Какие способы регулировки частоты вращения возможны в двигателях параллельного возбуждения

В двигателе с параллельным возбуждением п₀₂/п₀₁ = Δп₂/Δп₁ = Ф₁/Ф₂. Каждая из механических характеристик линейна и может быть построена по точке ХХ и КЗ.

Сравнивая моменты при коротком замыкании,

с уменьшением магнитного потока частота вращения при ХХ возрастает, а момент при КЗ снижается. механические характеристики, пересекаются при М_кр и частоте вращения, меньшей частоты вращения при ХХ, но большей нуля. При значениях нагрузочного момента, меньших М_кр , уменьшение потока ведет к увеличению частоты вращения. При значениях больших М_кр , уменьшение потока приводит к уменьшению частоты вращения.

Механические характеристики у двигателей с последовательным возбуждением. Магнитный поток уменьшается при включении регулировочного реостата R_p.в параллельно обмотке возбуждения ОВ, I_в = I_а R_p.в /(R_в + R_p.в )= =βI_а. При включении реостата R_p.в параллельно обмотке возбуждения требуемое распределение тока I_а между обмоткой и реостатом обеспечивается при стационарном режиме.

При отключении двигателя от сети и последующем включении в первый момент ток I_а идет по реостату R_p.в , a ток I_в мал. Это приводит к значительному возрастанию тока I_а из-за резкого уменьшения ЭДС Е, индуцированной в обмотке якоря, возникает резкий бросок тока I_а, нарушается нормальная коммутация и образовывается круговой огонь.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Регулирование скорости вращения двигателей постоянного тока независимого и параллельного возбуждения

Обратимся еще раз к основному уравнению электродвигателя U = Е + 1_яЯ_я. Выражение для ЭДС двигателя ничем не отличается от выражения для ЭДС генератора. Это и понятно: и в том и в другом случае проводники обмотки пересекают силовые линии магнитного поля. Тот факт, что якорь генератора раскручивается механической, а якорь двигателя — электромагнитной силами, с точки зрения закона электромагнитной индукции роли не играет. Поэтому Е = с_ЕпФ , и, следовательно,

Отсюда находим выражение скорости вращения двигателя:

С практической точки зрения важно представлять условия и способы регулирования скорости вращения двигателя. Выведенная формула позволяет решить эту задачу.

Прежде всего отметим, что для уменьшения потерь мощности сопротивление обмотки якоря Я_я стремятся сделать по возможности малым (в реальных машинах оно составляет сотые или тысячные доли ома). В соответствии с этим и падение напряжения в активном сопротивлении якоря /_ЯЛ_Я невелико но сравнению с напряжением сети. Поэтому в формуле скорости вращения двигателя членом /_я/?_я можно пренебречь. Тогда

Отсюда очевидно, что существует два способа плавного изменения скорости вращения двигателя в широких пределах:

• 1) изменение напряжения U, подведенного к якорю двигателя;
• 2) изменение магнитного потока возбуждения Ф (тока возбуждения / ).

На рис. 7.32 показано возможное включение регулировочных реостатов в схему двигателя. Увеличивая сопротивление R₂ при постоянном напряжении сети U, будем уменьшать напряжение, подведенное к якорю, и скорость вращения двигателя. Увеличивая сопротивление /. будем уменьшать ток возбуждения и магнитный поток возбуждения, а следовательно, увеличивать скорость вращения двигателя.

Второй способ регулирования скорости вращения двигателя предпочтительнее, так как он связан с меньшими потерями мощности: ток возбуждения в десятки раз меньше тока якоря, а потери пропорциональны квадрату тока. Однако при необходимости изменять скорость вращения двигателя в очень широких пределах одновременно используют оба способа.

Возможность плавного и экономичного регулирования скорости вращения в широких пределах является важнейшим достоинством двигателей постоянного тока.

Выражение скорости вращения двигателя показывает, что по мере уменьшения магнитного потока возбуждения скорость неограниченно возрастает. С этой точки зрения опасен обрыв цепи возбуждения двигателя, при котором магнитный поток резко уменьшается до величины потока остаточного намагничивания, а двигатель идет «вразнос». Особенно вероятен режим «разноса» у ненагруженного двигателя. Режим «разноса» является аварийным: центробежные силы деформируют обмотку якоря, якорь заклинивается, а в некоторых случаях и разрушается.

У нагруженного двигателя увеличение скорости вращения происходит не столь резко, так как уменьшение магнитного потока при постоянном моменте вращения приводит к такому увеличению тока якоря, при котором произведением /_я/?_я уже нельзя пренебрегать. Но и в этом случае обрыв цепи возбуждения может быть опасным.

Регулирование скорости вращения двигателей постоянного тока независимого и параллельного возбуждения

При постоянном напряжении питания магнитный поток возбуждения уменьшился.

