4.5. Регулирование угловой скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения при шунтировании якоря

Для получения сравнительно жестких меха- нических характеристик при малых скоростях применяют иногда шунтирование якоря резистором R_ш при обязатель- ном включении последовательного резистора R_П, как. это показано на рис. 4.19. Резисторы R_ш и R_П представляют

Рис. 4.19. Схема шунтирования обмотки якоря двигателя постоян- ного тока независимого возбужде- ния.

собой делитель напряжения. Правда, на работу этого делителя в значительной степени влияет нагрузка двига- теля, так как потребляемый из сети ток I_п, а значит, и па- дение напряжения на последовательном резисторе RП зависят от тока якоря I_я двигателя. При таком включении двигателя используются как бы одновременно два способа регулирования угловой скорости двигателя — изменением подводимого к якорю напряжения и реостатное, поэтому и получаемые регулировочные характеристики двигателя занимают промежуточное положение между характери- стиками, свойственными указанным способам.

(4.21)

(4.22)

(4.23)

Уравнение механической характеристики двигателя в схеме, представленной на рис. 4.19, может быть полу- чено на основании следующих соотношений:

Обозначения величин, входящих в соотношения (4.21) — (4.23), приведены на рис. 4.19.

После соответствующих преобразований получим:

(4.24)

Обозначим через А отношение сопротивлений (коэффи- циент деления напряжения сети делителем R_ш + R_П при идеальном холостом ходе двигателя)

Уравнение для механической характеристики двигателя имеет вид:

Разделив левую и правую части равенства (4.24) на коэффициент с и подставив, кроме того, величину А, полу- чим уравнение электромеханической характеристики дви- ' гателя при шунтировании якоря:

(4.26)

(4.25)

Из рассмотрения последнего уравнения видно, что меха- нические характеристики двигателя в этом случае линейны. Кроме того, угловая скорость идеального холостого хода двигателя здесь будет меньше, чем при реостатном регули- ровании угловой скорости. Действительно, для М = 0 угловая скорость будет равна Аω₀, причем всегда

Снижение угловой скорости идеального холостого хода объясняется тем, что при отсутствии тока в цепи якоря приложенное к якорю напряжение не будет равно напря- жению сети U, как это имеет место при реостатном регули- ровании. В этом случае оно меньше напряжения сети на зна- чение падения напряжения в последовательном сопротив-

лении, так как в нем будет проходить ток и при отсутствии тока в якоре.

На рис. 4.20 представлена механическая характеристика двигателя при шунтировании якоря, проходящая через со₀. Там же приведены естественная и реостатная характери- стики для обычной схемы включения. Из сопоставления этих Характеристик видны преимущества рассматриваемой схемы. Действительно, получение пониженной угловой скорости ω'_с возможно ив обычной схеме путем перехода от естественной характеристики к соответствующей реостат- ной. Однако из сравнения реостатной характеристики

Рис. 4.20. Механическая харак-. Рис. 4.21. Семейство механиче-

теристика двигателя постоян- ских характеристик при неиз-

ного тока независимого нозбуж- менном сопротивлении шунти-

дения при шунтировании об- рующего резистора и различных

мотки якоря. сопротивлениях последователь-

ного резистора.

с характеристикой при Шунтировании якоря видно, что последняя является значительно бояеб жесткой и потому обеспечивающей при возможных отклонениях момента на- грузки более стабильное регулирование угловой скорости.

Жесткость механической характеристики и угловая скорость идеального холостого хода зависят от соотноше- ния сопротивлений последовательного и шунтирующего резисторов. Если изменить сопротивления этих резисторов, то можно получить другой наклон характеристики.

При неизменном шунтирующем сопротивлении рези- стора R_ш1 или R_ш.2 и различных значениях сопротивления последовательного резистора R_n получаются семейства характеристик, имеющие соответственно общие точки А и А' (рис. 4.21).

