5. Способы регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока

Принцип работы ДПТ. Вмашине должно быть две основные части: первая часть – создает магнитный поток, вторая часть – в которой индуктируется ЭДС. Первая часть в машине постоянного тока неподвижна. К станине (1) крепятся штампованные полюса (2) на которых располагается обмотка возбуждения (3). Вторая часть – якорь. Якорь вращается. Представляет собой цилиндр набранный из листов электротехнической стали (4).В наружной части якоря расположены пазы, где укладываются секции обмотки (5). Каждая секция соединяется с пластинами коллектора (6).

Рис. 223

Электромагнитный момент зависит от потока и тока якоря. В генераторном режиме электромагнитный момент является тормозным. Уравнение равновесного состояния моментов запишется , где- механический момент на валу генератора,- момент хх,- электромагнитный момент. Основное уравнение движения электропривода. Установившийся процесс, когда,,, Если,,. Если,,.

Принцип регулирования частоты вращения. С точки зрения регулирования частоты вращения, двигатель постоянного тока является универсальным. Можно регулировать скорость за счет изменения сопротивления в цепи якоря, потока и подводимого напряжения. Это видно из формулы: .

Сопротивлением в цепи якоря. Уравнения токов до и после введения сопротивления

, , откуда, т. е. токи момент уменьшается () . При этоми скоростьуменьшается. С уменьшением скороститок якоря возрастает, и он достигнет исходного тока якоря, но при меньшей скорости. Регулирование частоты вращения сопротивлением в цепи якоря осуществляется в сторону уменьшения скорости.

Потоком. Ток якоря до и после изменения потока ,, их отношение. Уравнение5.1.моментов . Уменьшим поток , Ток якоря возрос, тогда, тои(возрастает).

Напряжением. Регулирование частоты вращения производится следующими способами: А) Система генератор-двигатель (Г-Д). Б) Тиристорный преобразователь-двигатель (ТП-Д). В) Широтно-импульсное регулирование.

А) Система Г-Д, рис.234. . Увеличивая ток возбуждения генератораi_вг, возрастает поток Ф_г и Е_г, а следовательно увеличивается напряжение на якоре двигателя и скорость возрастает.

Б) Тиристорный преобразователь-двигатель. Увеличивая угол управления - площадь полупериода уменьшается, уменьшается среднее значение напряжения -U_ср, а следовательно уменьшается скорость вращения.

В) Широтно-импульсное регулирование.

Рис. 236

Изменяя время импульса t_и изменяется скважность , гдеt_и - время импульса; t_п - время паузы . Среднее значение U_ср=U₀. .

6.Способы регулирования активной и реактивной мощности синхронной машины.

Способы регулирования активной и реактивной мощности синхронного генератора. Как только что видели, что если изменять возбуждение генератора, то тем самым будем изменять реактивную мощность, отдавать, либо потреблять. Регулировать активную мощность можно только изменяя механическую мощность со стороны паровой турбины, либо гидротурбины. При увеличении отдаваемой активной мощности, необходимо увеличить и механическую мощность со стороны турбины.

Пуск СД. для пуска синхронного двигателя необходимо разогнать его ротор с помощью внешнего момента до частоты вращения, близкой к синхронной. В виду отсутствия пускового момента в синхронном двигателе для пуска его используют следующие способы:1 Пуск с помощью вспомогательного двигателя ; 2Асинхронный пуск двигателя.

1.Пуск в ход синхронного двигателя с помощью вспомогательного двигателя может быть произведен только без механической нагрузки на его валу, т.е. практически вхолостую. В этом случае на период пуска двигатель временно превращается в синхронный генератор, ротор которого приводится во вращение небольшим вспомогательным двигателем до n=0,95n₁. Статор этого генератора включается параллельно в сеть с соблюдением условий этого соединения. После включения статора в сеть, с небольшой выдержкой, включают обмотку возбуждения, и двигатель втягивается в синхронизм, а вспомогательный приводной двигатель механически отключается. Этот способ пуска сложен и имеет к тому же вспомогательный двигатель.

2. синхронный двигатель на время пуска превращается в асинхронный. Для возможности образования асинхронного пускового момента в пазах полюсных наконечников явнополюсного двигателя помещается пусковая короткозамкнутая обмотка. Процесс пуска синхронного двигателя осуществляется в два этапа. При включении обмотки статора (1) в сеть в двигателе образуется вращающее поле, которое наведет в короткозамкнутой обмотке ротора (2) ЭДС. Под действием, которой будет протекать в стержнях ток. В результате взаимодействия вращающего магнитного поля с током в короткозамкнутой обмотке создается вращающий момент, как у асинхронного двигателя. За счет этого момента ротор разгоняется до скольжения близкого к нулю (S=0,05), рис. 313. На этом заканчивается первый этап. Чтобы ротор двигателя втянулся в синхронизм, необходимо создать в нем магнитное поле включением в обмотку возбуждения (3) постоянного тока (переключив ключ К в положение 1). Так как ротор разогнан до скорости близкой к синхронной, то относительная скорость поля статора и ротора небольшая. Полюса плавно будут находить друг на друга. И после ряда проскальзываний, противоположные полюса притянутся, и ротор втянется в синхронизм. После чего ротор будет вращаться с синхронной скоростью, и частота вращения его будет постоянной, рис. 313. На этом заканчивается второй этап пуска. Работа СД при недовозбужденном и перевозбужденном режимах( ib=var). Режим работы соответствует постоянству момента. при. При недовозбужденном синхронном двигателе составляющей напряжения -Е₀ соответствует ток I, который отстает от напряжения Uc на угол φ. Реактивная составляющая тока I_L будет отставать на 90⁰ от вектора напряжения Uc, т.е. этот ток чисто индуктивный. Значит, при недовозбуждении двигатель будет потреблять из сети индуктивный ток, а следовательно будет потреблять из сети и реактивную мощность.

При увеличении возбуждения величина –Е₀¹ увеличится, а ток I уменьшится до Ia=I¹ и будет минимальным. При этом режиме СД будет работать с cosφ=1 и реактивная мощность, не будет ни потребляться, ни отдаваться в сеть. При дальнейшем увеличении тока возбуждения составляющая напряжения будет равна –Е₀¹¹, а ток I¹¹ , будет опережать вектор напряжения сети на угол φ¹. Этот режим соответствует перевозбужденному режиму. Реактивная составляющая тока будет емкостной (опережает вектор Uc на 90⁰). Этот режим будет соответствовать отдаче реактивной мощности в сеть. Этот режим аналогичен включению статических емкостей в сеть.

Итак видим, что если изменять ток возбуждения iB, то величина тока статора I будет изменяться по величине и по фазе, т.е. можно регулировать cosφ. Это ценное свойство и определяет использование синхронных двигателей. Зависимости тока статора I от тока возбуждения iв, I=f(iв) называются U-образные характеристики, рис. 309. Р₂ > Р₁. Характеристики снимаются при P=const. Режим работы соответствующий току возбуждения от 0 до пунктирной линии недовозбужденный, а за пунктирной линией – перевозбужденный с отдачей реактивной энергии в сеть.