8.Регулирование скорости дпт нв и пв.

Рег-ние скорости ДПТ независимого возбуждения шунтированием якоря

Введение добавочного сопр-ния в цепь якоря ДНВ позволяет снизить его скорость. При этом мех-кие хар-ки становятся мягкими. В ряде случаев, особенно для обеспечения точной остановки рабочего механизма, необходимо предварительное снижение скорости электропривода и работа на хар-ке с малой крутизной. При невысоких требованиях к точности и плавности рег-ния этого можно достичь шунт-нием якоря. Рег-ние скорости двигателя в схемах с шунт-нием осущ-ется с помощью делителей напряжения – потенциометров. При таком включении двигателя используются как бы одновременно два способа регулирования скорости – изменением подводимого к якорю напряжения и реостатное. В случае двигателей небольшой мощности потенциометр может быть выполнен в виде реостата со скользящими контактами, путем перемещения которого напряжение на якоре двигателя можно изменять от 0 до U=U_Н.Уравнение механической характеристики двигателя при данном способе регулирования можно получить, если воспользоваться уравнениями равновесия ЭДС и токов. Уравнение механической хар-ки

.

Крутизна этой характеристики больше естественной, но меньше искусственной с тем же R_п, но без шунтирования.

У

меньшение₀ на хар-ке с шунт-нием происходит за счет понижения напряжения, приложенного к якорю Д. Якорь Д оказывается включенным на часть Д напряже­ния, образованного сопротивлением R_ш и R_п.

Для выявления влияния величин R_ш и R_п на вид хар-к, одно из этих сопр-ний будем полагать неизмененным, а другое изменять от 0 до  и наоборот. При изменении R_ш от 0 до бесконечности и R_п = const ₀ изменяется от _0ном до 0. При R_ш = 0 . Это выр-ние представляет собой электромех-кую хар-ку динамического торможения при замыкании якоря накоротко.

При R_ш =  и R_п = const . Это уравнение электромех-кой характеристики в нормальной схеме включения с добавочным сопротивлением R_п в цепи якоря.

В

этой точке сопр-ниеR_ш не оказывает влияния на режим работы схемы, ибо напр-е на зажимах якоря в ней равно 0, т.е. U_я=E+I_я·R_я=0. ЭДС Д, работающего в генераторном режиме, равна падению напр-я на R_я. Независимо от R_ш ток в шунтирующем сопр-нии равен 0, т.к. напр-е на R_ш = 0. В этом случае ток идет только через якорь и сопротивление R_п. Сопротивление R_я не оказывает ника­кого влияния на этот ток, т.к. напряже­ние на якоре U_я=0. Поэтому рассматриваемая точка является общей для всего семейства хар-к.

ур-ние электро­мех-кой хар-ки(R_п=0 и R_ш=const )

При R_п= и R_ш=const Д можно рассматривать как отключенный от сети и работающий в режиме динам-кого торможения на сопр-ние R_ш. Ур-ние хар-ки, на которой он работает

.

При изменении R_п от 0 до  все возможные хар-ки будут лежать внутри угла, образованного естественной хар-кой при R_п=0 и хар-кой, соответствующей R_п= (см. график).

Плавность рег-ния при небольшой мощности Д, позволяющей использовать ползунковый реостат, достаточно высокая. Однако, с возрастанием мощности Д эта возм-сть исключается и рег-ние приходится осуществлять переключением ступеней регулировочных сопр-ний R_ш и R_п с помощью силовой коммутационной аппаратуры. Т.к. при рег-нии этим способом поток Ф Д остается постоянным (Ф=Ф_н), допустимая нагрузка без учета изменения условий охлаждения постоянна и равна М=М_доп=М_н=const.

КПД в схеме с шунтированием меньше, чем просто при реостатном рег-нии, т.к. ток, потребляемый из сети этом случае больше на величину тока в шунтирующем сопр-нии, а значит, больше и потребляемая из сети мощность.Это обстоятельство ограничивает применение данной схемы двигателями малой мощности (реже средней) при кратковременном снижении скорости. Диапазон регулирования  не превышает (45):1.

Рег-ние скорости ДПТ посл-ного возб-ния при посл-тельно-парал-ном включении

Подобный способ регулирования осуществим в том случае, если производственный механизм приводится в движение одновременно несколькими (обычно двумя) двигателями. Применение двух двигателей половинной мощности вместо одного возможного или из-за необходимости уменьшения момента инерции, или по условиям большей надежности работы, или по условиям удобства размещения двух двигателей меньших габаритов вместо одного большого. Такой привод находит применение для мощных разливочных кранов, в транспортных устройствах, в доменных подъемниках, мощных ножницах для резки металла и ряде других механизмов. В таких механизмах два двигателя одинаковой мощности работают на один общий вал.

