показаны характеристики по варианту в, когда обмотка последовательного возбуждения включена параллельно с якорем, поэтому возможно получение механических характеристик, близких к механическим характеристикам двигателя с параллельным возбуждением в различных режимах.

Рис. 4.24. Характеристики ДПТ ПВ при параллельном соединении Я и ОВ

112

Характеристики можно получить устойчивыми для двигательных и генераторных режимов работы. Такие характеристики применяются в крановом электроприводе для механизмов подъема. Они обеспечивают устойчивые малые скорости при силовом спуске малых грузов, а в генераторном режиме – устойчивый спуск средних и больших грузов.

4.3.5. Тормозные характеристики ДПТ ПВ

Для двигателей с последовательным возбуждением генераторный режим работы с рекуперацией энергии в сеть невозможен, так как для этого типа двигателей всегда Е < U

при ω0 → ∞ (U = kФω0).

Способы получения режима торможения противовключением те же, что и для двигателя с независимым возбуждением, механические (электромеханические) характеристики при этом нелинейные, так как зависимость Ф = f(I) нелинейна.

Торможение противовключением является для ДПТ ПВ основным тормозным режимом и широко применяется для грузоподъемных механизмов, механизмов передвижения и поворота машин циклического действия. При торможении противовключением ДПТ ПВ возможны два случая:

1. Торможение при активном моменте сопротивления. Для перевода из двигательного режима, соответствующего подъему груза,

врежим противовключения

вцепь якоря вводится добавочное сопротивление. В ре-

тормозиться от начальной скорости ω1 в т. 2 до ω = 0 (т. 3), а затем двигатель изменяет направление вращения и разгоняется под действием груза. При равенстве моментов М = Мс наступает установившийся режим с частотой вращения ω4.

Значение установившейся скорости тормозного спуска груза устанавливается выбором дополнительного сопротивления в цепи якоря.

2. При реактивном статическом моменте торможение противовключением выполняется путем изменения полярности напряжения на зажимах якоря двигателя, оставляя неизменным направление тока в обмотке возбуждения (во избежание перемагничивания машины). Переход их двигательного режима в тормозной по реостатной характеристике противовключения изображен на рис. 4.26. При изменении полярности питания якоря двигатель переходит из т. 1 естественной электромеханической характеристики в т. 2 или 4 реостатных характеристик в зависимости от величины сопротивления противовключения RПВ. Процесс торможения завершается в т. 3 или 5 до остановки двигателя. Если после

Рис. 4.26. Электромеханические характеристики ДПТ ПВ при торможении противовключением механизма с реактивным сопротивлением

114

остановки его не отключить и момент двигателя в т. 5 больше момента сопротивления (I5 > Ic), двигатель будет разгоняться в противоположном направлении и новый установившийся режим наступит в т. 6 со скоростью ω6.

Сопротивление противовключения вводится для ограничения первоначального броска тока и момента, так как без него ток может в 30–40 раз превышать номинальное значение.

Величина RПВ определяется по тому же соотношению, что и для двигателя с независимым возбуждением:

где Uн – номинальное значение напряжения питания двигателя;

Iдоп max – максимально допустимый ток перегрузки двигателя при соответствующей скорости двигателя (меньшее значение тока соответствует наибольшей допустимой скорости

ωmax = (2,5…3,0)ωн), Iдоп max = (1,5…3,0)Iн.

Еmax – максимальная ЭДС, при значениях Iдоп max и скоро-

аналитически с использованием естественной электромеханической характеристики двигателя, по которой для тока Iдоп max находится скорость двигателя ωе, как показано на рис. 4.28, а далее вычисляется

Динамическое торможение ДПТ ПВ возможно в двух вариантах:

1)торможение с независимым возбуждением;

2)торможение в режиме самовозбуждения.

В случае торможения с независимым возбуждением

якорь двигателя замыкается на тормозное сопротивление, а обмотка возбуждения подключается к сети через сопротивление, ограничивающее ток в ней до номинальной величины. Принимать в обмотке возбуждения ток I > Iн не следует, чтобы избежать перегрева этой обмотки. Кроме того, при I = Iн магнитная система машины уже насыщена. Дальнейшее увеличение тока в обмотке возбуждения (Iв > Iн) не дает существенного выигрыша в потоке и, следовательно, в тормозном моменте, а увеличивает ее тепловую нагрузку.

Поскольку при этом способе торможения двигатель работает генератором с независимым возбуждением, его характеристики подобны характеристикам ДПТ НВ при динамическом торможении. На рис. 4.27 приведена элекромеханическая характеристика при максимально допустимом токе якоря из условия ω =

= ωmax.

Добавочное сопротивление rт в контуре динамического торможения рассчитывается из условия ограничения тока якоря до допустимой величины Iдоп

в начальный момент торможения (так же, как и для двигателя с независимым возбуждением):

116

где Еmax – максимальная ЭДС в начальный момент торможения.

