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

(рис. 12). Это означает, что при одной и той же нагрузке частота вращения электродвигателя тем ниже, чем выше величина допол­ нительного сопротивления, включенного в якорную цепь. Умень­ шение частоты вращения объясняется дополнительным падением напряжения в добавочном сопротивлении.

Процесс перехода от одной частоты к другой происходит сле­ дующим образом. Допустим, электродвигатель, развивая момент М = МС, работает устойчиво на естественной характеристике а в точке 1 (контакты 1У, 2У и ЗУ на рис. 10 замкнуты). Если не­ обходимо снизить частоту вращения электродвигателя, размыкают контакт 1У и тем самым в цепь якоря вводят дополнительное сопротивление R1. Согласно уравнению (30) электродвигатель должен перейти на характеристику b, соответствующую новому значению сопротивления якорной цепи. Электродвигатель обла­ дает значительной инерцией, и при переключении сопротивлений частота вращения мгновенно измениться не может. Поэтому в первый момент электродвигатель переходит на работу в соответ­ ствующей точке 2 на характеристике Ь. При этом ток якоря и вращающий момент уменьшаются, нарушается равновесие момен­ тов (М <МС) и частота вращения электродвигателя начинает сни­ жаться до тех пор, пока снова не восстановится равновесие мо­ ментов (М = Мс). Следовательно, устойчивая работа электродви­ гателя будет теперь в точке 3 на характеристике Ь.

Аналогичным образом происходит переход на характеристики с и d при включении сопротивлений R2 и R3.

Для увеличения частоты вращения электродвигателя необхо­ димо отключить часть дополнительного сопротивления. Например,

30

прямолинейными, причем меньшим значениям магнитного потока соответствуют большие значения скорости холостого хода. По ме­ ре снижения магнитного потока возбуждения жесткость характе­ ристик электродвигателя несколько уменьшается, что объясняет­ ся влиянием реакции якоря.

Как было показано, в случае регулирования частоты враще­ ния изменением сопротивления в цепи якоря переход с одной ха­ рактеристики на другую осуществляется практически при постоян­ ной частоте. Это объясняется малой индуктивностью якоря, бла­ годаря чему ток якоря изменяется практически мгновенно.

Обмотка же возбуждения электродвигателя параллельного воз­ буждения обладает значительной индуктивностью. Поэтому в случае регулирования частоты вращения изменением сопротив­ ления цепи возбуждения переход с одной характеристики на дру­ гую осуществляется по так называемым динамическим характери­ стикам, которые могут быть построены в результате расчета пере­ ходных процессов. На рис. 13 динамические характеристики по­ казаны пунктирной линией.

Регулирование частоты вращения электродвигателей с парал­ лельным возбуждением изменением магнитного потока сопровож­ дается незначительными потерями мощности в регулировочном реостате и является экономичным. Незначительные потери дают возможность использовать реостат небольших габаритов с боль­ шим числом регулировочных ступеней, что позволяет получить плавное, практически бесступенчатое регулирование частоты вра­ щения.

Недостатком данного способа регулирования является ухудше­ ние коммутации и снижение перегрузочной способности электро­ двигателя при повышенных скоростях. Скорость же при этом спо­ собе регулирования может изменяться только лишь в сторону уве­ личения по сравнению с номинальной, что сильно ограничивает применение данного способа. При больших нагрузках данный спо­

и при переходе к высшей частоте может возникнуть недопустимо большой ток.

Регулирование частоты вращения изменением напряжения на зажимах якоря (система генератор—двигатель). В целях широко­ го и плавного регулирования частоты иногда применяют так называемую систему генератор—двигатель (сокращенно система Г—Д ), которая позволяет использовать метод регулирования частоты изменением напряжения, подводимого к якорю электро­ двигателя. При питании электродвигателя от сети такой метод совершенно неприменим. Его применение возможно лишь при питании электродвигателя от отдельного генератора.

