Лекции по " Электроприводу и электрооборудованию"

  ДПТ НВ (шунтовые) при изменении нагрузки на валу в широких пределах мало изменяют свою скорость вращения, поэтому их применяют в тех случаях, когда важно, чтобы рабочая скорость механизма оставалась примерно постоянной (как при холостом ходе, так и  нагрузке).

Преимуществом ДПТ НВ является также возможность плавного регулирования частоты вращения в широких пределах.

Двигатели постоянного  тока серии – П  изготавливались  с параллельной и последовательной обмотками возбуждения и  могут работать как в режиме с параллельным, так и смешанным возбуждением.

Для  изменения  направления  вращения необходимо изменить полярность или в обмотке возбуждения или в якоре.

Большим  недостатком  ДПТ  является  их стоимость, а  также необходимость в источнике постоянного тока.

 

2. Вывод уравнений механических и электромеханических характеристик

 

 ω=f(M) – механическая характеристика

  ω=f(I_я) – электромеханическая характеристика

Электромеханическая характеристика может быть получена из уравнения напряжений, электромагнитного момента и ЭДС вращающегося двигателя

 

U=E+I_я R_{я ,}                                                                     (1)

,                                (2)

,                                (3)

 

 

где  М – электромагнитный момент;

        р – число пар полюсов;

        N – число активных проводников;

        а – число  параллельных ветвей якоря;

        С_м – постоянный коэффициент момента;

        Ф – магнитный  поток;

         I – ток двигателя;

         R_я- полное сопротивление якорной цепи.

Решая выражение (1) относительно тока, получим

,                                                      (4)

подставляя в (4) выражение (3), получаем

,                                                   (5)

 

 

,                                              (6)

уравнение электромеханической  характеристики ω=f(I_я).

 Так как в (6) присутствуют константы 

                                               ,   

 

то  ω=A-IB – уравнение прямой линии.

 

  Из (2)    ,    подставляя в (6), получаем уравнение механической характеристики                                                                                        

.                                                    (7)

 

Механическая характеристика, ω=f(M) – также прямая (рис.2).

 

                         

 

 

 

Характеристики имеют  две характерные точки: холостого  хода (М,I=0); короткого замыкания (ω=0).

 

3. Способы регулирования  частоты вращения ДПТ НВ

 

Из уравнений механической и  электромеханической характеристик  следует, что частоту вращения ДПТ  НВ можно регулировать тремя способами:  магнитным потоком (током возбуждения), сопротивлением в якорной цепи и напряжением подаваемым на якорь электродвигателя (рисунок 3…6).

 

 

                                        

                                       

                                                                                                 

 

 

                                                                                                                                                                                          

 

 

 

 

                              

                                            

                                    

                                                                       

 

 

 

 

                                                                                           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            Режим короткого замыкания (рисунок 5,6) соответствует заторможенному  якорю, а не замыканию электрической цепи.

              Таким образом, напряжением и сопротивлением в якорной цепи регулировка происходит в сторону уменьшения частоты вращения, а магнитным потоком – наоборот.               

 

4  Механические характеристики  в тормозных режимах

 

     Генераторное (рекуперативное) торможение.

Общие положения. Электрические машины обратимы, то есть могут работать в двигательном, генераторном, тормозном режимах. При тормозном режиме создаваемые им моменты противодействуют движению. В двигательном режиме момент и направление вращения направлены в одну сторону, что соответствует отдаче энергии двигателем. В режиме торможения  знаки М и w различны, следовательно, двигатель потребляет энергию от рабочей  машины.

   Весьма часто в современных ЭП необходимо быстро и точно остановить механизм или изменить его направление вращения (движения). Быстрота и точность, с какой будут проделаны эти операции, во многих случаях определяют производительность механизма, а иногда и качество вырабатываемого продукта.

 

Генераторное торможение (рисунок  7):

при w=w₀; E=U; I_я=0; M=0 – идеальный холостой ход,

        w<w₀; E<U; I_я>0; M>0 – двигательный режим,

        w>w₀; E>U; I_я<0; M<0 – генераторное торможение.

                                      

                                      

                                  

 

  

 

 

Чем больше  R_доб, тем больше  частота вращения в генераторном режиме.

