книги из ГПНТБ / Кузнецов Б.В. Электрооборудование и электроснабжение торфопредприятий учеб. пособие

Рис. 3-27. Механические характеристики электродвигателя не­ зависимого возбуждения в режиме динамического торможения.

электродвигателю работает не только в режиме генератора, пре-

.образуя механическую энергию в электрическую, но и потребляет электрическую энергию из сети. Вся эта энергия рассеивается в ви­ де тепла в сопротивлениях цепи якоря.

Механические характеристики в режиме противовключения

.приведены на рис. 3-26. Они располагаются в четвертом квадранте. Динамическое торможение осуществляется отключением об­ мотки якоря от сети и замыканием ее на сопротивление. Обмотка возбуждения остается включенной в сеть. При таком включении электродвигатель будет работать генератором на сопротивление, развивая тормозной момент, направленный против движения. В ре­ зультате скорость электродвигателя будет снижаться, и при реак­

тивном моменте произойдет остановка электродвигателя.

Так как в режиме динамического торможения приложенное

.напряжение U= 0, то уравнение механической характеристики при-

,60

Механические характеристики динамического торможения приведе­ ны на рис. &21. Они располагаются во втором квадранте.

Регулирование скорости электродвигателей независимого воз­ буждения. Из уравнения скоростной характеристики электродвига­ теля (3-27) следует, что возможны три основных способа регулиро­ вания скорости электродвигателя: изменением сопротивления в це­ пи якоря, изменением потока возбуждения, изменением напряжения, подводимого к якорю.

Регулирование скорости изменением сопротивления в цепи яко­ ря осуществляется путем введения добавочного сопротивления в цепь якоря. При увеличении сопротивления наклон характеристи­ ки электродвигателя возрастает, и при том же моменте сопротив­ ления Мс скорость будет уменьшаться (рис. 3-28). Полученные ис-

кусственные характеристики носят название реостатных. При на­ грузке, равной нулю, реостатные характеристики имеют общую точку, равную скорости идеального холостого хода.

Недостаток данного способа регулирования — большие потери энергии в регулировочном реостате, его большие габариты и вес. Реостат также должен быть рассчитан на длительный рабочий ток электродвигателя.

Регулирование скорости изменением магнитного потока дости­ гается введением добавочного сопротивления — регулировочного реостата — в цепь обмотки возбуждения. В этом случае магнитный поток будет .уменьшаться, а скорость электродвигателя возрастать (по отношению к номинальной). При изменении магнитного потока меняются как скорость идеального холостого хода <во, так и пере­ пад 'Скорости Дсо (рис. 3-29).

Электродвигатели нормального исполнения можно регулиро­ вать «вверх» на 25—30% выше номинальной скорости (условия безыскровой коммутации); в электродвигателях специального ис­ полнения скорость может повышаться в 3—4 и даже в 8 раз против номинальной:

61

К достоинствам данного способа относятся сохранение жестко­ сти механических характеристик при изменении нагрузки и его экономичность, поскольку потери энергии на нагревание реостата невелики ввиду малой величины тока возбуждения — всего 2—5% от тока якоря. Такой способ регулирования целесообразно при­ менять там, где с увеличением скорости допустимый статический момент уменьшается, т. е. для электроприводов, работающих при

Р = const.

Регулирование скорости изменением напряжения, подводимого к якорю, может быть осуществлено: от отдельного управляемого

генератора (система носит название генератор — двигатель, или

или тиристоров; от магнитного усилителя и полупроводниковых выпрямителей.

На рис. 3-30 приведена система Г—Д, которая состоит из сле­ дующих машин: АД — асинхронный (или синхронный) электродви­ гатель; вращающий генератор Г; возбудитель В; Д — электродви­ гатель рабочей машины; РМ — рабочая машина.

Электродвигатель Д в этой системе получает питание от гене­ ратора постоянного тока, напряжение на зажимах которого изме­ няется вниз от номинального, что приводит к уменьшению 'скорости вращения электродвигателя. Для получения скорости выше номи­ нальной и, следовательно, расширения диапазона регулирования скорости используется способ ослабления магнитного потока элек­ тродвигателя.

