Personalcam.ru

Авто Аксессуары
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электрические машины — Регулирование частоты вращения

Электрические машины — Регулирование частоты вращения

6.7.3. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока

Согласно (6.8), регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока можно осуществлять путем изменения потока Ф, введения дополнительного сопротивления в цепь якоря и изменения напряжения сети . В двигателях параллельного возбуждения наиболее просто осуществляется регулирование изменением потока, реализуемого с помощью реостата в цепи возбуждения. При увеличении сопротивления поток Ф уменьшается и частота вращения растет. На рис. 6.43 представлены механические характеристики двигателя параллельного возбуждения при трех значениях потока. Таким способом регулируют частоту вращения в пределах , . Верхний уровень частот ограничивается условиями коммутации. Кроме того, при глубоком уменьшении потока возбуждения усиливается размагничивающее действие реакции якоря, жесткость механической характеристики растет, и падающая характеристика при номинальном потоке может стать возрастающей при ослабленном потоке, что приведет к нарушению устойчивой работы двигателя.
Регулирование частоты вращения двигателя путем введения в цепь якоря дополнительного сопротивления позволяет изменять частоту вращения вниз от номинальной в широких пределах (рис. 6.44). Но этот способ не экономичен. Полезная мощность двигателя при постоянном моменте пропорциональна частоте вращения (без учета потерь в якоре):
,
а потребляемая из сети мощность от частоты вращения не зависит,
.
Поэтому КПД двигателя пропорционален частоте вращения якоря,

.
Кроме того, при введении дополнительного сопротивления жесткость механической характеристики двигателя снижается, что может привести к ухудшению работы приводного механизма.
Более совершенным способом регулирования частоты вращения вниз является регулирование путем изменения подводимого к двигателю напряжения. На рис. 6.45 представлены механические характеристики двигателя параллельного возбуждения для трех значений напряжений. Жесткость механических характеристик практически не меняется, поэтому таким способом можно регулировать частоту вращения от номинальной до нуля.
Этот способ по существу сходен с частотным регулированием угловой скорости в машинах переменного тока, так как закон изменения напряжения и частоты тока в якоре близок к при постоянном потоке Ф:
.
В качестве источников регулируемого напряжения используются генератор постоянного тока (рис. 6.41, а) либо полупроводниковый выпрямитель (рис. 6.41, б). Схема с полупроводниковым выпрямителем обладает более высоким быстродействием по сравнению со схемой генератор-двигатель, но уступает по перегрузочной способности. Кроме того, работа полупроводникового преобразователя ухудшает качество электрической энергии сети переменного тока из-за генерации высших гармоник напряжения и тока.
Рассмотренные способы регулирования частоты вращения двигателей параллельного возбуждения применяются и в двигателях смешанного возбуждения.

Регулирование частоты вращения двигателей последовательного возбуждения осуществляется путем изменения тока в последовательной обмотке или напряжения якоря U с помощью шунтирующих реостатов (рис. 6.46).
При шунтировании обмотки возбуждения ток уменьшается и частота вращения якоря растет, а при шунтировании якоря напряжение якоря уменьшается, поэтому частота вращения падает (рис. 6.47).
Регулирование частоты вращения вверх осуществляется практически при постоянном КПД
.
Верхний уровень частоты вращения ограничивается условиями коммутации.
Регулирование частоты вращения вниз может осуществляться вплоть до нуля, однако КПД этого способа снижается пропорционально напряжению якоря и частоте вращения:
,
где — частота вращения якоря при .
Таким образом, этот способ регулирования так же, как и реостатный способ регулирования частоты вращения двигателя с параллельным возбуждением, является неэкономичным. Он используется лишь в случае двигателей малой мощности.

Читайте так же:
Как регулировать холостой ход на бензопиле макита

Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением – схема работы

Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением – это электродвигатель, у которого обмотки якоря и возбуждения подключаются друг к другу параллельно. Часто по своей функциональности он превосходит агрегаты смешанного и последовательного типов в случаях, если необходимо задать постоянную скорость работы.

