Регулирование скорости двигателей постоянного тока

Регулирование скорости двигателей постоянного тока осуществляют также более сложными схемами включения дополнительных резисторов, чем в схемах на рис. 4.2, в частности схемой шунтирования якоря, приведенной на рис. 4.4,а для двигателя независимого возбуждения, которая находит применение для двигателей небольшой мощности. Соответствующие этой схеме механические характеристики показаны на рис. 4.4,6. В крайних положениях ползунка потенциометра двигатель будет иметь естественную характеристику и параллельную ей характеристику динамического торможения. В любом среднем положении ползунка потенциометра при известных Rm и /?п искусственные характеристики строятся по двум точкам: точке холостого хода (Л1=0) определяемой падением напряжения на Rm при /я=0, и точке рассчитываемой при м=0, когда ЭДС £=0. Диапазон регулирования в такой схеме составляет D=(4-s—5) : 1.
При шунтировании якоря двигателей последовательного возбуждения возможно использование двух схем включения резисторов, которые приведены в табл. 4.1 вместе с соответствующими характеристиками. Расчет характеристик в таких схемах проводят методами теории цепей с использованием универсальных характеристик рис. 2.16.
Схемы используются для приводов подъема кранов, загрузочных устройств печей. Их достоинство состоит в возможности получения низких устойчивых скоростей при малых нагрузках и низких посадочных скоростей при отключении двигателя от сети. Последнее достигается в схеме 2, которая называется схемой безопасного спуска и применяется для крановых механизмов, связанных с разливкой стали в металлургических цехах. Эта схема позволяет плавно опустить поднятый с жидким металлом ковш при случайных исчезновениях напряжения питающей сети, так как в этой схеме возможно самовозбуждение машины, при котором на валу ее возникает тормозной момент.
Регулирование скорости двигателей постоянного тока изменением потока возбуждения нашло широкое распространение в промышленных электроприводах. В двигателях независимого возбуждения регулирование скорости достигается недорогой ценой, так как осуществляется оно в цепях обмоток возбуждения, мощность которых составляет 2—5% мощности двигателя. Регулирование потока можно производить вниз от номинального значения, лежащего в области колена кривой намагничивания (см. рис. 2.6), так как увеличение тока сверх номинального вследствие насыщения вызывает малые приращения магнитного потока и недопустимые превышения температуры обмотки возбуждения. Согласно (2.10) и (2.11) уменьшение потока обеспечивает регулирование скорости вверх от основной, определяемой естественной характеристикой.
Практическое применение нашли два способа изменения тока возбуждения: реостатом в цепи обмотки возбуждения ОВ (рис. 4.5,а) и изменением напряжения отдельного источника t/B, питающего обмотку возбуждения ОВ (рис. 4.5,6). Таким источником может быть любой источник постоянного тока, приведенный в табл. 2.1, кроме нерегулируемой сети постоянного тока. Механические и электромеханические характеристики двигателей независимого возбуждения при регулировании потока приведены на рис. 4.6. Ток короткого замыкания не зависит от возбуждения (/k=const), а момент короткого замыкания Мк при снижении потока уменьшается.
Заводами выпускаются Специальные двигатели, в паспорте которых указывается допустимая степень ослабления потока, поскольку ограничена максимальная скорость двигателей по условиям коммутации и механической прочности якоря. Следует отметить, что с ростом скорости выше номинальной допустимое значение тока якоря снижается в соответствии с рис. 4.7,а вследствие увеличения реактивной ЭДС в секциях якоря при возрастании скорости, что обусловливает ухудшение условий коммутации. Поскольку М=/гФ1, при регулировании скорости изменением потока из-за необходимости ограничения тока якоря ограничены и значения допустимых моментов нагрузки на валу двигателя. Значение длительно допустимой нагрузки на валу двигателя должно удовлетворять условию.
Графически это можно представить в виде гиперболы. Диапазон регулирования скорости изменением потока возбуждения достигает D=8 :1; однако стабильность поддержания скорости на регулировочных характеристиках невысока, так как их жесткость с ростом диапазона регулирования снижается.
В двигателях последовательного возбуждения регулирование потока осуществляется шунтированием обмотки возбуждения. Схема и характеристики представлены на рис. 4.8. С изменением Rm, т. е. с ослаблением потока при нагрузках, близких к номинальной, скорость несколько возрастает, но вследствие снижения жесткости характеристик диапазон регулирования невелик. Этот способ не получил широкого распространения.
Регулирование скорости двигателей постоянного тока изменением напряжения питания якоря применяется для машин независимого возбуждения в системах преобразователь— двигатель (рис. 4.9,а). В качестве преобразователей, питающих якорь двигателя, используются устройства, приведенные в табл. 2.1. Особенности регулирования скорости в системах преобразователь — двигатель следующие.
Согласно (2.10) и (2.11) при неизменных магнитном потоке и сопротивлении якорной цепи для одного и того же тока якоря статический перепад скорости.
Это значит, что, изменяя скорость идеального холостого хода изменением ЭДС преобразователя соо=£п/&Ф, можно получить семейство регулировочных характеристик в виде параллельных прямых (рис. 4.9,6).
Жесткость характеристик в системе преобразователь — двигатель меньше жесткости естественной характеристики, так как в сопротивление Ra якорной цепи входит соизмеримое с сопротивлением якоря двигателя RH>д сопротивление преобразователя.
При этом возможный диапазон регулирования для двигателей средней мощности составляет D=10:l.
Поскольку увеличение ЭДС преобразователя выше номинального напряжения двигателя недопустимо, регулирование скорости изменением напряжения питания якоря осуществляется вниз от основной скорости. Но система преобразователь — двигатель допускает двух-зонное регулирование скорости: вниз от основной — изменением ЭДС преобразователя и вверх от основной—изменением потока возбуждения двигателя. При этом диапазон регулирования расширяется. Плавность регулирования высокая, может быть близкой к единице. Этот способ регулирования экономичен, поскольку регулирование осуществляется в маломощных цепях управления преобразователей. Однако капитальные затраты значительны, так как мощность преобразователей соизмерима с мощностью двигателей, и для покрытия потерь при преобразовании энергии она принимается на 15—20% больше мощности двигателей.
Система преобразователь — двигатель в настоящее время наиболее широко распространена для регулирования скорости электроприводов ответственных механизмов. В ЭТУ к ним относятся приводы перемещения электродов дуговых печей и печей переплава, конвейеров и рольгангов печей сопротивления, механизмов установок непрерывной разливки стали и т. д.