Диапазон регулирования скорости в системе Г—Д составляет примерно 1:20 (30). В специальных схемах Г—Д диапазон регули­ рования может достигать значений 1:100 и выше.

В системе Г—Д при изменении подводимого к электродвига­ телю напряжения меняется только скорость соо, а перепад скорости остается неизменным, поэтому механические характеристики для различных напряжений будут параллельными (рис. 3-31).

62

Система Г —Д находит широкое применение в регулируемых электроприводах с большим диапазоном регулирования скорости (прокатные станы, экскаваторы, металлорежущие станки). Не­ смотря на большие капитальные затраты (установленная мощность электрических машин несколько больше трех номинальных мощно­ стей рабочего электродвигателя) и низкий к.п.д. установки, система окупает себя за счет увеличения производительности, экономии в электрических аппаратах управления, простоты операций пуска, реверсирования и торможения.

Существенным недо­ статком системы Г—Д является наличие трехма­ шинного преобразова­ тельного агрегата, кото­ рый требует больших ка­ питальных вложений, ус­ ложняет эксплуатацию, занимает значительную___

площадь. По этой причи- -ң

не вместо вращающихся преобр азователеи используют статические пре-

образователи: ионные устройства (тиратроны, управляемые ртутные выпрямите­

ли) и магнитные усилители. В последнее время для этой цели на­ чинают находить применение кремниевые управляемые вентили (КУВ) — тиристоры, которые по своим функциям в схемах преоб­ разователей аналогичны тиратронам и ртутным управляемым вы­ прямителям.

Пуск электродвигателей независимого возбуждения. Возмож­ ны три способа пуска: непосредственным включением в сеть, изме­ нением сопротивления в якорной цепи и изменением напряжения, подводимого к якорю.

Пуск электродвигателя непосредственным включением в сеть

или прямой пуск является наиболее простым и Экономичным. Од­ нако применение его сопряжено с большими пусковыми токами, достигающими 15—20-кратной величины по отношению к номиналь­ ному току, что недопустимо по соображениям коммутации (допу­ стимый ток не должен превышать 1,8—2,5 номинального значения). Поэтому прямой пуск электродвигателя параллельного возбужде­ ния возможен только для электродвигателей малой мощности, у которых внутреннее сопротивление якоря имеет относительно боль­ шие значения. Этот способ пуска очень ограничен.

Наиболее простым и распространенным является пуск измене­ нием сопротивления в якорной цепи, осуществляемый включением сопротивления пускового реостата в цепь якоря. В современном автоматизированном электроприводе выведение пусковых сопротив­ лений осуществляется путем замыкания ступеней пусковых сопро­ тивлений контакторами. При ступенчатом выведении пусковых со-

- 63

противлении пусковой ток и момент колеблются в определенных заданных пределах (см. рис. 2-4).

Пуск изменением напряжения применяется главным образом в системе генератор — двигатель. При этом способе отпадйет не­ обходимость реостатного пуска рабочего электродвигателя, что при частых пусках, реверсировании и торможении позволяет значитель­ но снизить потери энергии на нагревание сопротивлений пускового реостата.

§ 3-6. Электромеханические свойства электродвигателей постоянного тока последовательного возбуждения

Механические характеристики электродвигателя последова­ тельного возбуждения. Схема включения в сеть электродвигателя последовательного возбуждения приведена на рис. 3-32, а. Так как обмотка возбуждения этих электродвигателей соединена последо­ вательно с обмоткой якоря, то магнитный поток электродвигателя в пределах до насыщения зависит от тока нагрузки. Эта зависи­ мость определяется кривой намагничивания машины. Для случая ненасыщенной магнитной системы электродвигателя зависимость магнитного потока от тока нагрузки может быть выражена в виде линейной функции

т. е. гиперболическую зависимость, где А и В — постоянные вели-' чины.