П

ри последовательном включении (см. схему) на каждый из двигателей приходится половина напряжения сети. Когда двигатели переключаются на параллельную работу, каждый из них будет включен на полное напряжение сети, на которое и должны выбираться двигатели.

Таким образом получается две ступени регулирования без добавочной бесполезной траты энергии. При снижении скорости вдвое роль добавочного сопротивления играет второй двигатель, полезно использующий энергию. Для получения промежуточных ступеней регулирования, в цепь якорей может быть введено добавочное сопротивление, как показано на схемах пунктиром. В целях полного использования двигателей регулирование может производиться при М_с = const (без учета ухудшения условий охлаждения).

Рег-ние скорости ДПТ последовательного возбуждения в схемах с шунтированием

Для маломощных ДПВ может использоваться как и для ДНВ потенциометрическая схема рег-ния напряжения, приложенного к силовой цепи Д, позволяющая рег-вать его скорость. Возможны четыре основных варианта схем с шунтированием обмоток двигателя:

1. Схема с шунтированием двигателя.

2. Схема с шунтированием якоря.

3. Схема с шунтированием обмотки возбуждения.

4. Схема с параллельным включением обмотки якоря и обмотки возбуждения.

Во всех этих схемах в неразветвленной части обязательно должно быть последовательно включенное сопротивление R_п.

Снижение угловой скорости в схеме 1 вызывается падением напряжения на сопротивлении R_п, в результате чего на двигателе напряжение меньше, чем подводимое из сети напряжение. Энергетические показатели этой схемы хуже чем обычной схемы с последовательным сопротивлением в цепи якоря. Поэтому она не находит широкого применения.

Н

аличие сопротивления, шунтирующего только обмотку якоря в схеме2, создает возможность протекания тока по обмотке возбуждения при I_я=0. Поэтому здесь возможен режим идеального холостого хода. Эта схема позволяет осуществлять регулирование угловой скорости одновременно за счет снижения напряжения, подводимого к якорю, изменения магнитного потока, который изменяется из-за изменения тока в обмотке возбуждения, т.к. он равен сумме I_я+I_ш, и реостатное путем изменения R_п.

Скорость двигателя регулируется обычно ступенчато вниз от основной в широких пределах, которые зависят от соотношения сопротивлений R_ш и R_п, от насыщения машины и нагрева обмотки возбуждения.

С уменьшением I_я ток возбуждения I_в тоже уменьшается, а  растет. При  = ₀ ЭДС якоря станет равной падению напряжения в сопротивлении R_ш, создаваемому током, протекающим по этому сопротивлению, обмотке возбуждения и R_п. Это будет режим идеального холостого хода. При  > ₀ двигатель переходит в генераторный режим и совместно с сетью начинает питать шунтирующий контур (R_я и R_ш), отчего ток в нем увеличивается. Поступающая с вала механическая энергия преобразуется в электрическую и совместно с энергией, потребляемой из сети, теряется в сопротивлениях R_я и R_ш. Увеличение тока в контуре R_я - R_ш увеличивает падение напряжения на R_ш, что приводит к уменьшению потока Ф, т.к. будет уменьшаться ток I_в, т.е. ток, потребляемый из сети. При

I_в0, следовательно, Ф  0 и   .

В связи с этим электромех-кая хар-ка двигателя =f(I_я) асимптотически приближается к линии, параллельной оси ординат и соответствующей току (см. график.)

Т

.к. при этомФ0, момент двигателя (тормозной) вначале (пока машина насыщена и Ф изменяется мало) возрастает, достигает максимума при некоторой скорости, а затем, когда Ф резко умень­шается М, начинает уменьшаться и при    стремится к 0.

Семейства электромеханических и механиче­ских характеристик для случая R_ш= const и R_п= var выглядят так, как изображено на следующих рисунках.

В

идно, что мак­симальный момент в тормозном режиме с возрастаниемR_п умень­шается, а соответствую­щая ему скорость уве­личивается. При R_п= двигатель оказывается отключенным от сети и момента не развивает.

Семейство характеристик при R_п= const и R_ш= var представлено на следующих рисунках.

П

ри измененииR_ш все электромех-кие и мех-кие хар-ки пре­се­каются в одной точке, для которой ток в R_ш=0. В этой точке падение на­пряжения в якоре урав­новешивается его ЭДС. Эта точка опр-тся пересечением рео­статной характеристики, соответствующей какому-нибудь значению R_п при R_ш=0, и характеристики динамического торможения при независимом возбуждении и R_ш=0. В этом случае напряжение на якоре равно 0 и характеристика представляет прямую, проходящую через начало координат.

Уменьшение величины R_ш сдвигает характеристики влево и вниз. Максимальный тормозной момент (у механических характеристик) в тормозном режиме увеличивается и уменьшается скорость, при которой М достигает максимума.