Характеристики двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

Формула общего тока, идущего от источника, выводится согласно первому закону Кирхгофа и имеет вид: I = Iя + Iв, где Iя — ток якоря, Iв – ток возбуждения, а I – ток, который двигатель потребляет от сети. Следует отметить, что при этом Iв не зависит от Iя, т.е. ток возбуждения не зависит от нагрузки. Величина тока в обмотке возбуждения меньше тока якоря и составляет примерно 2-5% от сетевого тока.

В целом, данные электродвигатели отличаются следующими весьма полезными тяговыми параметрами:

  • Высокая экономичность (поскольку ток якоря не проходит через обмотку возбуждения).
  • Устойчивость и непрерывность рабочего цикла при колебаниях нагрузки в широких пределах (т.к. величина момента сохраняется даже в случае изменения числа оборотов вала).

При недостаточном моменте пуск осуществляется посредством перехода на смешанный тип возбуждения.

Сферы применения двигателя

Поскольку частота вращения подобных двигателей остается почти постоянной даже при изменении нагрузки, а также может изменяться при помощи регулировочного реостата, они широко применяются в работе с:

  • вентиляторами;
  • насосами;
  • шахтными подъемниками;
  • подвесными электрическими дорогами;
  • станками (токарными, металлорежущими, ткацкими, печатными, листоправильными и пр.).

Таким образом, этот вид двигателей в основном используется с механизмами, требующими постоянства скорости вращения или ее широкой регулировки.

Регулирование частоты вращения

Регулирование скорости – это целенаправленное изменение скорости электродвигателя в принудительном порядке при помощи специальных устройств или приспособлений. Оно позволяет обеспечить оптимальный режим работы механизма, его рациональное использование, а также уменьшить расход энергии.

Существует три основных способа регулирования скорости двигателя:

  1. Изменение магнитного потока главных полюсов. Осуществляется при помощи регулировочного реостата: при увеличении его сопротивления магнитный поток главных полюсов и ток возбуждения Iв уменьшаются. При этом увеличивается число оборотов якоря на холостом ходу, а также угол наклона механической характеристики. Жесткость механических характеристик сохраняется. Однако увеличение скорости может привести к механическим повреждениям агрегата и к ухудшению коммутации, поэтому не рекомендуется увеличивать частоту вращения этим методом более чем в два раза.
  2. Изменение сопротивления цепи якоря. К якорю последовательно подключается регулировочный реостат. Скорость вращения якоря уменьшается при увеличении сопротивления реостата, а наклон механических характеристик увеличивается. Регулировка скорости вышеуказанным способом:
  • способствует уменьшению частоты вращения относительно естественной характеристики;
  • связана с большой величиной потерь в регулировочном реостате, следовательно, неэкономична.
  1. Безреостатное изменение подаваемого на якорь напряжения. В этом случае необходимо наличие отдельного источника питания с регулируемым напряжением, например, генератора или управляемого вентиля.
Читайте так же:
Регулировка зажигания мотоцикла урал пошаговая инструкция

Двигатель с независимым возбуждением

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения как раз и реализует третий принцип регулирования скорости. Его отличие в том, что обмотка возбуждения и магнитное поле главных полюсов подключаются к разным источникам. Ток возбуждения является неизменной характеристикой, а магнитное поле меняется. При этом изменяется число оборотов вала на холостом ходу, жесткость характеристики остается прежней.

Таким образом, принцип работы дпт с независимым возбуждением является достаточно сложным вследствие независимой работы двух источников, тем не менее, его главное преимущество – большая экономичность.

