Регулирование скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения

В соответствии с полученными во 2-ой главе (с. 28) выражениями для электромеханической

(5.23)

и механической

(5.24)

характеристик двигателя постоянного тока для управления работой двигателя возможно воздействовать на такие параметры как напряжение на якоре U_я, магнитный поток Ф и сопротивление его якорной цепи R_я.

На рис. 5.5 приведены искусственные характеристики двигателя постоянного тока. Рис. 5.5, а иллюстрирует семейство так называемых реостатных характеристик, получаемых при введении в цепь якоря добавочных сопротивлений R_д различной величины. В соответствии с принципиальной схемой в процессе регулирования изменяется суммарное сопротивление якорной цепи

. (5.25)

При этом согласно выражению (5.24) скорость идеального холостого хода (без нагрузки, М_с = 0 ) не зависит от величины введенного добавочного сопротивления

. (5.26)

Однако, как это следует из выражения (5.24), одновременно с этим наклон – жесткость механической характеристики с учетом, что

(5.27)

тем больше, чем больше величина добавочного сопротивления R_д.

Этот способ находит применение при невысоких требованиях к показателям качества регулирования скорости:

- диапазон регулирования не превышает 3: 1;

- плавность регулирования определяется характером изменения R_д – количеством ступеней реостата и, как правило, обеспечивает лишь ступенчатое регулирование скорости;

- стабильность скорости снижается по мере увеличения диапазона регулирования, поскольку с увеличением величины R_д уменьшается жесткость (увеличивается наклон) регулировочных характеристик;

- низкая экономичность регулирования скорости (большие тепловые потери электроэнергии в добавочном сопротивлении), составляющая при диапазоне регулирования 2: 1 не более 50 % и снижающаяся с увеличением диапазона регулирования.

На рис. 5.5, б приведены искусственные характеристики двигателя при изменении магнитного потока. Регулирование скорости изменением потока осуществляется только в сторону его уменьшения – ослабления магнитного поля двигателя. Уменьшение потока согласно уравнению механической характеристики (5.24) вызывает как увеличение скорости идеального холостого хода (5.26),

Рис. 5.5. Схемы включения и характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения при реостатном регулировании скорости (а), изменении магнитного потока (б),

изменении напряжения на якоре (в)

так и жесткости механической характеристики (5.22), (5.27), а, соответственно, и уменьшения момента короткого замыкания

. (5.28)

Показатели качества такого способа регулирования скорости следующие: диапазон регулирования до 3: 1 в сторону увеличения скорости относительно естественной характеристики; плавность регулирования определяется плавностью регулирования тока возбуждения; стабильность регулирования снижается при уменьшении магнитного потока; экономичность высокая, поскольку ток возбуждения относительно тока якоря невелик и регулирование не сопровождается значительными потерями мощности, а его реализация не требует существенных капитальных затрат.

Изменение напряжения, подводимого к якорю двигателя, при номинальном потоке (см. рис. 5.5, в) является в регулируемом электроприводе постоянного тока основным способом регулирования скорости. Изменения напряжения осуществляют в сторону его снижения по сравнению с номинальным значением. Как следует из (5.24), при изменении U_я пропорционально изменяется скорость идеального холостого хода ω ₀, а жесткость механических характеристик при любом уровне напряжения одинакова. Поэтому механические характеристики при U_я = var имеют вид параллельных прямых.

Реализация этого способа предусматривает питание якоря двигателя от силового электронного преобразователя (принцип действия и варианты схем которого рассмотрены в гл. 3).

При таком способе регулирования скорости диапазон регулирования определяется жесткостью естественной механической характеристики и может достигать 15: 1 в сторону уменьшения скорости относительно естественной характеристики. Этот способ обладает самыми высокими показателями по плавности и стабильности регулирования. Важным достоинством является высокая экономическая эффективность регулирования (потери энергии в тиристорах не превышают 1…2 % номинальной мощности электропривода).