  Этот способ торможения возможен, например, в приводах транспортеров и подъемных механизмов при спуске груза и при некоторых способах регулирования скорости, когда двигатель проходит значения w>w₀. Такое торможение является весьма экономичным, поскольку проходит рекуперацию за вычетом потерь в двигателе. Торможение этим способом может быть осуществлено в ограниченных пределах, т.к. не во всех приводах возможно соблюдение условий w>w₀. Например, тормозной спуск груза с помощью лебедки (можно через редуктор), рисунок 8.

 

 

 

 

 

 

                                                           

 

 

 

 

В данном случае лебедка опускает груз со скоростью, которая больше скорости идеального хода. Двигатель включают в точке 1 в направление спуска груза.  Под действием момента груза двигатель разгоняется до точки 2, пока тормозной момент не уравновесится моментом сопротивления груза.

Или электродвигатель можно  на короткое время перевести  в  режим генераторного торможения, используя запас кинетической энергии  системы двигатель - рабочая машина. Такой режим может иметь место при мгновенном уменьшении напряжения в сети (рисунок 9).

 

              

 

 

                                                                                                                        

 

                                                                                                                        

 

 

                                                                      

 

 

 

         Режим противовключения.

         Осуществляется  в том случае, когда обмотки  двигателя включены для одного направления вращения, а якорь двигателя под воздействием внешнего момента или сил инерции вращается в противоположную строну. Это может происходить, например, в приводе подъемника, когда

двигатель включен на подъем, а момент, развиваемый грузом, заставляет привод вращаться в сторону спуска груза.

Рассмотрим тормозной спуск, рисунок 10. Механическая характеристика при  режиме  противовключения является  продолжением     характеристики двигательного режима  в квадранте 4.

 

 

 

                         

                                                            

 

                                                      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         Подъем груза возможен при  М_с1<М_к.з , работа электропривода происходит в точке  1. При повышении М_с до М_с2, в точке 2 двигатель остановится и начнет вращаться в другую сторону, в точке  3 вращение осуществляется с постоянной скоростью w_уст.

       Значительно  чаще, чем за счет груза, торможение  противовключением получают, изменяя  полярность напряжения, подводимого к якорю двигателя (рисунок 11).

       В режиме противовключения  необходимо включить дополнительное  сопротивление в якорную цепь  для ограничения тока и момента.

 

                                                                  

 

 

                                               

 

 

 

 

 

 

                                                                                                            

 

 

                                                         

 

 

 

                                                                            

                                                                                 

 

 

 

 

Рисунок 11 – Механические характеристики ДПТ НВ при торможении противовключением

 

 

     Двигатель  работает в точке А квадрант 1. Изменяем полярность, переход на  характеристику ВС в точку  В (квадрант 2). Сохранение неизменной скорости в первый момент времени обусловлено механической инерцией ЭП. Под влиянием тормозного момента частота вращения уменьшается  до 0. При w=0   в точке С двигатель в случае торможения для остановки должен быть отключен от сети. Если такого не произойдет, скорость двигателя начинает увеличиваться  (квадрант 3) переход  на характеристику СД и затем на естественную характеристику ЕF. Если еще раз изменить полярность, то в точке G цикл повторится.

        В данном тормозном режиме, переключение  обмотки возбуждения практикуется  реже, так как вследствие значительной ее индуктивности время торможения возрастает по сравнению с временем торможения при переключении обмотки якоря.

 

  Динамическое торможение.

Происходит при отключении якоря двигателя от сети и замыкании  его на резистор, поэтому называется реостатным торможением.

       Обмотка  возбуждения (рисунок 12,а)  должна  быть подключена к источнику постоянного тока. При динамическом торможении (рисунок 13) механическая энергия преобразуется в электрическую, однако эта энергия не отдается в сеть, а выделяется в виде тепла в R_т.

 

 

              

 

                             

 

 

 

 

 

 

                 Рисунок 12 -  Схемы динамического торможения: а – с независимым возбуждением; б – с самовозбуждением

 

 

 

 

 

 

 

        

 Прямые проходят через начало  координат во  2 и 4 квадрантах.

          Динамическое  торможение широко  используется  для остановки привода   при  отключении его от сети, например  при  спуске груза (рисунок 14).  Режим экономичный, хотя и уступает генераторному с отдачей энергией в сеть.