Момент электродвигателя последовательного возбуждения при принятом условии (3-39) пропорционален квадрату тока:

Мл = аФІ = асР,

откуда

~\А CLC

Заменяя ток I в уравнении (3-40) его значением из (3-41), по­ лучим выражение механической характеристики электродвигателя последовательного возбуждения (для ненасыщенной машины):

Ѵас д D

(3-42)

тУ К -

64

Как видим, данное выражение представляет собой гиперболи­ ческую зависимость, где D и В — постоянные величины.

В практических расчетах естественная характеристика последо­ вательного электродвигателя строится по данным каталога, где приводятся типовые зависимости М, n= f(I), выраженные в про­ центах. На рис. 3-32, б приведена естественная механическая ха­ рактеристика последовательного электродвигателя. Характеристика сохраняет гиперболическую зависимость только при малых нагруз­ ках, а. в остальной своей части она приближается к прямолинейной, что связано с насыщением магнитной системы машины.

Рис. 3-32. Схема включения (а) и естественная механическая харак­ теристика (б) электродвигателя последовательного возбуждения.

Механические характеристики электродвигателя последова­ тельного возбуждения мягкие: скорость заметно падает с увеличе­ нием нагрузки. При малых нагрузках скорость резко повышается, что создает опасность «разноса» электродвигателя, т. е. разрушения бандажей, обмотки и коллектора. Поэтому электродвигатели после­ довательного возбуждения не применяются для привода механиз­ мов, имеющих холостой ход или снижение нагрузки до малых значений. По этой же причине нельзя сочленять электродвигатель с рабочей машиной при помощи ременной или другой подобной передачи.

Основным преимуществом электродвигателей последователь­ ного возбуждения является их способность развивать значительный вращающий момент при относительно небольшом токе, что делает их ценными для использования в электрифицированном транспорте, специальных подъемных установках, экскаваторах, работа которых связана с преодолением больших перегрузок.

Механические характеристики электродвигателя последова­ тельного возбуждение в тормозных режимах. Электродвигатели последовательного возбуждения могут работать только в двух тор­ мозных режимах: противовключения и динамическом. Рекуператив­ ное торможение здесь получить нельзя, так как э.д.с. электродвига­ теля не может быть больше напряжения сети.

Динамическое торможение осуществляется обычно при незави­ симом возбуждении, поэтому характеристики этого режима анало­ гичны динамическому торможению электродвигателя параллельного возбуждения.

Торможение противовключением используется главным обра­ зом в подъемных установках, когда электродвигатель включен на подъем, но под действием тяжелого груза вращается в противопо­ ложную сторону, т. е. в сторону спуска груза. Режим противовключения можно также получить, если во время работы электродвига­ теля изменить полярность напряжения на его якоре.

Регулирование скорости электродвигателей последовательного возбуждения. Возможны три основных способа регулирования ско­ рости: изменением сопротивления якорной цепи, изменением маг­ нитного потока и изменением подводимого напряжения.

Регулирование скорости изменением сопротивления якорной цепи осуществляется включением последовательно в якорную цепь добавочного сопротивления. Семейство искусственных механических характеристик при регулировании скорости по этому способу пред­ ставлено на рис. 3-33. При этом регулирование возможно только «вниз», характеристики получаются еще мягче и возникают значи­ тельные потери энергии, пропорциональные 'снижению скорости. Этот способ, несмотря на существенные недостатки, находит ши­ рокое применение в крановых и тяговых установках, где электро­ двигатель работает периодически.

Регулирование скорости изменением магнитного потока можно получить путем шунтирования обмотки возбуждения электродвига­ теля (рис. 3-34). При этом часть тока, протекающего по якорю, от­ ветвляется в шунтирующий реостат Rm, вследствие чего величина потока возбуждения уменьшается и скорость электродвигателѣ возрастает. Получаемые искусственные характеристики электро­ двигателя располагаются выше естественной (рис. 3-33).

Приведенный способ регулирования используется в электро­ тепловозах ЭД-16 и ЭД-18, в электровозах П-КО-1, которые при­ меняются в тяговых установках торфотранспорта.

