книги из ГПНТБ / Кудактин, А. В. Электрооборудование подъемно-транспортных машин учебник для учащихся механизаторской специальности мореходных училищ

За время dt температурный перепад машины возрастет на величи­

Полученное уравнение и является аналитически выраженной за­ висимостью температурного перепада т от времени t. Приняв в этом уравнении /= о о , получим значение тПр:

^пр-- —А = const.

Следовательно, величина предельного или установившегося пере­ пада Тпр, а значит, и установившаяся температура машины зави­ сят лишь от количества тепла, выделяемого в машине за единицу времени, и от ее теплоотдачи.

Величина — = — = Т> входящая в показатель степени в

АА

~С

уравнении (15), имеет размерность времени и называется посто­ янной времени нагревания. Эта величина от нагрузки машины не зависит и физически является тем временем, в течение которого

машина достигла бы перегрева, равного предельному, при отсут-

«

20

Гл ава II

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

§ 7. Основные особенности

Как указывалось в § 5, обмотка возбуждения электро­ двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением (шунтовой электродвигатель) подключается к обмотке якоря парал­ лельно (рис. 8), что и обусловливает его электромеханические свойства.

Ток в обмотке возбуждения ШОВ определяется по закону Ома

напряжении U можно считать, что и магнитный поток электродви­ гателя Ф является постоянной величиной. При работе электродви­

ляемая по формуле (7).

Таким образом, ток в обмотке якоря должен определяться по выражению

U -E

если в его цепи нет дополнительных сопротивлений. Отсюда

Решив уравнение (24) относительно п, получим

сФ сФ

22

Нужно иметь в виду, что фактическая скорость холостого хо­ да электродвигателя всегда несколько ниже скорости идеального холостого хода, так как в действительности момент сопротивления на валу электродвигателя не может быть равен нулю даже при отсутствии нагрузки, а следовательно, и ток действительного хо­ лостого хода электродвигателя нулю не равен.

Если нагрузка на электродвигатель возрастает (т. е. возраста­ ет момент сопротивления на его валу), то возрастает развиваемый электродвигателем вращающий момент и растет ток в его якор­ ной обмотке. Это должно вызывать, согласно уравнениям (25) и (29), снижение частоты вращения электродвигателя. В режиме короткого замыкания электродвигателя (режим стоянки под то­

Rя

Таким образом, скоростная характеристика электродвигателя по­ стоянного тока с параллельным возбуждением n = f(IH) и механи­ ческая характеристика n — f(M) пересекают оси координат в со­ вершенно определенных точках, соединив которые, можно полу­ чить указанные характеристики, представленные одной прямой (см. рис. 9). На рис. 9, помимо естественной характеристики, по­ казан ряд искусственных характеристик двигателя при различ­ ных дополнительных сопротивлениях R в якорной цепи. Из урав­ нений (27) и (30) вытекает, что искусственные характеристики тоже прямолинейны, исходят из общей точки холостого хода и ле­ жат ниже естественной характеристики, т. е. чем выше дополни­

.лельного возбуждения меняется при различных нагрузках за счет изменения падения напряжения в сопротивлении якоря. Посколь­

:24

ку сопротивления якорей машин постоянного тока невелики, ско­ рость электродвигателей параллельного возбуждения меняется не­ значительно, особенно при работе на естественной характеристи­ ке. Так, для электродвигателей мощностью от 5 до 100 кВт пере­ пад скорости при номинальной нагрузке

д«н = *0* 1оо % = (3,5^ 11) %

По

где большие значения соответствуют электродвигателям меньшей мощности.

Ввиду прямолинейности, практическое построение характери­ стик электродвигателя с параллельным возбуждением выполнить нетрудно. Для этого достаточно иметь координаты двух точек. Обычно естественную характеристику электродвигателя строят по скорости идеального холостого хода, номинальной частоте враще­ ния и номинальному моменту (или току). Скорость идеального холостого хода электродвигателя может быть вычислена следую­ щим образом.

Противоэ. д. с. при работе электродвигателя в номинальном режиме на естественной характеристике

E„=UH—h.HR H=cnH<P,

а на холостом ходу

Е0= и а=сп0Ф .

Разделив второе выражение на первое, получим

п(

В выражении (34) все величины, кроме R r , могут быть взяты из паспорта электродвигателя. Величина Rr берется из формуляра на электродвигатель, определена измерением или приближенно из следующего выражения:

где Рп — номинальная мощность электродвигателя, кВт; Ля — к. п. д. электродвигателя при номинальной нагрузке.

Выражение (35) составлено исходя из предположения, что при номинальной нагрузке электродвигателя потери мощности в сопротивлении якоря равны примерно половине общих потерь в электродвигателе. Если величина Rr определяется измерением, то нужно иметь в виду, что сопротивление якоря включает в себя сопротивления обмотки якоря, обмотки дополнительных полюсов, щеток и сопротивление компенсационной обмотки (если она име­ ется), соединенных последовательно.

Выше указывалось, что вращающий момент электродвигателя автоматически следует за моментом сопротивления механизма. Физическая сущность этого процесса состоит в следующем. Если электродвигатель работает с установившейся частотой, то разви­ ваемый им вращающий момент Mi равен моменту сопротивления

25

этом уменьшается и противоэ. д. с., а ток в обмотке якоря, соглас­ но выражению (22), будет возрастать, что вызовет возрастание вращающего момента. Уменьшение частоты вращения будет про­ исходить до тех пор, пока вращающий момент не станет равным моменту сопротивления Мс2.

