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

В этом случае для ускорения остановки или быстрого реверса привода необходимо переключить обмотку якоря.

Предположим, что в схеме на рис. 18, а замкнуты контакты 1В, 2В и П и электродвигатель работает устойчиво на естест­ венной характеристике а в точке 1 (рис. 18, в) при М = МС. Для быстрого торможения или реверса нужно разомкнуть контакты

избежать при этом большого толчка тока и момента, необходимо одновременно с контактами 1В и 2В разомкнуть контакт Я, что приводит к введению дополнительного сопротивления. Тогда при замыкании контактов 1Н и 2Н электродвигатель переходит на характеристику b, проходящую через точку п0. Вначале электро­ двигатель перейдет на работу, соответствующую точке 2 на ха­ рактеристике Ь. Так как момент электродвигателя и статический момент не соответствуют направлению скорости, последняя на­ чинает быстро уменьшаться и в точке 3 станет равной нулю.

Если требуется остановить электродвигатель, то при п = 0 его следует отключить от сети; если же необходимо произвести ре­ верс, то при п = 0 отключают сопротивление RT, после чего начи­ нается обычный пуск электродвигателя в противоположную сто­ рону.

Торможение противовключением является довольно эффек­ тивным для механизмов горизонтального передвижения мостов и тележек кранов и механизмов поворота. Оно применяется также для торможения механизмов подъема, особенно при спуске тя­ желых грузов. Однако с экономической точки зрения режим про­ тивовключения не является выгодным, так как в обмотках маши­ ны и дополнительном сопротивлении в тепло превращается не только энергия торможения, но и энергия, подводимая от сети. Дополнительное сопротивление RT должно быть приблизительно равно полному сопротивлению пускового реостата. Это связано с тем, что в режиме противовключения э. д. с. обмотки якоря сов­ падает по направлению с приложенным напряжением и для ограничения токов, возникающих при этом режиме, необходимо значительное сопротивление. Это означает, что для снижения то­ ка, возникающего в момент перевода электродвигателя в режим противовключения, до допустимых значений в цепь якоря элек­ тродвигателя необходимо включать не только дополнительное сопротивление RT, но и пусковой реостат. При этом ток в обмот­ ке якоря, согласно выражению (22), будет

U+E

R я + R+ Rj

где R — сопротивление пускового реостата.

Изменение направления вращения. Изменение направления вращения (реверс) электродвигателя с параллельным возбужде­ нием может быть осуществлено двумя способами: изменением

40

направления тока в обмотке возбуждения или изменением на­ правления тока в обмотке якоря. И в том, и в другом случае из­ меняется направление вращающего момента, согласно выраже­ нию (5), что и обусловливает реверс электродвигателя. На прак­ тике обычно используют второй способ, обеспечивающий более быстрое изменение направления вращения. Объясняется это сле­

дующим:

размыкание цепи возбуждения требует предварительного размыкания цепи якоря, что связано с усложнением аппарату­ ры. Размыкание якоря необходимо для предотвращения чрез­ мерного увеличения тока в нем при уменьшении магнитного

потока; обмотка возбуждения электродвигателя параллельного воз­

буждения обладает значительной индуктивностью и разрыв ее связан с опасностью пробоя изоляции;

при изменении направления тока в обмотке возбуждения происходит перемагничивание машины, что увеличивает продол­ жительность операции и приводит к дополнительным потерям энергии, особенно при частых реверсах.

Практически для осуществления реверса электродвигателя с параллельным возбуждением указанным способом служат кон­ такты 1В, 2В, 1Н и 2Н (см. рис. 18, а). При работе электродви­ гателя замкнуты попарно либо контакты 1В и 2В, либо 1Н и 2Н. Их переключение приводит, как видно из схемы, к изменению на­ правления тока в обмотке якоря, а последнее — к изменению на­ правления вращения электродвигателя.

