Методические указания часть 2 (стр. 2 из 9)

Если дополнительно регулировать и ток возбуждения двигателя Д, то пределы плавного изменения скорости получаются очень большими Аналогичные характеристики имеют место при регулировании напряжения на якоре с помощью управляемых электронно-ионных приборов и т. п. Поэтому двигатель независимого возбуждения широко используется в схемах автоматики в качестве исполнительного двигателя с якорным регулированием.

Электрическое торможение двигателя. Во многих случаях требуется не только быстрый пуск электродвигателя, но и его быстрый останов. Для этого двигатель переводят или в режим электромагнитного тормоза или в режим генератора. Тогда и электромагнитный момент становится тормозным:

(3)

Различают три вида торможения: противовключением, генераторное динамическое и генераторное рекуперативное.

При противовключении направление тока в цепи вращающегося якоря изменяют на обратное, и оно совпадает с направлением э. д. с Механической характеристикой этого режима является продолжение прямой 2' в четвертом квадранте (см. рис. 3.б). Торможение противовключением иногда применяют, например, для медленного опускания груза, для ускорения реверса. В последнем случае инерция вращающегося якоря «гасится» в режиме тормоза, якорь останавливается, а затем начинает вращаться в обратном направлении.

При генераторном динамическом торможении отключают вращающийся якорь от сети и замыкают его на реостат (цепь возбуждения остается включенной в сеть). Возникающий генераторный электромагнитный момент тормозит вращение якоря, уменьшаясь вместе с угловой скоростью вращения. Механическая характеристика режима динамического торможения — прямая 3 во втором квадранте, проходящая через нуль (см. рис. 3.б). Динамическое торможение широко применяется в электродвигателях.

Генераторное рекуперативное торможение возникает, если к валу включенного в сеть двигателя приложить момент, направленный в сторону вращения якоря. Тогда скорость вращения якоря и э. д. с. Е начнут возрастать. При E>U ток якоря изменит направление и машина перейдет в режим генератора с отдачей (рекуперации) энергии в сеть. Механическая характеристика режима рекуперативного торможения — та же прямая 1' во втором квадранте, но проходящая через точку Ω₀ — скорость вращения двигателя при холостом ходе (см. рис. 3.б). Рекуперативное торможение применяется при торможении электропоезда, трамвая или троллейбуса идущего под уклон.

Двигатель последовательного возбуждения.

Схема двигателя последовательного возбуждения приведена на рис. 8. Ток якоря и ток возбуждения в этом двигателе один и тот же. Так как ток электродвигателя зависит от нагрузки на его валу, то потоки полюсов и скорость вращения якоря двигателя последовательного возбуждения резко изменяются с изменением момента.

Естественная механическая характеристика. С увеличением момента нагрузки ток двигателя увеличивается, поток возрастает, а скорость вращения падает, подчиняясь закону, близкому к гиперболическому. Мощность Р = MΩ на валу практически не изменяется. Механические характеристики такого двигателя называют «мягкими» (рис. 9).

Рис. 8. Рис.9.

При холостом ходе и небольшой нагрузке ток и поток двигателя уменьшаются, а его скорость сильно возрастает—двигатель «идет вразнос», и может достигнуть «угонной» скорости, т. е. значения, опасного в отношении механической прочности якоря. Поэтому пуск и работа двигателей последовательного возбуждения вхолостую, а также соединение их с нагрузкой ременной передачей недопустимы. Исключение составляют маломощные двигатели, у которых момент от потерь при холостом ходе относительно велик.

Регулирование скорости вращения. Двигатель последовательного возбуждения особенно широко применяется как тяговый двигатель на транспорте и в крановых установках. Здесь важно, чтобы двигатель развивал максимально возможный момент при трогании с места и малых скоростях. Скорость вращения двигателей последовательного возбуждения регулируется реостатным и безреостатным изменением напряжения на зажимах двигателя и изменением потока возбуждения.

Напряжение, подводимое к двигателю, обычно изменяют с помощью реостата r_доб в цепи якоря, хотя такое регулирование скорости так же неэкономично, как и во всех двигателях. Регулирование скорости вращения тяговых транспортных двигателей производят ступенями (7 - 10 ступеней) с помощью командо-аппарата (контролера). В каждом моторном вагоне обычно установлено несколько двигателей. Чтобы уменьшить потери при регулировании, комбинируют параллельное и последовательное включение двигателей в сеть вместе с регулировочными сопротивлениями. Регулирование скорости вращения изменением потока полюсов двигателя осуществляют шунтированием обмотки возбуждения. Это приводит к увеличению скорости.