При уменьшении момента сопротивления происходит обратный процесс. Если момент сопротивления станет меньше вращающего момента, развиваемого электродвигателем, то частота вращения последнего начнет возрастать. Это вызовет возрастание проти­ воэ. д. с., а значит, уменьшение тока и вращающего момента. Про­ цесс прекратится, когда вращающий момент станет равным мо­ менту сопротивления на валу электродвигателя.

§ 9. Пуск в ход

Выражение (22) показывает, что в процессе пуска в ход электродвигателя величина тока в обмотке якоря изменяется.

т. е. он ограничивается лишь весьма небольшим сопротивлением

ются на работе других электродвигателей, в особенности, осве­ тительных приборов, включенных в ту же сеть. Имеются также и механические причины, заставляющие ограничивать пусковые токи электродвигателей. Это связано с тем, что повышенные пусковые токи приводят к пропорциональному повышению пусковых моментов, которые могут вызвать в механизме боль­ шие инерционные усилия, опасные для деталей передач. Для ограничения пусковых токов обычно в цепь якоря включают по­ следовательно пусковой реостат. Путем подбора соответствую­ щего сопротивления пускового реостата можно снизить пусковой ток, а следовательно, и пусковой момент до любой требуемой

26

в цепь якоря включается весь пусковой реостат, а в дальнейшем, по мере разгона электродвигателя, отдельные ступени реостата отключаются (шунтируются) вручную или автоматически. Пуск электродвигателя заканчивается, когда весь пусковой реостат от­ ключен (замкнуты контакты 1У, 2У, ЗУ на рис. 10).

Расчет пускового реостата может быть произведен графо­ аналитическим способом. Для этого необходимо иметь номиналь­ ные данные электродвигателя и выбрать пределы изменения тока или момента при пуске. Обычно принимают:

где Мс — момент сопротивления при пуске.

Имея номинальные данные электродвигателя, нетрудно по­ строить его естественную механическую или скоростную характе­ ристики по двум точкам с координатами (0, п0) и (Мш пн). Вели­ чина п0 может быть вычислена по формуле (34). Далее расчет пускового реостата производится в следующем порядке:

1. На пусковой диаграмме (рис. 11) вычерчивают в опреде­

имеют в виду, что в первоначальный момент пуска, когда в цепь якоря включен весь пусковой реостат, пусковой момент электро­ двигателя равен Мтах, т. е. пуск электродвигателя начинается с точки 1. Следовательно, первая пусковая характеристика проходит через точки 1 и п0 (характеристика d). Таким образом, электро-

27

двигатель начинает разгоняться по характеристике d. В точке 2, когда развиваемый электродвигателем вращающий момент станет равным Мщт, должна отключаться первая ступень пускового рео­ стата. При этом ток якоря, а значит, и вращающий момент элек­ тродвигателя увеличиваются до величины Мтах и электродвига­ тель переходит на работу по второй пусковой характеристике с, проходящей через точки 3 и п0. Дальнейший разгон электродвига­ теля происходит по этой характеристике до точки 4. Здесь долж­ на быть выключена вторая ступень реостата, и электродвигатель

развиваемый двигателем момент станет равным моменту сопро­ тивления Мс.

Если число ступеней пускового реостата заранее задано или выбрано, исходя из требуемой плавности пуска, то построение пу­ сковой диаграммы производится таким же способом. При этом мо­ жет оказаться, что при выключении последней ступени реостата электродвигатель переходит на работу по естественной характери­

общее сопротивление пускового реостата и отдельных его ступеней, так как отрезок 1—7 пропорционален общему сопротивлению рео­ стата, а отрезки 1—3, 3—5 и 5—7 пропорциональны соответственно сопротивлениям первой, второй и третьей ступеней. Это можно до­ казать следующим образом. Очевидно, что естественной харак­

/шах, частота вращения электродвигателя на этих характеристиках

28

Таким образом, отрезок (7—9) в масштабе равен величине сопротивления якоря, а отрезок (5—7) — величине сопротивления третьей ступени реостата. Аналогично отрезок (3—5) равен вели­ чине сопротивления второй ступени, а отрезок (1—3)— величине сопротивления первой ступени. Очевидно, что масштаб сопротив­ лений

mR =

( 7 - 9 )

С учетом масштаба сопротивления:

R l ~ m R (1—3);

R 2 ~ m R (3—5);

R3=tnR (5 - 7 ) .

Общее сопротивление пускового реостата

R = R1+ R2+ R3= m R (1 -7 ) .

В ряде случаев дополнительно к рассмотренным выше пус­ ковым сопротивлениям в первый момент пуска включают еще так называемую предварительную ступень, которая снижает пусковой момент электродвигателя до величины, меньшей момен­ та сопротивления (характеристика е на рис. 11). Предваритель­ ная ступень служит для устранения люфтов, слабины канатов и цепей, наличие которых может приводить к большим динамиче­ ским ударам при пуске.

Следует иметь в виду, что пусковые реостаты рассчитаны на кратковременный режим работы, поэтому находиться под током длительное время они не могут. Если же имеется необходимость в регулировании скорости изменением сопротивления в цепи якоря, необходимо использовать либо специальный реостат, либо пуско­ вой реостат, рассчитанный соответствующим образом на нагрев.

имеют место большие потери энергии, пропорциональные квад­ рату пускового тока. Однако данный способ пуска является наи­ более простым и удобным и применяется очень часто.

§ 10. Регулирование частоты вращения

Основным преимуществом электродвигателей с па­ раллельным возбуждением является возможность широкого и плавного регулирования их частоты вращения.

Уравнения, выведенные в § 7, показывают, что искусственная регулировка частоты вращения может производиться тремя спо­ собами: изменением сопротивления якорной цепи, изменением магнитного потока и изменением напряжения, подводимого к якорю.

29