Пуск, торможение и регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока

Пуск двигателей постоянного тока осуществляется с помощью специального пускового сопротивления, включенного в цепь якоря. Сопротивление пускового реостата подбирается так, чтобы пусковой ток был не более 200— 250% номинального и чтобы за период пуска двигателя реостат не перегревался. В процессе пуска величина сопротивления реостата постепенно уменьшается до 0. При данном способе пуска часть энергии расходуется па нагрев реостата.

Применяется и другой, более совершенный и экономичный способ — плавное повышение напряжения па зажимах двигателя. Этот способ возможен при наличии управляемого преобразователя.

Оба эти способа могут применяться и для регулирования частоты вращения двигателей.

Широкое распространение в электроприводе рудничных машин получил способ регулирования частоты вращения двигателя независимого возбуждения путем изменения величины напряжения, подводимого к зажимам якоря. Питание якоря осуществляется от индивидуального, регулируемого источника постоянного тока: машинного генератора (система генератор — двигатель, Г—Д), тиристного преобразователя (система управляемый кремниевый выпрямитель — двигатель, КУВ — Д) и др.

Схема простейшей системы Г — Д и ее характеристики приведены на рис. 8.2.

Приводной двигатель ПД (синхронный или асинхронный) вращает с постоянной частотой якори генератора Г и возбудителя 5. От возбудителя В питаются обмотки возбуждения двигателя ОВД и генератора ОВГ. Генератор подает напряжение непосредственно на якорь двигателя Д, который приводит в движение машину РМ.

Регулирование частоты вращения двигателя Д производится за счет изменения величины напряжения на зажимах якоря. Изменение величины напряжения достигается изменением величины магнитного потока генератора Г с помощью реостата R1. С помощью переключателя П возможно изменение направления магнитного потока возбуждения генератора Г, а значит полярности подаваемого на двигатель напряжения. Так достигается реверсирование двигателя Д.

Известно, что при изменении величины напряжения 2 можно получить любое количество искусственных характеристик двигателя Д, т. е. регулировать частоту вращения его в широких пределах.

Изменяя величину сопротивления R2 в обмотке возбуждения двигателя, получаем изменение величины магнитного потока Ф двигателя. В этом случае характеристики располагаются выше естественной характерна тики двигателя, т. е. частота вращения двигателя регулируется и в сторону увеличения ее но сравнению с номинальной.

Читайте так же:
Как отрегулировать карбюратор на 4 тактном мопеде

Система Г — Д и ее варианты применяются для привода подъемных машин, экскаваторов, прокатных станов и др. Не недостатки: высокая первоначальная стоимость, относительно низкий к. п. д. и громоздкость.

Для привода горных машин получила применение система КУВ — Д. В этой системе источником питания двигателя служит кремниевый управляемый вентиль — тиристор. Изменение напряжения на зажимах якоря осуществляется путем изменения времени открывания тиристора.

На схеме (рис. 8.3, а) изображены двигатель постоянного тока Д с обмоткой независимого возбуждения ОВД, трансформатор Тр, группа тиристоров Т, блок управления ими БУ. График изменения средней величины напряжения ил на зажимах двигателя приведен на рис. 8.3, б.

Регулирование напряжения на зажимах якоря осуществляется путем изменения продолжительности пребывания тиристоров Т в закрытом состоянии t. Сигнал на открытие тиристора в проводящем направлении подается регулируемым блоком управления БУ.

При включении трансформатора Тр напряжение подается на аноды тиристоров. Когда на анод поступает отрицательная полуволна напряжения, тиристор закрыт. Во время подачи положительное полуволны тиристор будет закрыт еще некоторое время, пока с блока БУ не поступит сигнала на открывание его.

С момента подачи сигнала тиристор будет пропускать ток в течение времени 2, а затем снова закроется. Так будет происходить каждую положительную полуволну.

Изменение продолжительности нахождения тиристоров в открытом состоянии вызывает изменение среднего значения выпрямленного напряжения 1 л, подаваемого на зажимы якоря, благодаря чему возможно плавное регулирование частоты вращения электродвигателя.