§ 29.4. Регулирование частоты вращения двигателей параллельного возбуждения

Способы регулирования частоты вращения двигателей оцени­ваются следующими показателями: плавностью регулирования; диапазоном регулирования, определяемым отношением наиболь­шей частоты вращения к наименьшей; экономичностью регулиро­вания, определяемой стоимостью регулирующей аппаратуры и потерями электроэнергии в ней.

Из (29.5) следует, что регулировать частоту вращения двига­теля параллельного возбуждения можно изменением сопротивле­ния в цепи якоря, изменением основного магнитного потока Ф, изменением напряжения в цепи якоря.

Введение дополнительного сопротивления в цепь якоря. Дополнительное сопротивление (реостат ) включают в цепь яко­ря аналогично пусковому реостату (ПР). Однако в отличие от по­следнего оно должно быть рассчитано на продолжительное проте­кание тока.

При включении сопротивления в цепь якоря выражение частоты (29.5) принимает вид

, (29.12)

где — частота вращения в режиме х.х.;

—изменение частоты вращения, вызван­ное падением напряжения в цепи якоря.

С увеличением возрастает, что ведет к уменьшению час­тоты вращения. Зависимость иллюстрируется также имеханическими характеристиками двигателя параллельного воз­буждения (рис. 29.4, а): с повышением увеличивается наклон механических характеристик, а частота вращения при заданной нагрузке на валу уменьшается. Этот способ обеспечи­вает плавное регулирование частоты вращения в широком диапа­зоне (только в сторону уменьшения частоты от номинальной), од­нако он неэкономичен из-за значительных потерь электроэнергии в регулировочном реостате , которые интенсивно растут сувеличением мощности двигателя.

Изменение основного магнитного потока. Этот способ ре­гулирования в двигателе параллельного возбуждения реализуется посредством реостата в цепи обмотки возбуждения (см. рис. 29.3,а). Так, при уменьшении сопротивления реостата возрастает магнитный поток обмотки возбуждения, что сопровождается по­нижением частоты вращения [см. (29.5)]. При увеличении час­тота вращения растет. Зависимость частоты вращения от тока воз­буждения выражается регулировочной характеристикой двигателя прии.

Из выражения (29.5) следует, что с уменьшением магнитного потока Ф частота вращения увеличивается по гиперболическому закону (рис. 29.5,). Но одновременно уменьшениеФ ведет к рос­ту тока якоря . При потокеток якоря дости­гает значения , т. е. падение напряжения в цепи яко­ря достигает значения, равного половине напряжения, подведенного к якорю . В этих условиях частотавращения двигателя достигает максимума . При дальнейшем уменьшении потокачастота вращения двигателя начинаетубывать, так как из-за интенсивного роста тока второе слагаемоевыражения (29.9) нарастает быстрее первого.

При небольшом нагрузочном моменте на валу двигателя мак­симальная частота вращения во много раз превосходит номи­нальную частоту вращения двигателя и является недопусти­мой по условиям механической прочности двигателя, т. е. можетпривести к его «разносу». Учитывая это, при выборе реостата необходимо следить за тем, чтобы при полностью введенном его сопротивлении частота вращения двигателя не превысила допус­тимого значения.

Например, для двигателей серии 2П (см. § 29.9) допускается превышение частоты вращения над номинальной не более чем в 2—3 раза. Необходимо также следить за надежностью электриче­ских соединений в цепи обмотки возбуждения двигателя, так как при разрыве этой цепи магнитный поток уменьшается до значения потока остаточного магнетизма , при котором частота враще­ния может достигнуть опасного значения.

Вид регулировочных характеристик зависит от значе­ния нагрузочного момента на валу двигателя: с ростом мак­симальная частота вращения уменьшается (рис. 29.5, б).

Рис. 29.5. Регулировочные характеристики двигателя парал­лельного возбуждения

Недостаток рассмотренного способа регулирования частоты вращения состоит в том, что при изменении магнитного потока Ф меняется угол наклона механической характеристики двигателя.

Рассмотренный способ регулирования частоты вращения прост и экономичен, так как в двигателях параллельного возбуж­дения ток , а поэтому потери в регулировочном реостатеневелики.

Однако диапазон регулирования обычно составляет . Объясняется это тем, что нижний предел частоты вращения обусловлен насыщением машины, ограничивающим значение магнитного потока Ф, а верхний предел частоты опасностью «разноса» двигателя и усилением влияния реакции якоря, иска­жающее действие которого при ослаблении основною магнитного потока Ф усиливается и ведет к искрению на коллекторе или же к появлению кругового огня (см. § 27.5).

Изменение напряжения в цепи якоря. Регулирование часто­ты вращения двигателя изменением питающего напряжения при­меняется лишь при , т. е. при раздельном питании цепей обмотки якоря и обмотки возбуждения при независимом возбуж­дении.

