книги из ГПНТБ / Основы автоматизированного электропривода учеб. пособие

вращаться в обратном направлении или, как принято говорить, произойдет реверсирование электропривода (от лат. reversus — обратный).

Отметим, что принципиально возможен другой вариант, когда полярность напряжения на зажимах якоря оста­ ется неизменной, а меняется полярность напряжения на обмотке возбуждения. Но такой способ реверсирования практически по используется ввиду необходимости перемагничнвания магнитной цепи двигателя, что связано с относительно длительным переходным процессом.

В обоих рассмотренных случаях электродвигатель вращается в направлении, обратном направлению дви­ гательного режима. С этим связано название этого ре­ жима — протпвовключение. .

Из анализа эквивалентной схемы на рис. 2-5 следует, что в режиме протнвовключсния напряжение сети и э. д. с. двигателя включены последовательно. При этом также справедливо уравнение (2-24а) баланса мощностей. Однако в данном случае знаки мощностей Рс и Рш противопо­

противоположны. Это дает основание записать уравнение баланса мощностей в виде

Рс + Рэя —АР,

где каждый член представляет собой модуль соответствую­

в процессе торможения, Рэм выделяются в виде потерь, рассеиваемых в сопротивлениях цепи якоря двигателя Ян и Лп.я. Очевидно, что при таком преобразовании энер­ гии не имеет смысла говорить о к. и. д., так как полезно используемой энергии в этом случае нет.

Необходимо обратить внимание на то обстоятельство,

напряжения сети и э. д. с. двигателя. Если учесть, что относительная величина собственного сопротивления якоря обычно не превышает 0,10—0,12 (рис. 2-4), то становится очевидной необходимость включения в цепь якоря зна­ чительного добавочного сопротивления для осуществле­ ния режима противовключения при допустимых значениях

60

/ я. Из (2-1) в данном случае следует:

Вследствие больших величин сопротивления цепи якоря жесткость механических характеристик в режиме противо-

Скоростные и механические характеристики режима динамического торможения представляют собой прямые

61

линии, проходящие через начало координат, как показано на рис. 2-11. Из (2-32) следует, что жесткость механических характеристик в режиме динамического торможения так же, как и в двигательном режиме, определяется добавоч­ ным сопротивлением в дени якоря и потоком возбужде­ ния двигателя. Механические характеристики при раз­ личных потоках возбуждения показаны на рис. 2-12. Сопоставляя (2-31) и (2-32) с (2-7) и (2-9), можно сделать вывод о том, что при Дд т = 7?п.я й одинаковых значениях Ф механическая и скоростная характеристики динамичес­ кого торможения будут параллельны соответствующим

Рнс. 2-11. Скоростные (а) и мехапическно (6) характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения, ра­ ботающего в режиме динамического торможения

(Лд.т1 <С -йд.та < Лд.Тз).

характеристикам при включении двигателя в сеть по схеме на рнс. 2-1. В частности, при 7?д т = 0 и Ф = Ф„ они будут параллельны соответствующим естественным характеристикам.

Баланс мощностей в режиме динамического торможе­ ния, как это следует из (2-30), выражается соотношением

0 == РЭп + >

т. е. вся энергия, генерируемая электрической машиной в процессе торможения, выделяется в виде потерь, рас­ сеиваемых на сопротивлениях цепи якоря. Как и при торможении противовключением, полезного использова­ ния генерируемой энергии в этом случае нет, поэтому понятие к. и. д. для рассматриваемого режима утрачи­ вает смысл.

62

Следует отметить, что при одинаковых начальных значениях скорости и момента потери энергии в режиме динамического торможения меньше, чем в режиме тормо­ жения противовключеиием, так как в первом случае нет потребления энергии из сети. Но в отличие от режима протпвовключения динамическое торможение при сниже­ нии угловой скорости становится малоэффективным в связи со снижением тормозного момепта двигателя, как это следует из характеристик на рис. 2-11, б. С другой

= 2-4- 2,5, т. е. жесткость механических характеристик динамического торможенпя, как правило, выше жесткости соответствующих характеристик при торможении в ре­ жиме протпвовключения.

2-2. МЕХАНИЧЕСКИЕ И СКОРОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

На рис. 2-13 приведена схема включения двигателя последовательного возбуждения. Обмотка возбуждения двигателя включена последовательно с его якорем, в связи

/

63

с чем ток возбуждения, а следовательно, н поток возбужде­ ния определяются нагрузкой на валу двигателя. Для схемы рпс. 2-13 будет справедливо уравнение (2-6) с той лишь разницей, что сопротивление цепи якоря включает в себя и сопротивление обмотки возбуждения Л в, т. е.