Так как тиристоры имеют малые габариты и массу при большой мощности, высокий к. п. д., большой срок службы, в них отсутствуют движущиеся и нормально искрящие части, они получают все большее применение в электроприводе рудничных машин. Так, например, система КУВ — Д уже нашла применение в приводе горных комбайнов.

Регулировка момента двигателя постоянного тока

Название: Машины постоянного тока (Кислицын А. Л.)

Жанр: Энергетический

Просмотров: 1113

10. принципы регулирования частоты вращения двигателей

Способы регулирования частоты вращения. Частота вращения двигателя постоянного тока определяется по формуле

где и0 = и/сеФ -частота вращения при холостом ходе;

Ап = + К-доб)1(с*Ф) -снижениечастоты, обусловленное суммарным

падением напряжения во всех сопротивлениях, включенных в цепь якоря двигателя.

Следовательно, её можно регулировать тремя способами:

включением добавочного реостата Rdo6 в цепь обмотки якоря;

изменением магнитного потока Ф;

3) изменением питающего напряжения U.

Включение реостата в цепь якоря. При включении добавочного реостата в цепь якоря частота вращения с ростом нагрузки уменьшается более резко, чем при работе двигателя без реостата. Это справедливо как для двигателя параллельного возбуждения, так и для двигателя последовательного возбуждения. Особенно наглядно это видно, если сравнить естественные и искусственные характеристики на рис. 9.3, а и рис. 9.5, а.

Читайте так же:
Регулировка развала задних колес на туксоне

Очевидно, что данный способ позволяет только уменьшать частоту вращения (по сравнению с частотой при естественной характеристике). Иногда существенным является то обстоятельство, что при включении в цепь якоря значительного сопротивления характеристики двигателя становятся крутопадающими (мягкими), вследствие чего небольшие изменения нагрузочного момента приводят к большим изменениям частоты вращения. Данный способ регулирования скорости требует сравнительно простого оборудования и поэтому часто применяется при пуске двигателя. Изменение магнитного потока. Чтобы изменить магнитный поток, необходимо регулировать ток возбуждения двигателя. У двигателей параллельного и смешанного возбуждения для изменения магнитного потока в цепь обмотки параллельного возбуждения указанных двигателей включают регулировочный реостат (рис. 9.2, а и 9.6, а). Каждому сопротивлению реостата соответствует определённый ток возбуждения, магнитный поток и механическая характеристика, описываемая уравнением

сф Сф сФ с с ф2

На рис. 10.1 показаны построенные по уравнению (10.2) зависимости скоростей от магнитного потока п-/(Ф) при различных, постоянных по величине моментах двигателя. Как видно, если двигатель нагружен, то при уменьшении магнитного потока, т. е. при меньших значениях тока возбуждения, скорость сначала возрастает, а затем, достигнув максимального значения, уменьшается. При этом с увеличением нагрузки максимальное значение скорости снижается. Регулирование скорости производится в области, где с уменьшением магнитного потока скорость возрастает.

Механические характеристики двигателя параллельного возбуждения при различных магнитных потоках остаются прямолинейными (рис. 10.2). Меньшим магнитным потокам соответствует большая скорость холостого хода и при постоянном моменте статического сопротивления больший перепад скорости. По мере снижения магнитного потока жёсткость механических характеристик несколько уменьшается.

Из-за относительно большой индуктивности обмотки ток возбуждения и магнитный поток при изменении сопротивления изменяются в течение

некоторого времени. Поэтому переход с одной механической характеристики на другую при регулировании скорости происходит при изменяющейся скорости в соответствии с так называемыми динамическими характеристиками, одна из которых — 3 показана штриховой линией на рис. 10.2. Аналогичные рассуждения справедливы и для мягких характеристик двигателя последовательного возбуждения.

