КУРС лекций Электротехника, электронное / Курс лекций. Электротехника и электроника. РАЗДЕЛ 2. Электрические машины
.pdf
188
|
|
UЯ |
|
РЭЛ |
|
|
|
Р |
|
|
Пр |
RП |
а |
|
|
|
|
|
b EЯ |
|
|
IЯ |
|
IB |
|
РМЕХ |
|
UЯ |
t |
|
|
|
ОВ |
Ф |
|
21
RВ |
Рисунок 1 – Пояснения к пуску
ДПТ с независимым возбуждением
4) По мере разгона вала двигателя реостат RП вывести до положения “b” – минимальное сопротивление.
5) Шунтовой реостат RВ вывести до положения “1”- максимальное сопротив- ление.
Пусковой реостат выводится для того, чтобы в нем не терялось напряже- ние и энергия.
Двигатели мощностью выше 0,25 кВт снабжаются пусковым реостатом.
Пусковые реостаты выполняются обычно не плавными, а ступенчатыми. Ступени (обычно 3 ÷5) в момент пуска включаются все последовательно с яко- рем. При пуске они автоматически зако- рачиваются по мере разгона двигателя. Закорачивание ступеней реостата произ- водится в функции от величины момента на валу двигателя, скорости или по вре- мени.
2.7.1.2 Реверс двигателя постоянного тока
Реверс, то есть изменение направления вращения вала двигателя, можно выполнить двумя способами:
-изменением полярности обмотки возбуждения при неизменной по-
лярности обмотки якоря, т.е. изменением направления тока в обмотке воз- буждения, а в якоре направление тока сохраняется неизменным;
-изменением полярности обмотки якоря при неизменной полярно-
сти обмотки возбуждения, т.е. изменением направления тока в обмотке якоря, а в обмотке возбуждения направление тока сохраняется неизмен- ным.
В связи с этим получаются две схемы реверса двигателя, которые рассмотрим далее.
Реверс ДПТ изменением полярности обмотки возбуждения произво- дится по схеме, показанной на рисунке 2, а.
Устанавливая переключатель П вправо в положение 1, получаем вра- щение двигателя в одну сторону. Перекидывая переключатель П влево в положение 2, получаем вращение двигателя в другую сторону.
Достоинства этой схемы заключаются в том, что аппаратура управ- ления реверсом имеет малые габариты и вес, так как ток возбуждения IВ мал и составляет не более 10% от якорного тока двигателя.
189
|
|
UЯ |
|
UЯ |
|
|
|
Р |
|
Р |
|
|
|
Пр |
|
Пр |
Ф |
|
|
ОВ |
t |
|
|
|
2 |
1 |
2 |
1 |
П |
|
|
|
|
П |
|
Ф
t 
ОВ
а |
б |
Рисунок 2 – Схемы реверса ДПТ
Недостатком данной схемы является то, что процесс реверса про- текает медленно, так как цепь возбуждения имеет большие запасы энергии в магнитном поле статора и мгновенно не может перемагнититься.
Данную схему применяют там, где не предъявляются высокие требо- вания к скорости реверса.
Схема для реверса ДПТ изменением полярности обмотки якоря при- ведена на рисунке 2,б.
Устанавливая переключатель П вверх в положение 1, получим вра- щение двигателя в одну сторону. Перекидывая переключатель П в поло- жение 2, получим вращение двигателя в другую сторону.
Достоинства этой схемы в том, что реверс происходит быстро, так как запасы энергии в магнитном поле якоря малы и якорь может о быстро перемагничиваться.
Недостаток схемы заключаются в том, что аппаратура управления реверсом здесь имеет большие габариты и по вес, так как большой ток яко- ря требует мощной коммутационной электрической цепи.
При любом способе пуска, следует учесть, что при реверсе с ходу, без предварительной остановки двигателя, ток реверса будет почти в два раза превышать пусковой ток. Это объясняется тем, что в момент пере- ключения полярности напряжения ЭДС якоря совпадает по направлению с приложенным напряжением к якорю, они складываются, что ведет к рез-
190
кому броску тока. Для снижения тока реверса ДПТ в момент реверса сле- дует включать в цепь якоря добавочное сопротивление. Обычно, в совре- менных схемах управления эта операция осуществляется автоматически.
2.7.2 Регулирование скорости вращения двигателей постоянного тока по якорю и регулирование по обмотке возбуждения
Регулирование частоты вращения ДПТ можно производить двумя способами:
-включением последовательно с якорем реостат, рассчитанный ра- боту в длительном режиме на полном токе якоря;
-изменением величины магнитного потока.