Поскольку ωнач = ωmax при различных Ic (или Мc) значительно меняется из-за мягкости характеристики, то и Еmax

также существенно изменяется. Определяется Еmax из условия, что ток возбуждения Iв = Iн (т.е. Ф = Фн):

откуда Еmax = Eн ωωmax .

н

Динамическое торможение с самовозбуждением при-

меняется на практике в качестве аварийного, действующего при исчезновении напряжения источника питания. Торможение этим способом возможно при выполнении условий самовозбуждения:

–наличие остаточного потока Ф0 в магнитной цепи;

–ток, возникающий в цепи, должен создавать поток, совпадающий с Ф0;

–ЭДС, наводимая в двигателе, должна быть больше

падения напряжения в цепи якоря: Е > I (rт + rя + rо.в +

+rд.п +rк.о + rщ ).

Для выполнения второго условия при переводе машины из двигательного режима в тормозной во избежание размагничивания машины следует переключить полярность якоря или обмотки возбуждения, чтобы ток в последней имел такое же направление, что и в двигательном режиме.

Третье условие будет выполнено, если сопротивление контура самовозбуждения R = rт + rя + rо.в + rд.п + rк.о + rщ было

меньше критического сопротивления Rкр.

117

Режим работы двигателя определяется точкой пересечения кривой E = f(I), как показано на рис. 4.28, при достигнутой скорости вращения с прямой, характеризующей падение

напряжения I (rт + rя + rо.в + rд.п + rк.о + rщ ) = I R. Для каждой данной машины кривая E = f(I) лежит тем выше, чем больше скорость вращения, а наклон прямой тем больше, чем больше R. Поэтому выполнение этого условия при данной скорости, а значит, и работа в тормозном режиме возможны лишь при R (а следовательно, и rт), меньших, чем значения, соответствующие прямой, касательной к кривой намагничивания в начале координат. Для возможности торможения при больших сопротивлениях цепи якоря необходимо увеличить скорость машины в режиме, предшествующем тормозному.

Наименьшая скорость, при которой машина еще может самовозбуждаться, будет иметь место при ее замыкании накоротко, т.е. при rт = 0.

Механические характеристики динамического торможения с самовозбуждением при различных добавочных сопротивлениях в цепи якоря приведены на рис. 4.29.

118

4.4. Особенности электромеханических свойств электродвигателей со смешанным возбуждением

Применение двигателей смешанного возбуждения обусловлено стремлением сохранить положительные свойства ДПТ НВ и ПВ:

–большие перегрузочные способности и надежность ДПТ ПВ;

–лучшие тормозные свойства и жесткость ДПТ НВ. Эти двигатели широко применяются в подъемно-транс-

портном, металлургическом оборудовании и других установках с частыми тормозными режимами и возможными значительными перегрузками, а также на рабочих машинах, обладающих режимами холостого хода.

Двигатель со смешанным возбуждением имеет обмотки независимого возбуждения ОНВ и последовательного возбуждения ОВП, включенную последовательно с якорем. Соответственно, его магнитный поток определяется суммой постоянного потока, создаваемого обмоткой независимого возбуждения, и потока, пропорционального току якоря, создаваемого обмоткой последовательного возбуждения. Если осуществить приведение параметров обмотки независимого возбуждения к числу витков обмотки последовательного возбуждения wп, характеристику намагничивания двигателя можно представить в функции тока якоря, как показано на рис. 4.30, а.

Чем больше значение ФНВ, тем ближе по своим свойствам двигатель со смешанным возбуждением к свойствам двигателя с независимым возбуждением. Напротив, при небольшой МДС обмотки ОВН этот двигатель не имеет существенных отличий от двигателя с последовательным возбуждением.

119

а б в

Рис. 4.30. Характеристики ДПТ со смешанным возбуждением: а – намагничивания; б – электромеханическая; в – механическая

Обмотка независимого возбуждения рассчитывается, как правило, на создание магнитодвижущей силы, обеспечивающей поток при идеальном холостом ходе ФНВ = (0,7…0,85)Фн, при этом скорость идеального холостого хода лежит в пределах

Вид механической характеристики двигателя существенно зависит от выбора значения этой магнитодвижущей силы (МДС), так как соответствующее значение магнитного потока ФНВ определяет скорость идеального холостого хода на естественной характеристике двигателя:

Уравнения электромеханической и механической характеристик двигателя со смешанным возбуждением совпадают с соответствующими уравнениями для двигателя с последовательным возбуждением (4.18).

Форма статических характеристик ω(Iя) и ω(М) в этом случае определяется представленной на рис. 4.30, а кривой Ф(Iя). Сравнивая эту кривую с представленной на рис. 4.28,

120