Глава 111

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

§ 12. Основные особенности

Электродвигатели постоянного тока с последова­ тельным возбуждением имеют одно существенное отличие от рас­ смотренных в предыдущей главе электродвигателей с параллель­ ным возбуждением. У последних магнитный поток Ф практически не зависит от нагрузки и является величиной постоянной, что и определяет все основные свойства электродвигателей с парал­

ря и возбуждения протекает один и тот же ток, и при изменении нагрузки изменяется и магнитный поток [см. формулу (5)],'

41

В данном случае каждому значению момента соответствует определенный магнитный поток, так как величина момента опре­ деляет величину тока якоря / я. При малых нагрузках, когда маг­ нитная цепь электродвигателя не насыщена, магнитный поток пря­ мо пропорционален току, а момент, следовательно,— квадрату тока:

Ф= к11я; M = k k J * \ M = k2Iя2.

По мере возрастания нагрузки магнитная цепь электродвига­ теля насыщается и квадратичная зависимость между моментом и током нарушается. В общем случае зависимость между маг­ нитным потоком и током определяется характеристикой намаг­ ничивания Ф = /(/я), которая обычно строится на основании опыт­ ных данных (рис. 19). Характеристика намагничивания практи­ чески прямолинейна лишь до определенного предела. Как толь­ ко магнитная цепь электродвигателя достигает насыщения, пря­ молинейность характеристики намагничивания нарушается, т. е. нарушается прямая пропорциональность между магнитным по­ током и током. Однако при / я>*/я. н магнитный поток Ф > Ф Н, поэтому вращающий момент электродвигателя последовательно­ го возбуждения оказывается больше, чем момент электродвига­ теля параллельного возбуждения, у которого при /я> / я. н Ф = ФН. Это является важным преимуществом электродвигателя после­ довательного возбуждения, так как дает возможность получить при пуске и торможении повышенные моменты и сократить тем самым время протекания переходных процессов.

Зависимость вида Ф = /(/я) не имеет аналитического выраже­ ния. Поэтому для электродвигателей последовательного возбуж­

М=1(1Я) являются основой для построения механических и ско­ ростных характеристик, причем при построении учитывается не только влияние насыщения, но и влияние реакции якоря.

42

§ 13. Скоростные и механические характеристики

Все соотношения, выведенные ранее для электро­ двигателей параллельного возбуждения, справедливы и для электродвигателей с последовательным возбуждением. Разница состоит только в том, что во всех выражениях, в которые входит величина RHi необходимо добавить величину Rc — сопротивление обмотки возбуждения, так как в рассматриваемых электродвига­ телях обмотки якоря и возбуждения включаются последовательно.

Таким образом, уравнение естественной скоростной характе­ ристики электродвигателя последовательного возбуждения может быть записано в виде

а уравнение естественной механической характеристики

электродвигателя в простой форме и с достаточной степенью точ­ ности не может быть выражена аналитически. Поэтому построе­ ние естественной скоростной характеристики по уравнению (49) затруднительно. На практике обычно пользуются каталожной естественной скоростной характеристикой п = /(/я), которая для электродвигателей последовательного возбуждения приводится в каталогах и имеет вид, показанный на рис. 21.

Естественную механическую характеристику построить по уравнению (50) также трудно. Но, располагая скоростной харак­ теристикой п = Ц1я) и зависимостью М = /(/я), которые приво­ дятся в каталогах, нетрудно построить механическую характе­

43

стика приближается к прямой, т. е. в этом случае снижение скорости обусловливается в основном увеличением падения напряжения в сопротивлениях Rr и Rc. При очень небольших нагрузках, ког­ да М->-0, /яг->-О, Ф *"0, скорость п >*оо. Поэтому работа электро­ двигателя последовательного возбуждения на холостом ходу не­ допустима, так как при отсутствии нагрузки такой электродвига­ тель идет в разнос. Указанное обстоятельство обусловливает также невозможность автоматического перехода электродвигате­ ля последовательного возбуждения из двигательного режима в режим торможения с отдачей энергии в сеть.