Обычно система Г—Д состоит из приводного электродвигателя ПДи генератора Г с возбудителем В и исполнительного электро­ двигателя ИД (рис. 14). ПД питается от сети и служит для при­ ведения во вращение генератора. Чаще всего в качестве ПД ис-

32

пользуется асинхронный короткозамкнутый электродвигатель, по­ лучающий питание от сети трех­ фазного тока. Он имеет постоян­ ное направление вращения и вра­ щается с постоянной частотой. ИД получает питание от генера­ тора Г и приводит в действие ме­ ханизм.

Генератор и исполнительный электродвигатель имеют незави­ симое возбуждение. Их обмотки возбуждения ОВГ и ОВД пита­ ются от возбудителя В, неболь­ шого генератора постоянного то­ ка, сидящего на одном валу с ЯД и Г. Если в цепь обмотки ОВГ включить регулировочный рео­

стат, то, изменяя величину его сопротивления, можно изменять частоту вращения исполнительного электродвигателя, так как

#при этом будет меняться напряжение генератора. Действитель­ но, для цепи Г—Д по II закону Кирхгофа можно составить следующее уравнение:

где Ег и Яд— соответственно э. д. с. генератора -и электродвига­ теля;

Яг и Яд— соответственно сопротивление якорей генератора и электродвигателя.

Заменив э. д. с. электродвигателя, согласно выражению (7), получим

Уравнения (41) и (42) показывают, что путем изменения Ег можно изменять частоту вращения ИД электродвигателя. Сле­ довательно, при уменьшении сопротивления регулировочного рео­ стата Яр частота вращения ИД будет возрастать, а при увели­ чении сопротивления — уменьшаться, так как Ет зависит от ве­ личины тока в обмотке ОВГ.

Нетрудно заметить, что механические и скоростные характе­ ристики электродвигателя в системе Г—Д представляют собой прямые линии. Скорость холостого хода определяется первым

тельных качеств системы Г—Д. Иногда регулировочный реостат включают не только в цепь

обмотки ОВГ, но в цепь обмотки возбуждения ЯД, что дает воз­ можность регулировать частоту вращения вверх от номинальной.

Регулирование частоты по системе Г—Д является весьма эко­ номичным, так как все переключения происходят в цепях обмо­ ток возбуждения, где токи сравнительно невелики. Относительно небольшие мощности и габариты регулировочных реостатов по­ зволяют получить большое число регулировочных ступеней и, следовательно, достаточно плавное регулирование частоты. Воз­ можно также применение реостатов со скользящими контактами, что позволяет получить бесступенчатое регулирование.

Система Г—Д очень удобна не только в отношении широты и плавности регулирования частоты вращения. Она позволяет также очень просто производить реверс и торможение исполни­ тельного электродвигателя. Так, для осуществления реверса не­ обходимо, как известно, изменить полярность на зажимах якоря электродвигателя. Для этого достаточно изменить направление тока в обмотке ОВГ (или в обмотке ОВД) переключением ревер­ сивных контактов В или Я (см. рис. 14). Для торможения до­ статочно отключить от возбудителя обмотку ОВГ. Небольшие размеры регулировочных реостатов позволяют широко использо­ вать дистанционное управление системой Г—Д, что также яв­ ляется большим ее преимуществом.

к. п. д. установки, что, естественно, ограничивает область приме­ нения данной системы.

§11. Электрическое торможение

Для электрических машин характерны два основ­ ных режима работы: двигательный и тормозной. При тормозном режиме работы подводимая к машине механическая энергия пре^

34

образуется в электрическую. Возникающий при этом вращающий момент не совпадает с направлением вращения машины и про­ исходит ее торможение. Хотя существует несколько различных способов электрического торможения, однако при всех спосо­ бах происходит принципиально один и тот же процесс. Сами же способы отличаются друг от друга лишь схемой включения и ха­ рактеристиками. Электрическая энергия, образующаяся при тор­ можении, при различных способах используется по-разному. В одних случаях она передается в электрическую сеть и там по­ лезно используется, в других преобразуется в тепло в дополни­ тельных сопротивлениях и якоре.

