Материал: 1824
5.6.Регулирование частоты вращения двигателя постоянного тока
спараллельным возбуждением
Согласно уравнению (199) n U IяRя частоту вращения n можно
СеФ
регулировать:
-изменением магнитного потока Ф (т.е. тока возбуждения Iв); -введением добавочного сопротивления в якорную цепь; -изменением подводимого напряжения.
Наиболее экономичным является способ регулирования изменением магнитного потока Ф, т.е. тока в обмотке возбуждения Iв (рис. 85). С уменьшением Ф согласно уравнению (200) частота вращения возрастает по отношению к номинальной (рис. 86).
Однако верхний предел регулирования частоты вращения ограничен механической прочностью машины. Поэтому
+ |
U |
– |
I |
|
|
Iв |
Rв |
|
Е |
Iя |
Rдв |
Rя
Рис. 85. Электрическая принципиальная схема двигателя постоянного тока
спараллельным возбуждением
сдобавочным сопротивлением
вобмотке возбуждения
чтобы не допустить аварийной ситуации. Это обстоятельство является недостатком данного способа регулирования.
n |
|
n'0 |
|
n0 |
Rв+Rдв (Ф') |
Фн>Ф'
Rв (Фн)
М
Рис. 86. Графики механических характеристик двигателя при введении в цепь обмотки возбуждения добавочного сопротивления
Другой способ регулирования частоты вращения заключается в том, что добавочное сопротивление Rд включается в цепь якоря двигателя. В этом
случае получается искусственная механическая характеристика, уравнение которой имеет вид
n |
U |
|
0,105М (Rя Rд ) |
. |
(206) |
С Ф |
|
||||
и |
|
(С Ф)2 |
|
||
|
е |
|
е |
|
|
Из графиков механических характеристик, представленных на рис. 84, видно, что при одном и том же номинальном моменте большей величине добавочного сопротивления соответствует меньшая частота вращения
(n"н<n'н<nн).
n |
Недостатками |
такого |
|||
n0 |
способа |
|
регулирования |
||
Uн |
частоты |
|
|
вращения |
|
n'0 |
|
|
|||
являются: |
|
|
|||
U'<Uн |
|
|
|||
1) |
большие |
потери |
|||
n''0 |
|||||
U''<U' |
мощности |
на добавочном |
|||
|
сопротивлении; |
|
|||
М |
2) регулирование частоты |
||||
вращения ступенчатое, а не |
|||||
|
|||||
Рис. 87. Графики механических характеристик |
плавное; |
|
|
|
|
3) уменьшение жесткости |
|||||
двигателя при уменьшении |
|||||
подводимого напряжения |
механических |
|
|||
нения частоты вращения двигателя в зависимости от нагрузки на валу; 4) процесс регулирования идет только в сторону уменьшения частоты
вращения относительно номинальной.
Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения U возможно только путем снижения его величины. Из графиков механических характеристик, представленных на рис. 87, видно, что при уменьшении подводимого напряжения механическая характеристика смещается вниз.
5.7.Характеристики двигателя постоянного тока
споследовательным возбуждением
+ |
U |
– |
I Е Iя=Iв Rв
Rя
Рис. 88. Электрическая принципиальная схема двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением
Электрическая принципиальная схема двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением изображена на рис. 88.
Обмотка возбуждения такого двигателя выполняется толстым проводом с малым числом витков.
При подаче напряжения к двигателю по цепи якоря и
буждения протекает ток. Так как обмотка якоря соединена последовательно с обмоткой возбуждения, то
I=Iя=Iв. (207)
В отличие от двигателей с параллельным возбуждением магнитный поток двигателя с последовательным возбуждением зависит от тока якоря.
Зависимость магнитного потока Ф от тока в обмотке возбуждения является нелинейной (рис. 89).
Для двигателя с последовательным возбуждением
Iя=Iв. (208)
Поэтому магнитный поток Ф является некоторой функцией тока якоря Iя. Характер этой функции изменяется в зависимости от нагрузки на валу двигателя.
Двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением рассчитаны на работу с номинальной нагрузкой в насыщенной области характеристики намагничивания.
Двигатели, работающие в ненасыщенной области характеристики, имеют повышенные габариты.