где Ляs — Ля -Ь Лп -f- Лп.я-

Однако в отличие от двигателя с независимым возбуж­ дением в данном случае из этого уравнения нельзя полу­ чить аналитические выражения для скоростной и меха­ нической характеристик, так как поток и ток возбужде­

соответствующих уравнений для двигателя с независимым

При расчете или построении характеристик по форму­ лам (2-34) и (2-35) необходимо знать, как изменяются поток н момент при изменении тока якоря. Для этой цели используют так называемые универсальные (или обоб­ щенные) кривыё Ф* (/„*) и М* (/„*), построенные для определенной серии электрических двигателей последо­ вательного возбуждения (рис. 2-14, а). Возможность обобщения подобного рода характеристик связана с тем обстоятельством, что для электрических машин определен­ ной серии относительные величины зазоров' и степени насыщения магнитной цепи мало отличаются друг от друга. При построении характеристик на рис. 2-14, а в относительных единицах в качестве базисных величин

64

Следует отметить, что здесь пе случайно подчерки­ вается необходимость использования зависимости Ф (7,г), а не кривой намагничивания Ф (7и), так как первая из них соответствует работе машины в схеме последователь­ ного возбуждения, что позволяет автоматически учесть реакцию якоря при изменении 7Я. Кривая же Ф (7В) соот­ ветствует изменению потока от тока возбуждения при отключенном якоре двигателя.

При увеличении тока якоря увеличиваются ток воз­ буждения и момент двигателя, что в соответствии с (2-34) и (2-35а) приводит к снижению его скорости. Для полу­ чения более подробного представления о характеристиках двигателя последовательного возбуждения можно вос­ пользоваться кусочно-линейной аппроксимацией кривой намагничивания Ф (7Я). Ее начальный участок (7Я„. =sS 0,3) может быть с достаточной точностью аппроксимирован

Таким образом, при малых нагрузках, когда 1Я%sg: 0,3 и М %^ 0,15, скоростная и механическая характеристики представляют собой кривые гиперболического типа, одной из асимптот которых является ось ординат. Вторую асимп­ тоту рассматривать не имеет смысла, так как она соот­ ветствует 7Я-> оо и оо, т. е. таким величинам тока якоря и момента, которые лежат за пределами аппрок­ симации. Из (2-38) и (2-39) следует, что при 7П-> 0 и М — 0, т. е. при идеальном холостом ходе, скорость двигателя неограниченно *возрастает (со->оо). В дей­ ствительности скорость двигателя даже при идеальном холостом ходе будет конечной, так как при 7Я-> 0 имеем

ФФостНаличие остаточного потока определяет сле­

66

возникновения разноса в приводах с двигателями после­ довательного возбуждения недопустимо применение ре­ менных, клиноременных и цепных передал.

Из (2-38) и (2-39) следует, что начальные участки скоростной и механической характеристик двигателя име­ ют большую крутизну (рис. 2-15), т. е. относительно небольшим изменениям нагрузки соответствуют значи­ тельные изменения скорости. Поэтому при малых нагруз­ ках жесткость механической характеристики невелика.

Для определения значения р следует решить (2-39) от- , носптельно момента

ка.Щ

М = --------_____

(*“1“ + * яв)3 ‘

Отсюда

а2 (kaxUс)а

н(ka^ + R ^ f ‘

Из последнего выражения следует, что жесткость механической характеристики изменяется. По мере сни­ жения скорости растет модуль абсолютной жесткости характеристик.

Второй участок линейной аппроксимации характери­ стики намагничивания Ф (/„) соответствует значениям тока якоря / Я!|. > 1 ,3 и > 1,4. Для этого участка справедливы следующие соотношения:

где с = 4ov'M4i.

Используя (2-36а)- н (2-37а), можно уравнения харак­ теристик двигателя представить в виде

Из последних формул следует, что и в этом случае крутизна скоростной и механической характеристик за­ висит от нагрузки, но уже в меньшей степени, чем на начальном участке, так как а 2^ а х. При полном насы­ щении машины (а2 -> 0) уравнения характеристик двига­

68

теля последовательного возбуждения (2-38а) и (2-39а) становятся аналогичными уравнениям характеристик дви­ гателя независимого возбуждения (2-7) и (2-9). Таким образом, в зоне больших нагрузок, когда 1„.м > 1,3, M.Y> 1,4, скоростные и мехапические характеристики двигателя последовательного возбуждения близки к пря­ мым (рис. 2-15). Из последних уравнений также следует, что крутизна характеристик возрастает при увеличении сопротивления в цепи якоря двигателя.

Для определения жесткости механической характе­

Жесткость механической характеристики и в этом случае является переменной величиной, зависящей от скорости, но в отличие от начального участка механичес­ кой характеристики здесь она меняется относительно меньше и ее модуль существенно больше. При увеличении нагрузки, когда сс2 — 0, жесткость характеристик ста­ новится постоянной, так как [3 — (кФ0)2Шях-

Таким образом, механическая характеристика двига­ теля последовательного возбуждения представляет собой кривую с переменной крутизной, причем крутизна умень­ шается по мере увеличения нагрузки двигателя. В этом заключается и определенное достоинство рассматриваемого двигателя: оператор, управляющий электроприводом, име­ ет возможность по величине скорости косвеипо судпть о загрузке механизма. Кроме того, если выполнение рабочих операций осуществляется при скорости, близкой к номинальной, то выполнение вспомогательных операций в режиме холостого хода механизма (но не двигателя) автоматически происходит при повышенных значениях скорости.

На 'основании (2-34) и (2-35а) можно построить се­ мейство скоростных и механических характеристик при различных значениях Лп%и CJc. Из этого семейства харак­ теристик принято выделять естественные характеристики со (/я) и со (М ) при Uа = t/л и Т?я2 = Rn + Да, а также

69