Мягкость характеристик рассматриваемых электродвигателей является весьма благоприятным качеством в случае использо­ вания их для привода механизмов подъемно-транспортных ма­ шин. Так, на кранах это позволяет, не применяя каких-либо регулирующих устройств, перемещать легкие грузы с повышен­ ными скоростями, благодаря чему увеличивается производитель­ ность. На увеличение производительности благоприятно сказы­ ваются также повышенные вращающие моменты, развиваемые электродвигателями последовательного возбуждения при пуске

иторможении.

§14. Пуск в ход

Соображения, высказанные в § 9 относительно осо­ бенностей пуска электродвигателей параллельного возбуждения, полностью относятся и к электродвигателям последовательного возбуждения. Для ограничения пусковых токов и моментов в данном случае приходится использовать те же самые пусковые реостаты.

Расчет сопротивлений пускового реостата электродвигателей последовательного возбуждения связан с рядом трудностей, что обусловливается криволинейностью характеристик данных элек­ тродвигателей и сложностью их построения до расчета сопро­ тивлений. Заводы, изготавливающие крановое электрооборудова­ ние, поставляют комплектно электродвигатели с пусковыми рео­ статами. Однако на практике может возникнуть необходимость в расчете пускового реостата.

Разработано несколько методов расчета пусковых реостатов для электродвигателей последовательного возбуждения. Наибо­ лее простым из них является графо-аналитический метод, пред­ ложенный С. Н. Вешеневским 1. В основу данной методики рас­ чета положено предположение, что пуск производится на прямо­ линейной части искусственных пусковых характеристик и что все эти начальные прямолинейные части характеристик пересекаются

4 4

Рис. 22. Пусковые характеристики { а, б ) и схема пуска (в) электродви­ гателя последовательного возбуждения

положение является в большинстве случаев верным и данные расчета хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Для расчета пускового реостата по методике С. Н. Вешеневского необходимо знать номинальные данные электродвигателя, а также иметь естественную скоростную характеристику n = f(IR) и зависимость M=f ( I H), которые приводятся в каталогах элек­ трических машин. При наличии указанных данных можно при­

2. Выбираются значения максимального Мтах и минимально­ го Afmin моментов, исходя из заданного времени пуска и момен­ та сопротивления Мс. Если время пуска не ограничивается, то значения Мтах и Mmiri можно выбрать в следующих пределах:

Мтах=(1,5-2,0)МН; М т1п= ( \ , \ - \ , 2 ) М С.

л

Если же указывается, что время пуска должно быть наимень­ шим, то момент Мтах выбирается примерно равным наибольше­ му допустимому моменту для данного электродвигателя (наи­

45

больший допустимый момент обычно указывается в каталогах вместе с номинальными данными).

/H= /min при работе на этой же характеристике. Определить п2

U —Anin (ft a + ft с + ft)

i/- /rain(^-fftc)

Величина п2 откладывается на вертикали /т т, получается точка 2, соединив которую с точкой 7, получают первую пуско­ вую характеристику, по которой начинается разгон электродви­ гателя.

6. Точки 7 и 2, 5 и 6 соединяют прямыми линиями и продол жают до пересечения в некоторой точке К, в которой, по усло­ вию, должны пересекаться все пусковые характеристики.

46

7.Далее построение ведут так же, как и в случае электро­

пускового реостата и электродвигатель должен перейти на вто­ рую пусковую характеристику, прямолинейная часть которой проходит через точки 3 и К. Таким образом, для получения вто­ рой пусковой характеристики соединяют точки 3 и К, т. е. после отключения первой ступени разгон будет идти по прямой 3-4.

Аналогичное построение продолжают до тех пор, пока при последнем переключении электродвигатель не выйдет на естест­ венную характеристику.