Необходимость использования электрических способов тормо­ жения в электроприводах грузоподъемных механизмов вызыва­ ется спецификой их работы. Торможение позволяет облегчить ра­ боту механических тормозов, получить устойчивые постоянные скорости спуска грузов, а также обеспечивает ускоренную оста­ новку приводов.

Для электродвигателей с параллельным возбуждением воз­ можно использование трех тормозных режимов:

генераторного с отдачей энергии в сеть; электродинамического; противовключения (противотока).

Генераторный режим с отдачей энергии в сеть. Как указыва­ лось, при работе электродвигателя на естественной или искус­ ственной характеристике в двигательном режиме наводимая в обмотке якоря противоэ. д. с. всегда меньше приложенного на­

= /сФ/я, совпадающий с направлением вращения якоря. На холо­

лю, т. е. в этом случае противоэ. д. с. равна приложенному напря­ жению:

Таким образом, при изменениях частоты вращения электро­ двигателя от 0 до п0 противоэ. д. с., наводимая в обмотке якоря, всегда меньше приложенного напряжения (или, в крайнем слу­ чае, равна ему), и ток в обмотке якоря, согласно выраже­ нию (22), положителен, что характерно для двигательного ре­ жима работы машины.

Если же под действием внешнего момента, например момен­ та, созданного массой поднятого груза, частота вращения элек­ тродвигателя станет больше по, его противоэ. д. с. превысит при­ ложенное напряжение, и ток в обмотке якоря, согласно выраже* нию (22), изменит направление, т. е. машина из потребителя

электрической энергии превратится в ее источник. Очевидно, что при изменении направления тока меняется и направление мо­ мента, создаваемого электродвигателем. Этот момент становится тормозным и уравновешивает внешний момент, приложенный к валу электродвигателя. Это означает, что в уравнениях скоро­ стной и механической характеристик знак минус меняется на плюс:

и, R я

п= — + ^ 1 я;

сФ сФ

т. е. характеристики генераторного режима являются продолже­ нием характеристик двигательного режима машины и распола­

частота вращения электродвигателя в генераторном режиме не уменьшается, а, наоборот, увеличивается.

Данный способ электрического торможения весьма выгоден в экономическом отношении, так как он позволяет возвращать в сеть значительную часть электроэнергии, затраченную, например, на подъем груза. Однако он осуществим лишь при повышенных скоростях, намного превышающих номинальную скорость элею тродвигателя, и поэтому не всегда применим. Торможение с от­ дачей энергии в сеть не может быть применимо для остановки привода, так как яТОрМдолжно быть всегда больше п0. Опытные крановщики чаще всего используют данный способ торможения при загрузке судов, когда высота подъема груза значительно меньше высоты спуска. Осуществляя в данном случае спуск гру­ за в генераторном режиме с отдачей энергии в сеть, можно полу­ чить ощутимую экономию электроэнергии и улучшить тем самым

.36

буждения в режиме динамического торможения

мыкании его на сопротивление, называемое сопротивлением динамического торможения Rд. В схеме, показанной на рис. 17, это осуществляется размыканием контактов </7, которые были замкнуты в двигательном режиме, и замыканием контакта Т. В этом случае уравнения скоростной и механической характери­ стик примут вид:

и (47) показывают, что характеристики электродвигателей парал­ лельного возбуждения в режиме динамического торможения пря­ молинейны и проходят через начало координат (см. рис. 17). Очевидно, что большим сопротивлениям 7?д соответствуют более мягкие характеристики, а при одной и той же скорости — мень­ шие тормозные моменты и токи.

Рассмотрим особенности динамического режима на примере электропривода механизма подъема. При подъеме груза контак­ ты Л должны быть замкнуты, а контакт Т разомкнут. Допустим,

При размыкании контактов Л и замыкании контакта Т электро­ двигатель должен перейти на искусственную характеристику 6, проходящую через начало координат.

37

ку 2 или 2' на характеристике с в зависимости от величины со­ противления /?д. При этом меняется направление момента и электродвигатель начинает интенсивно тормозиться. При сниже­ нии скорости до нуля контакт Г нужно разомкнуть и включить механический тормоз. Если же контакт Т не будет разомкнут, то под действием груза электродвигатель начнет вращаться в об­ ратную сторону, производя спуск груза в режиме динамического

динамического торможения может быть использован не только для остановки, но и для получения определенной установившейся скорости. В рассматриваемом случае при спуске груза вращаю­ щий момент, развиваемый электродвигателем, по величине и по знаку такой же, как и при подъеме. Однако направление скорости при переходе через точку О изменилось, поэтому момент, раз­ виваемый электродвигателем при спуске груза, будет тормозным моментом, ограничивающим скорость спуска. Груз будет опу­ скаться с устойчивой скоростью щ или п2.

Данный способ торможения отличается простотой, не требует сложных переключений в схеме; он позволяет регулировать вре­

собом почти не требуется никаких затрат энергии, так как прак­ тически процесс торможения заключается в том, что машина работает как генератор с независимым возбуждением, замкну­ тый на сопротивление /?д. На вал электрической машины пере­ дается механическая энергия от затормаживаемого механизма. В машине она преобразуется в электрическую энергию, а послед­ няя — в тепловую в обмотках машины и в сопротивлении 7?д.

Главным недостатком рассматриваемого способа следует счи­ тать довольно значительное время торможения, так как при ма­ лых оборотах значения тормозного момента очень невелики и этот способ нельзя считать целесообразным при необходимости быстрой остановки электропривода.

Режим противовключения. Для торможения электроприводов подъемно-транспортных машин нередко используется режим про­ тивовключения, под которым понимается такой режим, когда электродвигатель, будучи включен в сеть, вращается в сторону, противоположную той, в которой он вращался бы при таком же включении в двигательном режиме. Такой способ торможения может применяться для ограничения скорости спуска грузов и ускорения остановки привода.

Допустим, электродвигатель включен по схеме, показанной на рис. 18, а и, поднимая груз, работает на естественной характе­ ристике а в точке 1 (рис. 18,6) при М = МС (замкнуты контак­ ты 1Б} 2В и Я). При размыкании контакта П в цепи электродви­

38

ку b в точке 2 (см. рис. 18,6). Так как момент, развиваемый в

в точке 3 станет равной 0. Если требуется остановить электро­ двигатель, то при п —0 его следует отключить от сети. Если же электродвигатель не будет отключен от сети, то под действием груза он начнет разгоняться в противоположную сторону. По ме­

тродвигателя в точке 4 на характеристике b будет устойчивой и скорость спуска груза будет ограничена величиной п2. Скорость спуска в данном случае можно регулировать изменением вели­ чины дополнительного сопротивления i?T, вводимого в цепь яко­ ря. Чем выше величина этого сопротивления, тем мягче характе-

в режим противовключения скорость меняет свой знак, знак же момента (и тока) остается неизменным по сравнению с двига­ тельным режимом. Это и обусловливает эффект торможения. Машина превращается в источник электроэнергии, которая рас­ ходуется в сопротивлениях цепи якоря. В этих же сопротивле­ ниях, а также в обмотке возбуждения расходуется та электро­ энергия, которая поступает из сети.

В тех случаях, когда направле­ ние момента сопротивления на валу электродвигателя определяется на­ правлением его вращения, режим противовключения указанным выше способом получить невозможно.

4

Рис. 18. Схема (а) и характеристики (б, в) электродвигателя параллельного

возбуждения в режиме противовключения

39