Так как обмотка якоря
Ф
Фн
Iн Iв
Рис. 89. Зависимость магнитного потока от тока в обмотке возбуждения
n
Iя
Рис. 90. График скоростной характеристики двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением
следовательно с обмоткой возбуждения, то уравнение электрического состояния двигателя будет иметь вид
U=E+Iя(Rя+Rв). (209)
Из уравнения (192) с учетом (209)
n |
U Iя (Rя Rв ) |
. |
(210) |
|
|||
|
СеФ |
|
|
Это уравнение является уравнением скоростной характеристики двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением.
На рис. 90 показан график скоростной характеристики n=f3(Iя).
В отличие от двигателя с параллельным возбуждением у двигателя с последовательным возбуждением магнитный поток не является величиной постоянной.
Из уравнения (188)
I |
я |
|
М |
. |
(211) |
|
|||||
|
|
СМФ |
|
||
Произведем подстановку из уравнений (211) и (203) в уравнение (210):
n |
U |
|
0,105М (Rя Rв ) |
. |
(212) |
СеФ |
|
||||
|
|
(СеФ)2 |
|
||
Уравнение (212) является уравнением механической характеристики двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением. На рис. 91 представлен график этой характеристики.
n
М
Рис. 91 График механической характеристики двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением
Из графика видно, что механическая характеристика двигателя с последовательным возбуждением является «мягкой». При малых нагрузках частота вращения n резко возрастает (двигатель идет «вразнос»). Поэтому эти двигатели без нагрузки на валу включать нельзя.
Несмотря на этот недостаток, такие двигатели применяются в электроприводах с тяжелыми условиями пуска, работающих при
пределах. В этом случае выбирается режим работы, при котором величина магнитного потока близка к значению насыщения.
+
U 
–
Rд
ЕIя=Iв
Rя
Rв
Рис. 92. Электрическая принципиальная схема двигателя постоянного тока
споследовательным возбуждением
сдобавочным сопротивлением
Пусковой ток
Iп |
|
|
U |
, |
(213) |
R |
я |
R |
|||
|
|
в |
|
|
несмотря на включенную последовательно с обмоткой якоря обмотку возбуждения, достигает весьма больших значений.
Для ограничения Iп в цепь якоря и обмотки возбуждения на время пуска вводят пусковое сопротивление Rп (рис. 92), при этом пусковой ток уменьшается до
ной
Iп |
|
|
U |
|
. |
(214) |
R |
я |
R |
R |
|||
|
|
в |
п |
|
||
По мере разгона двигателя пусковое сопротивление ступенчато уменьшают. Графики механических характеристик двигателя при введении в цепь якоря и обмотки возбуждения добавочных сопротивлений
представлены на рис. 93. |
|
|
|
||||
Для |
|
построения |
n |
||||
искусственных |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|||
механических |
|
|
|
|
|
||
характеристик двигателя с |
|
|
|
||||
последовательным |
|
|
|
||||
возбуждением |
пользуются |
Rд=0 |
|||||
универсальными |
|
|
|
|
|||
характеристиками n=f4(I) и |
Rд1>0 |
||||||
M=f5(I), которые даются |
|
|
|
||||
заводом-изготовителем на |
|
|
|
||||
основании |
|
|
опытных |
Rд2> Rд1 |
|||
данных |
для |
серии |
|||||
|
|
М |
|||||
|
|
||||||
выпускаемых |
двигателей. |
Мн |
|
|
|||
|
|||||||
За 100% |
в |
|
графиках |
Рис. 93. Графики механических характеристик |
|||
данных |
характеристик |
||||||
двигателя при введении в цепь якоря и обмотки |
|||||||
взяты |
номинальные |
возбуждения добавочных сопротивлений |
|||||
5.8. Регулирование частоты вращения двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением
Как и в двигателях с параллельным возбуждением, в двигателях с последовательным возбуждением применяется три способа регулирования частоты вращения:
-введением добавочного сопротивления в цепь якоря и обмотки возбуждения;
-изменением магнитного потока Ф; -изменением подводимого напряжения.
При введении добавочных сопротивлений в цепь якоря и обмотки возбуждения (см. рис. 92) получаются искусственные механические характеристики. При одном и том же моменте большему значению добавочного сопротивления соответствует меньшее значение частоты вращения (см. рис. 93).