По полученному в результате такого построения графику не­ трудно рассчитать сопротивление отдельных ступеней пускового реостата. Нетрудно доказать (см. § 9), что отрезок 1-5 в масш­ табе представляет величину полного сопротивления реостата, от­ резок 1-3 — сопротивление первой ступени, отрезок 3-5 — сопро­ тивление второй ступени и т. д. Как указывалось, число ступеней пускового реостата либо задается, либо определяется по построе­ нию. Нужно иметь в виду, что число ступеней в пусковом реоста­ те электродвигателя последовательного возбуждения меньше, чем в реостате электродвигателя параллельного возбуждения при тех же условиях. Это объясняется более мягкими характеристи­ ками электродвигателя последовательного возбуждения и расце­ нивается как его преимущество.

§ 15. Регулирование частоты вращения

Из уравнения (49) вытекает, что частоту вращения электродвигателей последовательного возбуждения можно регу­ лировать двумя основными способами: изменением подведенного к электродвигателю напряжения и регулированием сопротивления якорной цепи. Регулировать частоту вращения таких электродви­ гателей изменением магнитного потока при обычных схемах вклю­ чения не представляется возможным, так как их обмотка воз­ буждения включается в цепь якоря последовательно, и у них ток якоря одновременно является и током возбуждения. Ток же яко­ ря, как известно, определяется нагрузкой и произвольно регули­ ровать его нельзя.

В тяговых электродвигателях последовательного возбуждения, применяемых для привода электропогрузчиков и тележек, сериесная обмотка возбуждения обычно состоит из двух одинако­ вых секций, которые можно включать последовательно и парал­ лельно. Очевидно, что при переходе с последовательного на па­ раллельное включение таких секций магнитный поток двигателя ослабляется, а частота его вращения возрастает. В двухмотор­ ных электропогрузчиках, кроме того, сами двигатели можно включать последовательно и параллельно и тем самым регули­ ровать их частоту вращения. Регулировка подводимого к дви­

47

гателю напряжения может производиться также секционирова­ нием аккумуляторной батареи.

На практике чаще всего частоту вращения электродвигателей последовательного возбуждения регулируют изменением сопро­ тивления реостата, включенного в якорную цепь. Второй же спо­ соб применим лишь при питании электродвигателя от отдельного генератора (в системе Г—Д).

Уравнение искусственной скоростной характеристики электро­ двигателя последовательного возбуждения в общем случае имеет

цепь.

Очевидно, при работе электродвигателя с постоянной нагруз­ кой, когда вращающий момент M = Mc = const, ток якоря / я=/в = = const. Поэтому частота вращения электродвигателя на искус­

т. е. частота снижается пропорционально величине сопротивле­ ния якорной цепи. Чем выше это сопротивление, тем мягче харак­ теристика электродвигателя (рис. 23). Следовательно, процесс регулирования частоты такого электродвигателя аналогичен про­ цессу регулирования частоты вращения электродвигателя па­ раллельного возбуждения. Допустим, электродвигатель работает устойчиво на естественной характеристике а в точке 1 при неко­

,48

ния с высшей скорости на низшую при введении дополнительных сопротивлений в цепь якоря происходит точно так же, как и у электродвигателя с параллельным возбуждением. Процесс пере­ хода с низшей скорости на высшую тоже ничем не отличается.

Для построения искусственных характеристик при различных значениях дополнительного сопротивления R в цепи якоря мож­ но воспользоваться тем обстоятельством, что э. д. с. пропорцио­

Для любого значения тока / я по естественной скоростной ха­ рактеристике можно найти соответствующее значение частоты вращения п{. Э. д. с. в якоре электродвигателя при этом будет

п2. Построив таким образом искусственные скоростные харак­ теристики электродвигателя и располагая зависимостью М = /(/я), нетрудно перейти к искусственным механическим характери­ стикам.

В приведенные выше выражения входят /?я и Rc, которые

Рассмотренный способ регулирования частоты вращения электродвигателей последовательного возбуждения очень прост, надежен, позволяет получить очень плавную скорость и регули­ ровать ее в довольно широких пределах. Однако этот способ ма­ лоэкономичен, так как в регулировочных реостатах велики поте­ ри энергии на тепло.