Схемы шунтирования якоря двигателя постоянного тока с независимым возбуждением
Потенциометрическая схема регулирования скорости двигателей с независимым возбуждением приведена на рис.8.4,а. При двигателе небольшой мощности потенциометр может быть выполнен в виде реостата с подвижным контактом, путем перемещения которого подведенное к двигателю напряжение можно изменять от 0 до Uя=Uном. Электромеханическая и механическая характеристики двигателя в этой схеме могут быть получены по аналогии с системой УП-Д, если рассматривать потенциометр как источник регулируемого напряжения с внутренней ЭДС, равной напряжению холостого хода:
и внутренним сопротивлением
Подставив (8.13) и (8.14) в (6.6), получим уравнения характеристик в потенциометрической схеме в следующем виде:
Из (8 16) следует, что при перемещении движка потенциометра скорость идеального холостого хода уменьшается пропорционально aш, а модуль жесткости статической характеристики
является переменной, зависящей от aш При aш=0 и aш=1 жесткость bш равна жесткости естественной характеристики двигателя р при питании его от бесконечно мощной сети. При промежуточных значениях aш модуль жесткости bm<b, причем его минимум может быть определен обычным путем. Продифференцировав знаменатель (8.17) по aш и приравняв производную нулю, нетрудно определить значение aш=0,5, при котором bш имеет минимум:
Полученный результат позволяет построить механические характеристики двигателя в потенциометрической схеме (рис.8.4,б).
Рассматривая (8.18), можно установить, что минимальная жесткость механической характеристики в потенциометрической схеме по модулю тем больше, чем меньше сопротивление потенциометра Rп, т.
Для маломощных двигателей с последовательным возбуждением применима потенциометрическая схема регулирования напряжения, приложенного к силовой цепи двигателя, аналогичная рассмотренной на рис.8.4,а. Механические характеристики в этой схеме подобны характеристикам двигателя с последовательным возбуждением при различных напряжениях, но с увеличенным и изменяющимся от характеристики к характеристике суммарным сопротивлением якорной цепи.
Более благоприятная форма регулировочных механических характеристик получается в схеме шунтирования якоря, представленной на рис.8.6,а. В этой схеме сопротивление шунтирует только обмотку якоря двигателя, а обмотка возбуждения включается последовательно в цепь добавочного сопротивления Rдоб.
Как следствие, по сравнению с потенциометрической схемой здесь кроме снижения подведенного к цепи якоря двигателя напряжения достигается также эффект увеличения тока возбуждения за счет тока, протекающего по Rш. Благодаря последнему ток возбуждения при идеальном холостом ходе Iя=0 не равен нулю:
где
 |
а скорость идеального холостого хода имеет ограниченное значение:
При w>w0ш двигатель переходит в генераторный режим, в котором поступающая с вала механическая энергия преобразуется в электрическую и теряется в виде теплоты в сопротивлениях Rя и Rш. Двигатель работает генератором параллельно с сетью на сопротивление Rш, и увеличение напряжения на Rш по мере роста скорости двигателя вызывает постепенное уменьшение потребляемого из сети тока, т. е. тока возбуждения. При IшRш®Uс Iв®0, а скорость двигателя неограниченно возрастает. Поэтому в области генераторного режима электромеханическая характеристика по мере роста скорости асимптотически приближается к прямой: Iя=IK2=-Uc/Rш Так как при этом поток стремится к нулю, момент двигателя в генераторном режиме вначале возрастает, достигает максимума и в дальнейшем при w®¥ М=kФIЯ®0, т.е. механическая характеристика асимптотически приближается к оси ординат слева.
е. чем больше его мощность.
Так как при регулировании поток двигателя остается постоянным (Ф=Фном), допустимая нагрузка двигателя без учета изменения условий охлаждения постоянна: М=Мном=const. При такой нагрузке двигателя мощность потенциометра превышает номинальную мощность двигателя, так как определяется напряжением сети Uном и наибольшим током потенциометра: Iпmax=Iном+Iпmax>Iном. Наибольший ток шунтирующей части потенциометра Iшmax быстро увеличивается при уменьшении Rп, поэтому минимальная жесткость механических характеристик в рассматриваемой схеме ограничивается приемлемой мощностью потенциометра. Тем самым ограничивается и возможный при данных пределах изменения нагрузки и требуемой точности диапазон регулирования скорости.