-изменением напряжения на его зажимах;
2.7.2.1Реостатное регулирование скорости вращения ДПТ по цепи
якоря
Включение реостата RP последовательно с якорем ДПТ приводит к уменьшению напряжения на зажимах двигателя. Согласно известному вы- ражению для механической характеристики ДПТ, получим
n = |
U Я |
− |
(RЯ + RP )M |
= n |
|
− n . |
(4) |
|
|
хх |
|||||
|
KEФ |
|
CM KEФ |
|
|
||
|
|
|
|
|
|||
При увеличении сопротивлении регулировочного реостата RP полу- чаем семейство механических характеристик, показанных на рисунке 3.
|
U |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
nxx |
Естественная характеристика |
|
|
|
|
|
|
IЯ |
UР |
nном |
|
RP=0 |
|
|
|
|
|
|
UЯ |
|
n |
RP1<RP2 |
|
|
|
||
|
Я |
|
|
RP2<RP3 |
|
|
|
Искусственные |
RP3<RP4 |
|
|
|
характеристики |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RP4<RP5 |
Ф |
ОВ |
|
|
RP5 |
|
|
0 |
Мном |
М |
|
а |
|
б |
|
Рисунок 3 – Схема (а) и механические характеристики (б) ДПТ с
параллельным возбуждением при реостатном регулировании
191
Из них видно, что при постоянном моменте сил сопротивления на валу двигателя скорость вращения будет тем меньше, чем больше сопро- тивление регулировочного реостата.
Так как при этом способе регулирования частоты вращения через реостат проходит весь ток двигателя I Я , то мощность, выделяемая в виде тепла в реостате PP и мощность на валу двигателя P2 , будут пропорцио- нальны напряжениям на них:
PP |
= |
I ЯUP |
= |
UP |
, |
(5) |
|
|
|
||||
P2 I ЯU Я U Я |
|
|||||
где UP - напряжение на регулировочном реостате.
Таким образом, потери энергии в регулирующем реостате будут весьма значительны, что является существенным недостатком этого спосо- ба регулирования частоты вращения. Кроме того, реостат получается очень громоздким и дорогим.
Другим недостатком, является то, что «мягкие» механические харак- теристики приводят к зависимости скорости вращения вала двигателя не только от сопротивления регулировочного реостата, но и от момента на- грузки.
2.7.2.2 Регулирование скорости вращения ДПТ изменением величины магнитного потока.
Изменение частоты вращения вала двигателя путем изменения маг- нитного потока достигается:
-включением регулировочного реостата последовательно с обмот- кой возбуждения ДПТ параллельного возбуждения, рисунок 4;
-шунтированием обмотки возбуждения ДПТ последовательного воз- буждения реостатом, рисунок 5.
В обоих случаях достигается уменьшение тока возбуждения и, сле- довательно, потока возбуждения, что вызывает увеличение числа оборотов двигателя.
Мощность реостата при этом способе получается меньшей, так как он рассчитывается либо только на ток возбуждения, либо на часть полного
тока якоря IЯ.
С ослаблением магнитного потока, обороты двигателя возрастают, но для нормальной работы ток якоря должен оставаться близким к номи- нальному значению, иначе машина выйдет из строя. Поэтому момент на валу двигателя должен снижаться пропорционально увеличению оборотов. При этом, двигатель будет отдавать нагрузке постоянную мощность, так
как она определяется произведением P = ω M = 2π |
n |
M = 0,1047 n M . |
|
||
2 |
60 |
|
|
|
192
При одновременном увеличении оборотов и снижении вращающего момента P2 = const . Поэтому регулирование скорости вращения путем ос- лабления потока часто называют – регулированием при постоянной мощ- ности.
n |
|
|
|
|
Естественная характеристика |
||
nном |
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
RP=0 |
|
|
|
RP1>RP2 |
|
|
|
RP2>RP3 |
|
|
Искусственные |
RP3>RP4 |
|
|
характеристики |
|
|
|
|
|
0 |
Мном |
|
М |
а б Рисунок 4 – Схема (а) и механические характеристики (б) регулирования
скорости вращения ДПТ параллельного возбуждения ослаблением потока возбуждения
а б 
Рисунок 5 – Схема (а) и механические характеристики (б) регулирования
скорости вращения ДПТ последовательного возбуждения ослаблением потока возбуждения
193
2.7.2.3 Регулирование скорости вращения ДПТ изменением напряжения на его зажимах
Это наиболее современный способ управления оборотами ДПТ. При этом способе, достигаются наилучшие механические характеристики. Ре- гулирование может осуществляться как вниз, так и вверх относительно номинальных оборотов. Для изменения напряжения на якоре ДПТ исполь- зуются управляемые выпрямители или широтно-импульсные преобразова- тели. Они выпускаются многими фирмами серийно в широком ассорти- менте мощностей.
Современный электропривод с регулированием скорости вращения данным способом позволяет плавно менять обороты вала двигателя в диа- пазоне 1: 2000. При этом, механические характеристики двигателя остают- ся весьма жесткими, сравнимыми с естественной характеристикой.
Коэффициент полезного действия преобразователей напряжения весьма высок, поэтому данный способ является и самым экономичным.
На рисунке 6 приведен внешний вид нескольких типов таких уст- ройств: а – тиристорный преобразователь КТУ на 460 кВт; б - преобразо- ватель КТЭМ выпускающийся на различные токи (от 220 В/10 до 930 В/12500 А); в - преобразователи фирмы TESLI типа DCS400 на мощность от 10 до 522 кВт.
а б в Рисунок 6 – Преобразователи постоянного тока для регулируемого
электропривода
Контрольные вопросы
1.Пуск двигателя постоянного тока (схема, доказать необходимость пускового реостата).
2.Реверс двигателя постоянного тока (два способа реверса: их схе- мы, достоинства и недостатки).
3.Потери и КПД машин постоянного тока, достоинства и недостат- ки двигателей постоянного тока в сравнении с асинхронными двигателями.