Электрическое торможение. В двигателях последовательного возбуждения может осуществляться динамическое торможение и торможение противовключением. Для динамического торможения двигатель отключают от сети, замыкают на реостат и двигатель оказывается в режиме генератора последовательного возбуждения.

В режим электромагнитного тормоза двигатель переходит при переключении направления тока во вращающемся якоре (или в обмотке возбуждения) на обратное. Одновременно в цепь якоря вводят реостат с r_доб для ограничения тока. Механическими характеристиками этого режима являются продолжения характеристик двигателя в область отрицательных значений скоростей вращения (см. рис. 9).

Для возможности генераторного рекуперативного торможения тяговые двигатели электропоездов снабжают дополнительной параллельной обмоткой возбуждения.

Двигатель смешанного возбуждения.

Схема двигателя смешанного возбуждения приведена на рис. 10. Основной обмоткой считается та, которая создает не менее 70% всей н. с. машины. Последовательную обмотку включают обычно согласно с параллельной, т. е. так, чтобы их н. с. складывались. В этом случае двигатель приобретает свойства и характеристики, «средние» между свойствами двигателей параллельного и последовательного возбуждения.

Рис. 10.Схема двигателя Рис.11. Характеристики двигателей

смешанного возбуждения. смешанного возбуждения.

В двигателях смешанного возбуждения, одна из обмоток является основной, другая — вспомогательной. Характеристики двигателя будут близки к тем, которые определены основной обмоткой и скорректированы действием вспомогательной обмотки. Интерес представляют следующие схемы.

1. Основная обмотка — параллельная, вспомогательная — последовательная, включенная согласно. При увеличении нагрузки усиливается действие последовательной обмотки, поскольку увеличивается результирующий поток Ф, характеристика скорости вращения будет более пологой (рис. 11, кривая 1). Пологая характеристика рациональна, например, при толчкообразной нагрузке, создавая возможность проявления действия маховых масс, что сглаживает пульсации мощности, потребляемой двигателем из сети.

2. При встречно включенной последовательной обмотке, наоборот, с ростом нагрузки магнитный поток Ф будет ослабляться и скорость вращения повышаться, становясь при нагрузке большей, чем при холостом ходе (рис. 11, кривая 2). Но работа двигателя при ослаблении магнитного потока неустойчива и обычно не практикуется.

3. Основная обмотка — последовательная, параллельная обмотка — вспомогательная. Двигателю при наличии только последовательной обмотки при малых нагрузках свойственно значительное повышение скорости вращения вплоть до разноса. Наличие вспомогательной обмотки, гарантирующей определенное значение магнитного потока, ограничивает возможное повышение скорости вращения.

Особенности двигателей и область их применения.

Особенности двигателей постоянного тока связаны со способом их возбуждения и, в частности, с постоянством или зависимостью потока полюсов от нагрузки. Двигатели параллельного и независимого возбуждения с постоянным потоком имеют «жесткую» естественную механическую характеристику: скорость их вращения почти не зависит от момента нагрузки на валу. Поэтому двигатели параллельного возбуждения применяются для привода металлорежущих станков и других механизмов. Их скорость вращения можно регулировать двумя способами. При снижении питающего напряжения возрастает ток якоря.

При необходимости глубокого и плавного регулирования скорости вращения используются двигатели независимого возбуждения, управляемые по схеме генератор - двигатель. Система Г - Д применяется как для привода самых мощных двигателей, так и исполнительных двигателей в системах автоматического управления.

В двигателях последовательного возбуждения поток полюсов зависит от нагрузки. Их механические характеристики «мягкие»: с возрастанием момента скорость вращения падает. Они используются как тяговые двигатели, где требуется, большой пусковой момент для преодоления инерции механизма и малый момент — для поддержания высокой скорости вращения. Понижение напряжения сети не влияет на вращающий момент и ток двигателя — лишь снижается его скорость вращения. Это важно для электротранспорта на подъеме. При уменьшении момента нагрузки до нуля двигатель может «пойти в разнос».