Рег-ние скорости ДПВ шунтир-нием якоря не экон-чно. Потери мощности и значение КПД в этой схеме такие же, как и в случае шунт-ния якоря ДНВ. Поэтому эта схема применима для рег-ния  при отн-но непродол-ной работе в зоне низких скоростей.

Поскольку в этой схеме в двигательном режиме I_вI_я, в качестве критерия допустимой нагрузки при постоянной теплоотдаче приходится принимать номинальный ток обмотки возбуждения, т.е. I_доп=I_вн=I_н, что обеспечивает регулирование при Ф=Ф_н, но требует по мере снижения  уменьшения момента М_допМ_н таким образом, чтобы выполнялось условие I_я.доп =I_н - I_ш.

Регулирование скорости ДНВ изменением магнитного потока

Этот способ рег-ния  применим для всех ДПТ, но наибольшее применение он получил для ДНВ. Он является одним из наиболее простых и экономичных способов, т.к. мощность, потребляемая обмоткой возбуждения, составляет (23)% от мощности Д. Поэтому этот способ широко используется в разомкнутых системах ЭП, получающих питание от сети пост. тока с U= const, в замкнутых системах ГД и ТП-Д с двухзонным рег-нием скорости, а также в системах ИТ-Д, замкнутых по цепи возбуждения Д отрицательной обратной связью по скорости.

Т

ок возбуждения, а значит, и поток могут изменяться только в сторону уменьшения по сравнению с номинальными значениями, т.к. даже кратковременное увеличение тока возбуждения оказывается малоэффективным, ибо приI_в=I_вн магнитная цепь двигателя насыщена. Следовательно, рег-ние  возможно лишь за счет ослабления потока в сторону увеличения скорости. В случае двигателей небольшой мощности (и, как правило, в разомкнутых системах) ток возбуждения рег-тся путем введения в цепь возбуждения добавочного сопр-ния, а в Д большой мощности – изменением подводимого к обмотке возбуждения напряжения от тиристорных возбудителей.

Статические механические хар-ки Д при рег-нии потока изображены на следующем рис.

Точки пересечения хар-тик, соот­в-щих ослабленному потоку с естественной хар-кой по мере уменьшения Ф пе­ре­мещаются в сторону меньших моментов (нагрузок). При реальных пределах ослабления Ф и при нагрузках, не превышающих существенно номи­нальную, скорость Д при ослаблении Ф увеличивается.

Большинство ДНВ допускает увеличение  за счет ослабления Ф не больше, чем на (1020)% сверх ₀. Д, специально сконструированные для широкого рег-ния скорости, т.е. рассчитанные на глубокие ослабления Ф,позволяют повысить скорость в 3 – 5, а в ряде случаев и в 8 – 10 раз сверх ₀ при номинальном потоке. Пределы изменения скорости сверху ограничены механической прочностью якоря и условиями коммутации.

Допустимая нагрузка на валу двигателя найдется из условия, согласно которому ток I_я при рег-нии  остается постоянным и равным I_н, т.е.

,

где Р_ЭМ.Н – номинальная электромагнитная мощность двигателя.

Допустимая мощность на валу двигателя

Р_доп=М_доп· =Р_ЭМ.НОМ = const.

Таким образом, при данном способе рег-ния скорости допустимый момент Д изменяется по гиперболическому закону, а допустимая мощность остается постоянной. Поэтому рег-ние скорости ДНВ ослаблением потока для полного использования Д по нагреву должно осуществляться при постоянной мощности нагрузки.

На приведенном ниже рисунке изображены зависимости М_доп=f() и P_доп=f() в диапазоне изменения скорости ДНВ, обеспечиваемом реостатным рег-нием, регулированием подводимого к якорю и регулированием ослаблением Ф.

П

ервые два способа обеспечивают рег-­ние в пределах от0 до _н при постоянном моменте, а мощность изменяется по линейному закону. При ослаблении потока рег-ние охватывает зону >_н и осуществляется при Р=Р_н=const, а М_доп изменя­ется обратно пропорционально скорости.

Полному испол-нию Д при работе с ослабленным потоком отвечают точки, лежащие на гиперболической кривой стат-ого момента М_с (см. предыдущий график). При работе со скоростями, соответствующим нагрузкам левее кривой М_с Д будет перегружен, а правее – напротив, недогружен.

При М_с=const и длительной нагрузке Д нужно выбирать так, чтобы при наибольшей угловой скорости ток в якорной цепи был примерно равен номинальному. При меньших скоростях приходится в этом случае мириться с недогрузкой двигателя, т.к. ток в якоре становится меньше номинального вследствие возрастания потока.

Рег-ние скорости изменением Ф обеспечивает большую плавность. Простота, экономичность данного способа и благоприятные рег-чные хар-ки определяют его широкое применение. Для механизмов, момент сопр-ния которых при рег-нии скорости изменяется так, что мощность остается примерно постоянной, ослабление Ф ДНВ является лучшим способом рег-ния скорости.