Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрический привод. Электрический привод постоянного тока. Часть 2. Учебное пособие
.pdf
21
Для исключения перегрева обмотки возбуждения ток возбуждения и
0
ω U/(к Ф)
ω
ω0
ПК
M=к Ф I
магнитный поток не должны превышать номинальное значение, поэтому регулирование магнитного потока осуществляется только путем его ослабления
за счет уменьшения тока, протекающего по обмотке возбуждения двигателя.
На рис. 6 показана схема электропривода, обеспечивающая регулиро-
вание магнитного потока двигателя постоянного тока независимого возбуждения. В цепь обмотки возбуждения вводится добавочный резистор R
доб
, ко-
торый может быть шунтирован контактором К.
Согласно формуле (17) скорость идеального холостого хода обратно
пропорциональна потоку
. Перепад скорости
в соответствии
с уравнением (18) также обратно пропорционален потоку.
Ток IK характеризует короткое замыкание якорной цепи неподвижного
двигателя (
). Он не зависит от величины магнитного потока и определя-
ется только сопротивлением якоря [3]. При этом пусковой момент прямо
пропорционален потоку.
. (41)
При уменьшении потока величина пускового момента также уменьшается.
1.3.4. Регулирование скорости двигателей постоянного тока
независимого возбуждения шунтированием обмотки якоря
Шунтирование обмотки якоря применяется для получения механиче-
ских характеристик двигателя со скоростью идеального холостого хода
меньшей, чем при питании от сети. В данной системе электропривода (рис. 7)
обмотка якоря двигателя подключается на пониженное напряжение, снимаемое с делителя напряжения, составленного из резисторов Rп и Rш. Механические характеристики электропривода показаны на рис. 7, б. Этот способ регулирования скорости электропривода характеризуется большими потерями
энергии и является неэкономичным.
22
Я
R
П
R
овд
+
-
U
н
+
U
вн
-
R
Ш
0
М
1
М-
0
ШП
Ш
0Ш0
RRR
Ш
R/U
П
R/U
M=0
а
б
Рис. 7. Шунтирование обмотки якоря:
а - схема включения; б - механические характеристики двигателя
1.4. Тормозные режимы двигателей постоянного тока независимого
возбуждения
Электрическая машина постоянного тока, как и другие электромеханические преобразователи энергии, может работать в двух режимах: двигательном, преобразуя подведенную электрическую энергию в механическую, и
тормозном (генераторном режиме), преобразуя подведенную механическую
энергию в электрическую. При отключении работающего двигателя от питающей сети вращающий момент
, но якорь за счет кинетической энергии
вращающихся масс электропривода некоторое время будет продолжать вращение, т.е. произойдет выбег двигателя. Чтобы уменьшить время выбега, при
необходимости быстрой остановки производственных механизмов, двигатель
постоянного тока переводят в тормозной (генераторный) режим [3,7], в кото-
23
ром электропривод будет развивать тормозной момент. На некоторых механизмах, например, при разматывании стальной полосы, проволоки и др.,
электропривод должен создавать тормозной момент в рабочих режимах.
а б в
Рис. 8. Тормозные режимы двигателя постоянного тока независимого
возбуждения: а - рекуперативный; б - динамическое торможение;
в - противовключение
Механические характеристики электрической машины можно изобразить в четырех квадрантах прямоугольной (декартовой) системы координат.
Скорость двигателя при выбранном одном направлении вращения принимается положительной, при другом направлении вращения – отрицательной.
В двигательном режиме момент машины положителный, в тормозном – отрицательный. На плоскости механических характеристик (М,) двигательному режиму работы соответствуют 1-й и 3-й квадранты, тормозным режимам соответствуют 2-й и 4-й квадранты этой плоскости.
Тормозные режимы различаются по своим энергетическим и механическим характеристикам.
