Регулювання швидкості двигунів постійного струму

3.1. Регулювання кутової швидкості двигунів постійного

Струму незалежного збудження

Н а схемі рис.3.1. якір двигуна і його обмотка збудження жив-ляться від різних джерел – перетворювачів змінного струму у пос-тійний. Способи регулювання швидкості визначають за електроме-ханічною чи механіч-ною характеристика-ми.

Рівняння електромеханічної ха-рактеристики отримують на під-ставі умови рівноваги напруг в колі якоря:

Рис.3.1. Схема включення двигуна

, (3.1)

де – ЕРС, яка наводиться в обмотці якоря; – сумар-ний опір якорного кола; – магнітний потік; – коефіцієнт, який залежить від конструктивних даних двигуна.

З (3.1) знаходимо

, (3.2)

де – коефіцієнт передачі двигуна. Підставивши в (3.2) , одержимо рівняння механічної характеристики

. (3.3)

Якщо в (3.2) або в (3.3) підставити номінальні значення напруги і магнітного потоку або номінальне значення , то одержимо рівня-ння натуральних електромеханічної чи механічної характеристик. Натуральна електромеханічна характеристика побудована за рівня-нням

, (3.4)

д е , є прямою лінією.

Аналіз способів регулювання шви-дкості проводять на підставі рівняння електромеханічної характеристики. З (3.2) слідує, що регулювати швид-кість можна:

• додатковим опором в колі яко-

ря;

• зміною напруги живлення яко-

ря;

• з

  Рис.3.2. Електромеханічні характе-

  ристики: а – натуральна, б – реос-татні

  міною магнітного потоку (струму збудження).

Регулювання швидкості вклю-ченням додаткового опору в коло якоря є неекономічним, бо кори-сна потужність за умови зменшується пропорційно швидкості . Різниця між потужністю, яку споживає двигун , і корисною потужністю витрачає-ться на нагрівання додаткового опору . Тому включення додаткового опору є оправданим лише при пуску двигу-на з метою обмеження пускового струму величиною .

В схемі пуску двигуна додатковий опір скла-дається із трьох секцій. Його величину вибирають з умови обмежен-ня пускового струму значенням (рис.3.2).

В момент пуску (замикається ключ , рис.3.3) і двигун почне розганятися. ЕРС в обмотці почне збільшуватись, що призве-де до зменшення струму. Коли він зменшиться до , замикається ключ , практично миттєво струм збільшиться до і двигун п родовжуватиме розгін по ха-рактеристиці . У точці 4 ключ закоротить опір , струм знову збільшиться до і процес розгону продовжуватиметься, як показано стрілками на рис.3.2., до точки 8 натуральної характер-р

Рис.3.3. Схема пуску двигуна

истики. У цій точці насту-пить усталений режим, бо .

Регулювання швидкості зміною напруги живлення здійснюють вниз від номінальної, бо напруга не може перевищувати номінальну. Рівняння електромеханічних характеристик при різних напругах будуть такими:

;

. (3.5)

З (3.5) слідує, що спади швидкості не залежать від напруги. Тому характеристики при різних напругах будуть паралельними до натура-льної характеристики (рис.3.4).

Д

Рис.3.4. Електромеханічні характерис-тики при різних напругах на якорі

ля двигунів з незалежною вентиляцією (з вбудованим асин-хронним приводом вентилятора) номінальний струм (момент) не залежить від напруги. Тому регу-лювання швидкості напругою від-

бувається при сталому моменті . При цьому спожи-вана і корисна потужності зменшуються.

Зниження швидкості самовентильованих двигунів погіршує їх охолодження. Тому величина номінального струму буде зменшува-тись, що необхідно враховувати при виборі потужності двигунів.

Оскільки втрати потужності в колі якоря незначні, то регулювання швидкості є економічним. Але при визначенні економічності роботи електропривода необхідно врахувати і втрати потужності у джерелі живлення, в якості якого використовують керовані випрямлячі і випрямлячі з широтно-імпульсним регулюванням напруги.

Регулювання швидкості зміною магнітного потоку (струму збудження) здійснюють вверх від номінальної швидкості. Оскільки потужність, яку споживає обмотка збудження складає 1,2-2,5% потужності двигуна, то малою буде і потужність джерела її живлення, в якості якого використовують керовані випрямлячі (рис.3.5). Тому таке регулювання є простим і економічним.

Рівняння електромеханічної характеристики

(3.6)

п оказує, що при зменшенні магнітного потоку збільшуються швид-кість ідеального холостого ходу і спад швидкості .

Побудовані за рівнянням (3.6) електроме-ханічні характеристики мають загальну точ-ку при , якій відповідає струм коротко-го замикання .

О

Рис.3.5. Схема живлення двигуна при регулюванні струму збудження

скільки допустиме навантаження двигу-на при визначає струм якоря, то по-тужність двигуна при зміні струму збуджен-ня буде сталою і рів-ною номінальній, що необхідно враховувати при виборі потужності двигуна для виробни-чого механізму.

Підставивши в (3.6) , одержимо рівняння механічної характеристики у виді

, (3.7)

яке показує, що швидкості ідеального холостого ходу електромеха-нічних і механічних характеристик однакові, а моменти короткого замикання будуть різними, бо (рис.3.6,б).

При цьому точки усталених режимів роботи на регулювальних ха-рактеристиках будуть розташовуватись на гіперболічній кривій.

а

б

Рис.3.6. Електромеханічні (а) і механічні (б) характеристики при зміні магнітного потоку

При зменшенні струму збудження жорсткість характеристик зменшується. Щоби забезпечити необхідну жорсткість регулюваль-них характеристик, застосовують системи автоматичної стабілізації швидкості на базі використання керованих випрямлячів або імпу-льсного параметричного регулювання струму збудження, коли до-датковий опір в колі обмотки збудження періодично шунтується (закорочується) електронним ключем зі змінною тривалістю (елект-ронний ключ з широтно-імпульсним керуванням).