Частота вращения в режиме х.х. пропорциональна напря­жению, а от напряжения не зависит [см. (29.1 1)], поэтому ме­ханические характеристики двигателя при изменении напряжения не меняют угла наклона к оси абсцисс, а смещаются по высоте, оставаясь параллельными друг другу (см. рис. 29.4, в). Для осуще­ствления этого способа регулирования необходимо цепь якоря двигателя подключить к источнику питания с регулируемым на­пряжением. Для управления двигателями малой и средней мощно­сти в качестве такого источника можно применить регулируемый выпрямитель, в котором напряжение постоянного тока меняется регулировочным автотрансформатором (АТ), включенным на вхо­де выпрямителя (рис. 29.6,).

Для управления двигателями большой мощности целесооб­разно применять генератор постоянного тока независимого возбу­ждения; привод осуществляется посредством приводного двигате­ля (ПД), в качестве которого обычно используют трехфазный двигатель переменного тока. Для питания постоянным током це­пей возбуждения генератора Г и двигателя Д используется возбу­дитель В — генератор постоянного тока, напряжение на выходе которого поддерживается неизменным. Описанная схема управле­ния двигателем постоянного тока (рис. 29.6, б) известна под на­званием системы «генератор — двигатель» (Г—Д).

Рис. 29.6. Схемы включения двигателей постоянного тока при регули­ровании частоты вращения изменением напряжения в цепи якоря

Изменение напряжения в цепи якоря позволяет регулировать частоту вращения двигателя вниз от номинальной, так как напря­жение свыше номинального недопустимо. При необходимости регулировать частоту вращения вверх от номинальной можно вос­пользоваться изменением тока возбуждения двигателя.

Изменение направления вращения (реверс) двигателя, рабо­тающего по системе Г—Д, осуществляется изменением направле­ния тока в цепи возбуждения генератора Г переключателем П, т. е. переменой полярности напряжения на его зажимах. Если двигатель постоянного тока работает в условиях резко переменной на­грузки, то для смягчения колебаний мощности, потребляемой ПД из трехфазной сети, на вал ПД помещают маховик М, который за­пасает энергию в период уменьшения нагрузки на двигатель Д и отдает ее в период интенсивной нагрузки двигателя.

Регулирование частоты вращения изменением напряжения в цепи якоря обеспечивает плавное экономичное регулирование в широком диапазоне . Наибольшая частота вращенияздесь ограничивается условиями коммутации, а наименьшая — условиями охлаждения двигателя (см. § 31.3).

Еще одним достоинством рассматриваемого способа регули­рования является то, что он допускает безреостатный пуск двига­теля при пониженном напряжении.

Импульсное регулирование частоты вращения. Сущность этого способа регулирования иллюстрируется схемой, изображен­ной на рис. 29.7, а. Цепь обмотки якоря двигателя параллельного (независимого) возбуждения периодически прерывается ключом К. Во время замыкания цепи якоря на время к обмотке якоря подводится напряжение и ток в ней достигает значения. Затем ключом К цепь якоря размыкают и ток в ней убывает, достигая к моменту следующего замыкания цепи значения (при размыкании ключа К ток в обмотке якоря замыкается через диод VD). При следующем замыкании ключа К ток достигает зна­чения и т. д. Таким образом, к обмотке якоря подводится не­которое среднее напряжение

, (29.13)

где Т— отрезок времени между двумя следующими друг за дру­гом импульсами напряжения (рис. 29.7, б); — коэффици­ент управления.

При этом в обмотке якоря проходит ток, среднее значение ко­торого .

При импульсном регулировании частота вращения двигателя

. (29.14)

Таким образом, импульсное регулирование частоты вращения аналогично регулированию изменением подводимого к цепи якоря напряжения. С целью уменьшения пульсаций тока в цепи якоря включена катушка индуктивности (дроссель) , а частота подачиимпульсов равна 200—400 Гц.

На рис. 29.7, в представлена одна из возможных схем им­пульсного регулирования, где в качестве ключа применен управ­ляемый диод — тиристор VS. Открывается тиристор подачей крат­ковременного импульса от генератора импульсов (ГИ) на управляющий электрод (УЭ) тиристора. Цепь , шунтирующая тиристор, служит для запирания последнего в период между двумя управляющими импульсами. Происходит это следующим образом: при открывании тиристора конденсатор С перезаряжается через контур и создает на силовых электродах тиристора напряже­ние, обратное напряжению сети, которое прекращает протекание тока через тиристор. Параметрами цепи определяется время (с) открытого состояния тиристора: . Здесь выража­ется в генри (Гн); С — в фарадах (Ф).

Рис. 29.7. Импульсное регулирование частоты вращения двига­теля постоянного тока

Значение среднего напряжения регулируется изменениемчастоты следования управляющих импульсов от генератора им­пульсов на тиристор VS.

Жесткие механические характеристики и возможность плав­ного регулирования частоты вращения в широком диапазоне оп­ределили области применения двигателей параллельного возбуж­дения в станочных приводах, вентиляторах, а также во многих других случаях регулируемого электропривода, где требуется ус­тойчивая работа при колебаниях нагрузки.