В таком случае двигатель работает в режиме динамиче- ского торможения на внешний резистор R_ш. Поскольку напряжение на якоре равно U, ток в якоре

Подставив (4.28) в (4.27) и заменив Е и U пропорцио- нальными им величинами ω и ω₀, получим значение угло- вой скорости в точке А:

ωА=ω0(Rш+RП)/Rш (4.29)

E=U+IяRя (4.27)

Iя=U/Rш (4.28)

Точка А пересечения характеристик соответствует ре- жиму, при котором сопротивление последовательного ре- зистора не будет влиять на ток якоря, т.е. когда через последовательный резистор не будет проходить ток. Это возможно лишь при вращении якоря с угловой скоростью, большей угловой скорости идеального холостого хода, а именно тогда, когда ЭДС якоря полностью уравновеши- вает приложенное напряжение сети и внутреннее падение напряжения в якоре, т. е. когда

В предельных случаях при неизменном R_ш и перемен- ных сопротивлениях резистора R_П получаются две харак- теристики, показанные на рис. 4.21 утолщенными линиями. Если R_П = 0, то напряжение, подводимое к якорю, не за- висит от сопротивления шунтирующего резистора и оста- ется неизменным при изменении тока якоря, поэтому зна- чению R_П — 0 соответствует естественная характеристика двигателя.

Если R_П= ∞, то это означает, что двигатель не полу- чает питания от сети и работает в режиме динамического торможения на внешний резистор R_ш. Характеристика при этом проходит через начало координат. Крутизна ее зависит только от сопротивлений шунтирующего рези- стора. Из сказанного ясно, что все остальные характери- стики для любых конечных значений R_n при неизменном сопротивлении резистора R_ш образуют семейство харак- теристик, лежащих в промежутке между двумя указанными. При другом значении R_ш — const и различных R_n полу- чается второе подобное семейство характеристик, показан- ное на рис. 4.21 штриховыми линиями. При этом все ха- рактеристики будут также пересекаться в одной точке А', лежащей на естественной характеристике и соответствую- щей меньшему значению R_ш =R_ш2.

Можно построить и другое семейство характеристик (рис. 4.22), соответствующих неизменному сопротивлению последовательного резистора при различных сопротивле- ниях шунтирующего резистора.

Это семейство характеристик будет иметь общую точку B₁ где сопротивление шунтирующего резистора не будет

(4,30)

оказывать влияния на ток якоря. Такое условие мо- жет быть осуществлено лишь при определенной отрицательной угловой скорости, когда

В этом случае ток не проходит через шунтиру- ющий резистор при любом

Рис. 4.22. Семейство механиче- ских характеристик при неиз- менном сопротивлении последо- вательного резистора и различ- ных сопротивлениях шунтирую- щего резистора.

значении сопротивления последнего, так как разность потенциалов между щетками якоря равна нулю. Двигатель будет потреблять ток

(4,31)

Угловую скорость в точке В₁ можно определить, под- ставив значение тока Iя в (4.30) и заменив Е и U значе- ниями ωВ1и ω₀, т. е.

(4,32)

В предельных случаях при неизменном R_П2 и перемен- ных сопротивлениях резистора R_ш получаются две харак- теристики, показанные на рис. 4.22 утолщенными линиями. Если R_ш = 0, характеристика параллельна естественной и'двигатель работает в режиме динамического торможе- ния. Характеристика при этом проходит через начало координат. Если R_ш=0 то это равносильно отключению шунтирующего резистора и, следовательно, работе дви-

гателя на реостатной характеристике с резистором R_П2. Остальные характеристики для промежуточных значений R_ш пересекаются в этой же точке и лежат между указан- ными двумя характеристиками.

При некотором другом значении R_ш1 = const и для различных R_ш получается новое семейство характеристик, показанное на рис. 4.22 штриховыми линиями. Эти харак- теристики пересекаются также в одной общей точке В₂, соответствующей увеличенному сопротивлению последо- вательного резистора R_п =R_П1.

Рассмотренный способ регулирования угловой скорости, двигателя постоянного тока независимого возбуждения посредством подключения его якоря к сети через рези- сторный делитель напряжения (шунтирование якоря) обла- дает такими же основными показателями, что и реостатное регулирование. Здесь повышенная жесткость механических характеристик несколько исправляет некоторые недостатки реостатного регулирования. Стабильность угловой ско- рости при шунтировании якоря выше, и вследствие этого больше диапазон регулирования — примерно (2-:-3) : 1 до (5-:- 6): 1 при малом отклонении момента нагрузки.

При малой мощности двигателя использование пол- зункового потенциометра позволяет получить плавное регу* лирование. Однако потери энергии при шунтировании' якоря и одинаковых о реостатным способом диапазоне регулирования и нагрузке больше. Поэтому схема с шун- тированием якоря используется в приводах сравнительно небольшой мощности. Обычно она применяется при пред- варительном снижении скорости для более точной остановки привода. Длительная работа при шунтированном якоре неэкономична вследствие относительно больших потерь энергии в резисторах.