Режим рекуперации энергии в сеть (рекуперативного торможения)
является генераторным режимом, при котором двигатель работает параллельно с сетью. В этом режиме схема подключения двигателя к питающей
сети остается такой же, как и при двигательном режиме работы (рис. 8, а),
эдс якоря Е не меняет своего направления и действует встречно напряжению
питающей сети. Переход машины из двигательного режима в режим рекуперации происходит в том случае, если на вал двигателя со стороны механизма
будет воздействовать момент не препятствующий, а способствующий дви-
24
жению. Поскольку частота вращения якоря под действием внешних механи-
0
UE
0
ческих сил превышает частоту вращения холостого хода
превышает напряжение питающей сети (
). Ток якоря I и электромаг-
, эдс машины
нитный момент M меняют свое направление на противоположное. Электромагнитный момент двигателя M становится тормозным. Он противодействует внешнему вращающему моменту, который создается внешними силами,
обеспечивающими повышенную скорость вращения якоря. Машина постоянного тока переходит в генераторный режим и отдает вырабатываемую при
этом энергию в сеть. Механическая характеристика двигателя (рис. 9) располагается во втором квадранте координатной плоскости с осями координат
«момент-скорость».
Процесс перехода из двигательного режима в режим рекуперативного
торможения может происходить плавно при постепенном возрастании скорости двигателя под действием внешних сил. Процесс торможения продолжа-
ется до тех пор, пока частота вращения якоря не уменьшится до значения
.
Режим рекуперативного торможения реализуется в системах регулируемого вентильного электропривода с помощью преобразователя, работающего в инверторном режиме, при этом электрическая энергия возвращается в
сеть переменного тока, что обеспечивает энергосбережение. Такой способ
торможения применяется на механизмах циклического действия, например, в
грузоподъемных установках при опускании груза на высокой скорости, а
также в системах электропривода с двухзонным регулированием скорости
при усилении магнитного потока.
На рис. 9 в четвертом квадранте пунктирной линией 2 показана механическая характеристика двигателя с независимым возбуждением в режиме
рекуперации энергии, которая используется в системах электропривода с активным статическим моментом, в частности при опускании грузов на высокой скорости.
25
0
М
с
М
1
0
2
1
М-
0
2
ЯT
R +R
ЯT
E
I=-
R +R
Рис. 9. Механические характеристики двигателя с независимым
возбуждением в режиме рекуперации энергии
Режим электродинамического торможения является генераторным
режимом, при котором двигатель работает независимо от сети, он реализуется путем отключения двигателя от сети и замыкания обмотки якоря на резистор RT, при этом обмотка возбуждения остается включенной в сеть. За счет
действия кинетической энергии движущихся масс двигатель продолжает
вращаться, в обмотке якоря наводится эдс, по цепи якоря протекает ток, и
двигатель развивает тормозной момент.
Вырабатываемая электрическая энергия преобразуется в тепловую
энергию, которая рассеивается на суммарном сопротивлении цепи якоря
. В режиме динамического торможения вплоть до остановки двигателя
эдс якоря Е не меняет своего направления, так как скорость двигателя не меняет знак. Поскольку внешнее напряжение на якоре равно нулю U=0, ток
якоря I, создаваемый наведенной эдс, изменит свое направление (станет отрицательным)
. (42)
26
Электромагнитный момент также изменит направление и станет тормо-
a
Я T1
R +R
2
T
2
T
RR
Я
R
зящим. На рис. 10 показаны характеристики динамического торможения.
Рис. 10. Характеристики динамического торможения двигателя
независимого возбуждения
Из точки a на естественной характеристике 1 двигатель при неизмен-
ных оборотах перешел в точку
на характеристике 2 динамического тор-
можения и тормозится до нулевой скорости (точка 0 в начале координат).
При реактивном статическом моменте в точке 0 процесс торможения закончится. При активном статическом моменте двигатель изменит направление
вращения и будет работать в режиме динамического торможения в точке с
(рис. 10). Такие механические характеристики реализуются в системах электропривода грузоподъемных механизмов при опускании грузов на низкой
скорости.
Наклон механической характеристики определяется величиной суммарного сопротивления цепи якоря
. При уменьшении тормозного
сопротивления в цепи якоря (
) наклон механической характеристики
уменьшится. Если при динамическом торможении якорь двигателя замкнут
накоротко и сопротивление в цепи якоря равно
, наклон механической ха-
рактеристики динамического торможения соответствует наклону естественной механической характеристики двигательного режима.
27
Торможение противовключением является генераторным режимом,
0
М
с
М
1
2
0
ЯT
-U-E
I=
R +R
при котором двигатель работает последовательно с сетью (рис. 8, в), его реализуют, изменяя полярность напряжения на клеммах обмотки якоря -U.