Динамическая характеристика может быть построена в результате расчёта переходного процесса Если установившиеся значения магнитных потоков, соответствующие двум характеристикам, отличаются значительно, то при переходе с одной характеристики на другую могут возникать недопустимо большой ток и момент двигателя. Более подробно переходной процесс при уменьшении магнитного потока в двигателях параллельного возбуждения рассмотрен в § 13 .

В двигателях последовательного возбуждения изменить магнитный поток можно тремя способами

шунтированием обмотки возбуждения реостатом Rpje ;

секционированием обмотки возбуждения;

шунтированием обмотки якоря. Включение реостата Крл, шунтирующего обмотку возбуждения (рис. 10.3), а также уменьшение сопротивления этого реостата ведёт к уменьшению тока возбуждения 1в = !а-

следовательно, к росту частоты вращения. Для оценки этого способа регулирования существует понятие о ко-эффициенте регулирования

Читайте так же:
Прибор для контроля регулировки и силы света фар опк

Обычно сопротивление реостата Rpje принимается таким, чтобы kpje >50%.

При секционировании обмотки возбуждения происходит отключение части витков. Это уменьшает суммарную индукцию катушки и в результате приводит к уменьшению магнитного потока, что сопровождается ростом частоты вращения.

Рис. 10.3. Включение регулировочного реостата в двигателе с последовательным возбуждением

При шунтировании обмотки якоря реостатом увеличивается ток обмотки возбуждения, что вызывает уменьшение частоты вращения. Этот способ регулирования хотя и обеспечивает глубокую регулировку, является очень неэкономичным и применяется весьма редко. Изменение нитаюшего напряжения на зажимах якоря. Данный способ регулирования может быть применён при питании двигателя от специального источника электрической энергии с регулируемым напряжением. В двигателе последовательного возбуждения для регулирования частоты вращения путём изменения питающего напряжения в цепь его якоря включают регулировочный реостат. С увеличением сопротивления этого реостата уменьшается напряжение на входе двигателя и уменьшается его частота вращения. Этот метод регулирования применяется главным образом в двигателях

небольшой мощности. В случае значительной мощности двигателя этот способ является неэкономичным из-за больших потерь энергии в реостате.

Кроме того, реостат, рассчитываемый на рабочий ток двигателя, получается громоздким и дорогостоящим. При совместной работе нескольких однотипных двигателей регулировка частоты вращения этим способом осуществляется изменением схемы включения двигателей относительно друг друга. Так, при параллельном включении двигатели оказываются под полным напряжением сети, а при последовательном на каждый из них приходится лишь часть напряжения сети. Такой способ регулирования применяется в электровозах, где устанавливается несколько однотипных тяговых двигателей.

Как видно из (10.2), при изменении питающего напряжения от Uх до U2 пропорционально изменению напряжения изменяется только частота вращения при холостом ходе

а уменьшение частоты вращения, обусловленное воздействием нагрузки, при М„ = const остается неизменным

В связи с этим скоростные характеристики п = f(Ia) и механические характеристики п = f(M) двигателя с параллельным возбуждением представляют собой семейство параллельных прямых 7,2 и 5 (рис. 10.4, а).

Скоростные и механические характеристики двигателя с последовательным возбуждением строят аналогично (рис. 10.4, б).

Регулирование частоты вращения двигателя путём изменения напряжения на зажимах якоря обычно ведут «вниз», т. е. уменьшают напряжение и частоту вращения по сравнению с номинальными.

Рис. 10.4. Скоростные и механические характеристики двигателей при регулировании частоты вращения путём изменения напряжения на зажимах якоря

Изменение нанравлення вращения. Чтобы изменить направление вращения двигателя, необходимо изменить направление электромагнитного момента М, действующего на якорь. Как следует из формулы М

смФ1а, это можно осуществить двумя способами: путём изменения направления тока 1а в обмотке якоря или изменения направления магнитного потока Ф, т. е. тока возбуждения. Для этого переключают провода, подводящие ток к обмотке якоря или обмотке возбуждения.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector