книги из ГПНТБ / Рекус, Г. Г. Элементы автоматизированного электропривода учебное пособие

родвигателя постоянного тока параллельного возбуждения в общем виде имеет вид:

U (г + О М 3

(2,20)

К^Ф К^КФ1

Характер изменения искусственных механических характеристик с изменением добавочного сопротивления виден из рис. 2,6. Как видно из этого рисунка при возрастании величины добавочного сопротивления, искусственные характеристики поворачиваются относительно скорости идеального холостого хода по направле­ нию вращения часовой стрелки.

В процессе некоторых вопросов электропривода возникает необходимость построения механических характеристик электро­ двигателей постоянного тока параллельного возбуждения. При этом, поскольку механические характеристики подобных электро­ двигателей представляют собой прямые линии, то построение их производится по двум точкам. Такими точками обычно являются: точка идеального холостого хода (и = п0, М = 0). и точка, соот­ ветствующая номинальному режиму работы электродвигателя

(Мэ = Ми, п = n j.

При этом номинальный электромагнитный момент опреде­ ляется из выражения (2,12). Номинальная скорость вращения указывается в каталогах соответствующих электродвигателей. Скорость идеального холостого хода может быть найдена сог­ ласно выражения (2,7), записанного для номинального режима

то в соответствии с выражением (2,5) при номинальном значении скорости имеем:

При отсутствии данных о собственном сопротивлении якоря его определяют исходя из условия, что при номинальной нагрузке электродвигателя потери в якоре, составляют примерно половину общих потерь в двигателе:

30

где: Ря — номинальная мощность электродвигателя, квт\ Г1„— к. п. д. двигателя при номинальной нагрузке.

Сопротивление обмотки якоря может быть так же определено из

Аналогичным образом строятся искусственные механические характеристики по двум точкам: по скорости идеального хода (М. = 0, п = п0) и скорости, соответствующей заданному доба­ вочному сопротивлению в цепи якоря при номинальном моменте нагрузки на валу (М — Мя).

П р и м е р : Определить электромагнитный номинальный мо­ мент, на валу и скорость идеального холостого хода двигателя постоянного тока параллельного возбуждения типа П52, имею­ щего следующие паспортные данные: Р„ = 14 кет, (7Н= 220 в,

/„ = 74 а, и,, = 3000 об/мин.

Ре ш е н и е :

1.Коэффициент полезного действия электродвигателя при номинальной нагрузке (номинальном токе):

2. Номинальное сопротивление электродвигателя:

220„ „„

=2,97 ом .

74

3.Сопротивление обмотки якоря электродвигателя:

г, = 0,5 (1 — чя) Я* = 0,5 (1 — 0,86) 2,97 = 0,21 ом.

4. Номинальная угловая скорость;

31

6 . Номинальный электромагнитный момент:

М3 = С1В= 0,665 • 74 = 48,5 нм.

7. Скорость идеального холостого хода:

8 . Уравнение естественной механической характеристики эл тродвигателя:

9. Номинальный момент нагрузки на валу:

Аналогичный результат можно получить, если номинальный момент двигателя определять через угловую скорость вращения:

32

§ 3. Механические характеристики электродвигателя постоянного тока параллельного возбуждения в тормозных режимах

Впроизводственных условиях электродвигатели постоянного тока параллельного возбуждения могут работать в режиме тор­ можения. Остановка электродвигателя при его отключении от питающей сети наступает только по истечении определенного достаточно продолжительного периода времени. Однако в ряде случаев в силу необходимости, обусловленной заданным техно­ логическим процессом, двигатель должен быть остановлен в точ­ но заданное более короткое время.

Вэтом случае применяют искусственные меры, обеспечиваю­ щие быстрое торможение. Существуют способы механического и электрического торможения. Механическое торможение основано на использовании трения. Электрическое торможение основано на использовании электромагнитного момента двигателя, нап­ равленного встречно с вращающим моментом, создаваемым инерцией вращающихся масс системы, кинетическая энергия которых при таком торможении преобразуется в электрическую

энергию.

Тормозной режим используется так же для обеспечения техно­ логического процесса, например при работе крановых механиз­ мов, когда требуется удержание механизма в неподвижном сос­ тоянии при наличии груза.

Механические характеристики тормозных режимов, возникаемых при электрическом торможении, отличаются от аналогичных характеристик двигательного режима. При этом возможны три режима торможения электродвигателя генераторный режим, режим противовключения, динамический режим.

Генераторный режим возникает в том случае, когда на вал электродвигателя действует момент механизма, совпадающий с направлением вращения двигателя. При этом двигатель будет вращаться со скоростью большей скорости идеального холостого

хода.

В этом случае э. д. с. Е якоря электродвигателя оказывается больше приложенного напряжения сети U, а ток якоря изменяет свое направление. Выражение для тока якоря при этом приобре­

33

Момент электродвигателя изменяется и становится тормозным:

F __U

— М = КФ1 = КФ —— g — — (2,26)

х\

Вгенераторном режиме двигатель работает с отдачей энергии

всеть.

Так как в этом режиме момент имеет отрицательное значение, а направление скорости вращения осталось прежним, то механи­ ческие характеристики в генераторном режиме с отдачей энергии в сеть располагаются во II квадранте и будут являться продолже­ нием механических характеристик двигательного режима, распо­ ложенных в I квадранте (рис. 2,4). Уравнение механической ха­ рактеристики двигателя в этом случае примет вид:

На рис. 2.7 представлены механические характеристики электро­ двигателя постоянного тока параллельного возбуждения в дви­ гательном и генераторном режиме с отдачей энергии в сеть, из которых видно, что при заданном добавочном сопротивлении в цепи якоря наклон механических характеристик в генераторном и двигательном режимах одинаков.

Подобный режим работы возможен в приводе механизма подъема мостового крана, когда двигатель включен на спуск,

Рис, 2-7. Механические характеристики электродвигателя постоянного тока параллельного возбуждения в двигательном и генераторном рекуперативном режиме

34

а груз имеет такой вес, что электродвигатель может развить чис­ ло оборотов, превышающее число оборотов идеального холосто­ го хода.

Тормозной режим противовключения возникает в том случае, когда двигатель включается на одно направление вращения, а статический момент, создаваемый нагрузкой, превышает момент двигателя и направлен в противоположную сторону (например, при подъеме большого груза мостовым краном), что заставляет его вращаться в противоположном направлении. Это приведет не к подъему, а к спуску груза. Под действием значительного статического момента сопротивления скорость двигателя сни­ жается, становится равной нулю, направление вращения двига­

Характеристики электродвигателя в режиме противовключе­ ния располагаются в системе координат в IV квадранте, так как скорость двигателя в сравнении с двигательным режимом имеет отрицательное значение. Тормозные характеристики являются естественным продолжением двигательного режима.

Для ограничения тока якоря в этом режиме в якорную цель двигателя вводится дополнительное сопротивление гд. При этом мощность, подводимая к двигателю из сети Рэ = UI и мощность, развиваемая движущимися элементами механизма Ры = Е1, пре­ образуются в электрическую и расходуются на нагрев в допол­ нительном сопротивлении гд и в обмотке якоря:

Этот режим часто применяется для быстрого торможения и из­ менения направления вращения — реверса двигателя. Изменение направления вращения двигателя постоянного тока осуществляет­ ся путем изменения полярности напряжения на зажимах якоря или обмотки возбуждения двигателя. Наибольшее применение получил способ изменения направления вращения двигателя из­ менением полярности на зажимах обмотки якоря, изменение по­ лярности обмотки возбуждения не получило широкого приме­ нения вследствие значительного времени торможения в этом слу-

35

п

Рис. 2-8. Механические характеристики электродвигателя постоянного тока па­ раллельного возбуждения в двигатель­ ном режиме и в режиме противовключения

чае по сравнению с временем торможения при переключении об­ мотки якоря из-за значительной электромагнитной постоянной времени обмотки возбуждения, определяемой ее индуктивностью.

В рассматриваемом случае характеристики электродвигателя располагаются во втором квадранте (+ и; — М). Здесь двигатель продолжает вращаться по инерции в том же направлении, а мо­ мент направлен против направления движения.

На рис. 2,8 показаны механические характеристики двигателя постоянного тока параллельного возбуждения в режиме противовключения.

Динамическое торможение возникает при отключении якоря двигателя от сети и замыкании его на сопротивление (или на­ коротко). Обмотка возбуждения при этом включена в сеть. Схема включения двигателя постоянного тока при динамическом тор­ можении показана на рис. 2,9. Поскольку в режиме динамическо­ го торможения двигатель продолжает вращаться по инерции в прежнем направлении в этом случае двигатель будет работать как генератор.

При этом ток якоря изменит свое направление и будет опре­

36

Рис. 2-9. Схема включения элек­ тродвигателя по­ стоянного тока параллельного возбуждения при динамическом торможении

Момент изменит свой знак и станет тормозным, вместо двига­ тельного:

Механические характеристики электродвигателя в режиме ди­ намического торможения располагаются во II квадранте, выходят из начала координат и представляются в виде прямых линий (рис. 2,10), При этом с увеличением величины добавочного сопро­ тивления механические характеристики в тормозном режиме смещаются по часовой стрелке относительно начала координат.

Рис. 2-10. Механические ха­ рактеристики электродви­ гателя постоянного тока параллельного возбужде­ ния при динамическом тор­

можении.

Из рис. 2,10 и уравнения (2,32) видно, что по мере уменьшения скорости вращения электродвигателя для поддержания постоян-

37

ства тормозного момента необходимо уменьшать величину доба­ вочного сопротивления гд в цепи якоря.

Динамическое торможение в настоящее время находит широ­ кое применение для плавной остановки соответствующей испол­ нительной машины.

§4. Механические характеристики электродвигателя постоянного тока последовательного возбуждения

Электродвигатели постоянного тока последовательного воз­ буждения имеют обмотку возбуждения, которая включается последовательно с обмоткой якоря (рис. 2,11), поэтому магнит­ ный поток здесь в большой степени зависит от нагрузки. Ско­ ростная характеристика двигателя последовательного возбужде­ ния может быть получена из уравнения электрического равно­ весия напряжений, для рассматриваемой схемы по второму за­ кону Кирхгофа.

Рис. 2-11. Схема включения элек­ тродвигателя постоянного тока последовательного возбуждения

Уравнение скоростной характеристики имеет такой же вид, как и соответствующая характеристика электродвигателя парал­ лельного возбуждения:

При работе в пределах участка кривой намагничивания, считая, что магнитный поток пропорционален току якоря Ф = /, выра­ жение для моментной характеристики может быть записано в виде:

3.8

С учетом (2,34), выражение (2,33) может быть в другой форме:

Подставляя в уравнение (2,35) значение тока из уравнения (2,34), получим выражение для механической характеристики двигателя последовательного возбуждения:

Анализ последнего выражения показывает, что механическая характеристика электродвигателя постоянного тока последова­ тельного возбуждения представляет собой гиперболу, ветвь ко­ торой асимптотически приближается к оси ординат при возраста­ нии скорости вращения (рис. 2,12) вследствие чего происходит резкое изменение скорости двигателя при изменении момента нагрузки в области малых нагрузок.

Рис. 2-12. Естественная меха­ ническая характеристика элек­ тродвигателя постоянного то­ ка последовательного возбуж­ дения

При отсутствии нагрузки на валу двигатель идет в разнос, поэтому электродвигатели последовательного возбуждения ис­ пользуются главным образом в том случае, когда отсутствует возможность его работы вхолостую, без нагрузки.

Механические характеристики рассматриваемых электродви­ гателей благоприятны для использования этих двигателей в ка­ честве привода электрифицированных механизмов подъемно-

39