Регулирование скорости изменением величины подводимого на­ пряжения широко используется в приводах, где два электродвига­

66

теля одинаковой мощности работают на один общий вал. Регули­ рование осуществляется последовательно-параллельным включе­ нием электродвигателей. При последовательном включении на каждый электродвигатель приходится половина напряжения, что соответствует снижению скорости вдвое. При переходе на парал­ лельное соединение каждый электродвигатель оказывается вклю­ ченным на полное напряжение и скорость возрастает вдвое. Для получения промежуточных скоростей регулирования в цепь якоря каждого электродвигателя может быть введено добавочное сопро­ тивление. Этот способ широко используется в электрифицирован-

Рис. 3-35. Схема включения (а) и механические характеристики (б) элек­ тродвигателя смешанного возбуждения.

ном транспорте. Он находит также применение в тяговых установ­ ках торфопредприятий, например в схеме управления электрово­

зом П-КО-1.

Пуск электродвигателей последовательного возбуждения. При­ меняются следующие способы пуска: непосредственным включением в сеть,, изменением сопротивления в цепи якоря, ступенчатым изме­ нением напряжения.

Пуск непосредственным включением в сеть ограничивается элек­ тродвигателями очень малой мощности, так как сопротивления об­ моток электродвигателей относительно велики и пусковые токи не выходят за пределы допускаемых.

Пуск изменением сопротивления в цепи якоря осуществляется аналогично пуску изменением сопротивления для электродвигателя параллельного' возбуждения.

Пуск ступенчатым изменением напряжения применяется в соче­ тании с системой регулирования скорости, например в тяговых установках при последовательном и параллельном соединении электродвигателей.

§ 3-7. Электромеханические свойства электродвигателей постоянного тока смешанного возбуждения

Схема включения в сеть электродвигателя смешанного возбуж­ дения приведена на рис. 3-35, а. Магнитный поток возбуждения подобных электродвигателей определяется суммой потоков парал-

Наличие параллельной обмотки возбуждения дает возмож­ ность электродвигателю иметь идеальную скорость холостого хода coo и таким образом избежать явления «разноса».

Механические характеристики электродвигателя смешанного возбуждения (рис. 3-35, б) занимают промежуточное положение между характеристиками электродвигателей последовательного и параллельного возбуждения.

Электродвигатель смешанного возбуждения имеет все три спо­ соба торможения. При рекуперативном и динамическом торможе­ нии, когда ток в цепи якоря изменяет направление на обратное, поток последовательной обмотки становится размагничивающим. Для устранения этого явления при переходе скорости через щ0 последовательную обмотку шунтируют.

Регулирование скорости электродвигателя смешанного возбуж­ дения может производиться изменением сопротивления якорной цепи, изменением тока возбуждения, изменением напряжения и осу­ ществляется теми же методами, что и для электродвигателей после­ довательного возбуждения.

Пуск электродвигателя смешанного возбуждения осуществля­ ется теми же способами, что и пуск электродвигателей параллель­ ного и последовательного возбуждения.

Вопросы для самопроверки

1.Что называется механической характеристикой производственного ме­ ханизма? Как их разделяют?

2.Что называется механической характеристикой электродвигателя? Как

*классифицируют механические характеристики?

3.В каких режимах может работать асинхронный электродвигатель? При­

ведите примеры различных режимов работы, известные йз практики.

4.Каковы преимущества и недостатки различных способов регулирования скорости*асинхронных электродвигателей?

5.Какие способы торможения асинхронных электродвигателей вам известны

икак можно их осуществить?

6. В каких случаях применяют прямой пуск асинхронного электродвигателя?

•Укажите достоинства и недостатки прямого пуска.

7.В чем заключаются достоинства и недостатки пуска асинхронного элек­ тродвигателя с фазным ротором введением добавочного сопротивления в цепь ротора? Приведите примеры пуска из практики электроприводов торфяных машин.

8.Как производится графический расчет пусковых сопротивлений в цепи

рогора?

9.Как конструктивно выполняются асинхронные электродвигатели по спо­ собу защиты от воздействия окружающей среды?

10.Как расшифровать типы асинхронных электродвигателей: А92-4, А092-4,

'68