Плавность регулирования при небольшой мощности двигателя, позволяющей использовать ползунковый реостат, получается достаточно высокой. Однако с возрастанием мощности двигателя эта возможность исключается и регулирование осуществляется переключением ступеней регулировочных сопротивлений Rш и Rдоб с помощью силовой коммутирующей аппаратуры. При таком регулировании принимать суммарное сопротивление потенциометра Rп=Rш+Rдоб постоянным нецелесообразно, так как сопротивления Rш и Rдоб могут регулироваться независимо. Для этого случая (8.15) и (8.16) удобно представить в виде
Следует иметь в виду, как изменяются характеристики двигателя при изменении Rш при неизменном Rдоб или наоборот. Примем сначала Rдоб=const и будем изменять в (8.19) Rш(aш).
При изменении сопротивления шунтирующего резистора от бесконечности до нуля скорость идеального холостого хода непрерывно уменьшается от w0ном до 0, а жесткость возрастает от bш=с2/(Rя+Rдоб) до bш=b. Все эти характеристики пересекаются в одной точке, в которой ток якоря двигателя имеет значение
при скорости в режиме противовключения
Это можно установить, определив напряжение на выводах якоря двигателя при Iя=Iк1 и w=wк1:
При любом сопротивлении Rш ток Iш в этой точке равен нулю, поэтому она является общей для всего рассматриваемого семейства характеристик (рис 8 5,а)
Аналогичная общая точка обнаруживается и в семействе характеристик, соответствующем Rш=const и Rдо6=var (рис.8.5,б).
Все эти характеристики пересекаются в точке, где ток якоря определяется соотношением
а скорость имеет значение
В этой точке напряжение на выводах двигателя равно напряжению сети, поэтому ток из сети не потребляется и значение Rд не сказывается на условиях работы двигателя. Графически точка IK1, wK1 определяется пересечением реостатной характеристики при RЯS=Rя+Rдоб(Rш=¥) и естественной характеристики динамического торможения (Rш=0) (прямые 1 и 2 на рис.8.5,a).
Точка Iк2 и wк2 определяется пересечением естественной характеристики двигателя 3 (Rдоб=0) и реостатной характеристики динамического торможения 4 (Rдоб=¥), как показано на рис.8.5,б.
Таким образом, механические характеристики в схеме шунтирования якоря двигателя с независимым возбуждением являются характеристиками двигателя, питаемого от источника регулируемого напряжения с относительно большим и изменяющимся при регулировании напряжения внутренним сопротивлением.
Благодаря ограниченной скорости идеального холостого хода эти характеристики создают более благоприятные условия для регулирования скорости, чем характеристики в потенциометрической схеме.
В схеме шунтирования якоря (см. рис.8.6,а) при определении допустимой нагрузки на регулировочных характеристиках необходимо учитывать, что в двигательном режиме Iв>Iя. Это вынуждает в качестве критерия допустимой нагрузки при постоянной теплоотдаче принимать номинальный ток обмотки возбуждения Iдоп=Iв.ном=Iном, что обеспечивает регулирование при потоке, равном номинальному, но требует по мере снижения скорости уменьшения момента Мдоп<Мном таким образом, чтобы выполнялось условие Iядоп=Iном-Iш.
В заключение отметим, что использование для регулирования напряжения резисторов является весьма простым и дешевым техническим решением, однако следует иметь в виду, что этот способ регулирования сопровождается значительными потерями в сопротивлениях Rш и Rдоб. Эти потери возрастают с уменьшением внутреннего сопротивления потенциометра и соответствующим увеличением получаемой жесткости характеристик. Поэтому по потерям энергии при регулировании потенциометрические схемы еще менее экономичны, чем реостатное регулирование.