а б
Рис. 12. Механическая характеристика торможения противовключением
двигателя независимого возбуждения: а - при изменении полярности
питающего напряжения; б - при активном статическом моменте
Полярность напряжения на клеммах обмотки возбуждения должна
остаться прежней. Якорь двигателя за счет инерции сохраняет прежнее (принятое за положительное) направление вращения. Эдс Е не меняет своего
направления и действует согласно напряжению питания -U. При этом ток
якоря изменяет направление, становится отрицательным, он равен
. (43)
Электромагнитный момент становится отрицательным (тормозящим).
Частота вращения якоря уменьшается и достигает нулевого значения. Если в
28
этот момент (точка b на рис. 12, а) цепь якоря не отключить от сети, то произойдет реверсирование (изменение направления вращения) двигателя. Момент, который прежде был тормозным, при изменении направления вращения становится движущим. Якорь начинает вращаться в противоположную
сторону, машина работает в двигательном режиме с отрицательными значениями частоты и вращающего момента [3]. При активном статическом моменте режим противовключения двигателя постоянного тока независимого
возбуждения можно получить без изменения полярности питающего напряжения на обмотке якоря, осуществив введение большого добавочного сопротивления в цепь якоря. В установившемся режиме двигатель будет работать в
режиме противовключения в 4-м квадранте (рис. 12).
2. РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА
НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ В СИСТЕМЕ «УПРАВЛЯЕМЫЙ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ – ДВИГАТЕЛЬ»
2.1. Регулирование скорости двигателя постоянного тока независимого
возбуждения в системе «управляемый преобразователь – двигатель»
Системы «управляемый преобразователь – двигатель» (УП-Д) находят
широкое применение в регулируемых электроприводах. Наиболее распространенными являются трехфазные тиристорные мостовые преобразователи,
которые выполняются на базе силовых полупроводниковых тиристоров.
Схемы управления тиристорами преобразователя построены по фазовому
принципу, когда изменяется угол отпирания тиристора , называемый углом
управления. Импульсы подаются системой импульсно-фазового управления
(СИФУ) на управляющий электрод тиристора и открывают его. Закрывание
тиристора происходит при изменении полярности напряжения на силовых
электродах «анод-катод». Системы УП-Д, построенные на базе тиристоров,
обозначают ТП-Д.
29
Трехфазные мостовые преобразователи отличаются от однофазных и
d
I
-
-
-
-
-
ДР
Д
T
OB
трехфазных, выполненных по нулевой схеме выпрямления, лучшим использованием тиристоров по напряжению и току, а также более высоким коэффициентом мощности. При меньшей амплитуде и более высокой частоте пульсаций выпрямленного напряжения Ud требуется реактор с существенно
меньшей индуктивностью [5].
В зависимости от режимов работы электропривода в системе ТП-Д мо-
гут использоваться нереверсивные и реверсивные тиристорные преобразователи. Реверсивный мостовой преобразователь (рис. 12) содержит два комплекта тиристорных мостов, включенных встречно-параллельно, нереверсивный мостовой преобразователь - один комплект на базе шести тиристоров.
Рис. 12. Схема силовой части систем ТП-Д с реверсивным мо-
стовым преобразователем
На рис. 13 представлен трехфазный мостовой инвертор и временные
диаграммы токов и напряжений. Будем полагать, что выпрямленный ток
идеально сглажен.
30
Ud
Id
A
B
C
VS 1
VS 2VS 6VS 4
VS 5VS 3
a
t
Ua, Ub, Uc
t
t
Ud
Ua
Ub
Uc
5
1
3
5
6
2
4
6
Ivs1
Ivs2
Ivs6
Ivs5
I
T2
Ivs4 Ivs6
Id
Ud
t
Id
Ivs
Ivs3
б
Рис. 13. Трехфазный мостовой инвертор:
а - схема включения; б - временные диаграммы напряжений и токов
с учетом явления коммутации
Управляющие импульсы подаются на тиристоры с отставанием на
угол , который задается системой управления инвертора относительно
моментов времени, соответствующих точкам естественной коммутации
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]