Следует также отметить, что в современном автоматизированном электроприводе при необходимости расширения диапазона регулирования скорости используют два канала воздействия на электродвигатель: при регулировании скорости в сторону вниз от естественной характеристики – изменением подводимого к якорю напряжения; при регулировании скорости вверх от естественной характеристики – изменением напряжения обмотки возбуждения (изменением магнитного потока машины). При этом для реализации такого способа регулирования необходимо два тиристорных преобразователя (см. рис. 5.6), а диапазон регулирования скорости может достигать до 50: 1.

Регулирование скорости

Асинхронных двигателей

Электроприводы с трехфазными асинхронными двигателями являются самым массовым видом электропривода в промышленности и коммунальном хозяйстве. Это обусловлено, в первую очередь, простотой его конструкции, и как следствие высокой надежностью в работе и неприхотливостью в эксплуатации, а также меньшими по сравнению с двигателями постоянного тока массой и габаритными размерами.

Анализ формул для электромеханической

(5.29)

и механической

(5.30)

характеристик, приведенных в гл. 2 (с. 31) показывает, что регулирование координат может быть обеспечено изменением подводимого к статору напряжения как по величине U_s, так и по частоте f, а также с помощью добавочных резисторов и индуктивных сопротивлений в цепях статора (R_s и Х_s) и ротора (R_r и Х_r).

На рис. 5.7 приведены искусственные характеристики асинхронного двигателя для случая уменьшения напряжения на статоре (рис. 5.7, а), при введении в фазы статора добавочных активных и индуктивных сопротивлений (рис. 5.7, б), а также при введении в фазы ротора дополнительных активных сопротивлений (рис. 5.7, в). Искусственные характеристики при изменении частоты питающего напряжения при различных законах регулирования (при U_s = const, U_s/f = const и U_s/f² = const) приведены ранее в гл. 2, рис. 2.10 (с. 32).

Рис. 5.7. Схемы включения и характеристики асинхронного двигателя при уменьшении напряжения на статоре (а), введении в цепь статора активного или индуктивного сопротивлений (б),

введении в цепь ротора активного сопротивления (в)

Скорость идеального холостого хода асинхронного двигателя зависит от частоты питающего напряжения f и числа пар полюсов p

, (5.31)

а потому для всех рассмотренных на рис. 5.7 случаев регулирования остается неизменной.

Величина критического момента

(5.32)

имеет квадратичную зависимость от напряжения, находится в обратной зависимости, как от активного, так и от индуктивного сопротивлений в цепи статора и не зависит от величины активного сопротивления в цепи ротора двигателя.

Анализ рис. 5.7, а позволяет заключить, что простое изменение напряжения питания асинхронного двигателя не дает существенного эффекта по регулированию его скорости вращения. Диапазон регулирования непригодно мал, а потому такой способ регулирования скорости в настоящее время не находит практического применения.

На рис. 5.7, б приведены искусственные характеристики при включении в цепь статора добавочного активного или индуктивного сопротивления. Вид их зависит от величины этих сопротивлений, но при всех условиях момент двигателя при скорости выше нуля будет больше, чем в случае постоянного напряжения на зажимах статора, обеспечивающего пусковой момент той же величины. Кроме того, значение скорости вращения при критическом моменте также несколько увеличивается. На практике такой способ воздействия на асинхронный двигатель иногда применяется для ограничения пусковых токов и моментов, но в связи с низкими показателями качества регулирования для регулирования скорости не используется.

Введение в цепь ротора асинхронного двигателя с фазным ротором активного сопротивления (рис. 5.7, в) приводит, как и у двигателя постоянного тока, к снижению жесткости механической характеристики, но при этом в отличие от предыдущих случаев не влияет на величину критического момента. Этот факт позволяет повышать пусковой момент при одновременном существенном снижении величины тока статора (см. рис. 5.7, в). Диапазон регулирования рассматриваемого способа невелик, до 3: 1, скорость регулируется исключительно вниз от основной, потери энергии велики, однако до недавнего времени такие схемы находили широкое применение для задач уменьшения момента и тока в процессе пуска электропривода.

⇐ Предыдущая 5 6 7 8 91011 12 13 14 Следующая ⇒