5.5. Расчет пусковых и тормозных сопротивлений

Расчет пусковых и тормозных сопротивлений для двигателей с прямолинейными механическими характеристиками можно выполнять аналитическим, графическим и графоаналитическим методами.

Рассмотрим для примера графический метод расчета пусковых и тормозных сопротивлений для асинхронного двигателя с фазным ротором

Расчет этим методом припое (рис. 5.9):

1. Строят естественную механическую характеристику по двум точкам (ω=ω_ном и ω=ω₀).

2. Определяют пусковой и переключающий моменты M₁ и М₂.

3. 

   Строят пусковую диаграмму по точкам 1—7.

4. Определяют номинальное сопротивление ротора.

На рис. 5.9 отрезок mk пропорционален номинальному со­противлению ротора R_2ном, т. е

mk= R2ном

Отрезки ad, ас и ab (и т. д.) пропорциональны сопротивле­ниям первой, второй, третьей и т. д. ступеней пускового рео­стата R₁ R₂, R₃ и т. д.

5.Определяют сопротивления отдельных ступеней реостата

6. Определяют сопротивления секции реостата:

Сопротивление предварительной ступени R_пред определяют тоже графически. Для этой цели задаются моментом на пред­варительной ступени М_пред и строят характеристику этой сту­пени. Отрезок af будет пропорционален сопротивлению предва­рительной ступени

Сопротивление секции реостата предварительной ступени

Сопротивление ступени противовключения определяют сле­дующим образом:

1. определяют допустимый тормозной момент и максималь­ную скорость ω_пр≈ω₀ (рис. 5.9, точка е);

2. проводят характеристику ступени противовключения;

3. определяют сопротивление ступени противовключения

Для удобства расчетов отрезок Оω₀, соответствующий син­хронной скорости (следовательно, отрезку mk, пропорциональ­ному R_2ном, принимается кратным 100 (100, 200 мм и т. д.).

Этот метод прост и дает достаточную для практических це­лей точность.

Глава 6

РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

6.1. Основные сведения о регулировании скорости электропривода

Регулированием скорости электропривода называют принуди­тельное изменение скорости в зависимости от требований про­изводственного процесса.

Основными показателями, характеризующими различные способы регулирования скорости двигателей, являются:

а) диапазон или пределы регулирования;

б) экономичность применения того или иного способа регу­лирования;

в) плавность регулирования;

г) стабильность работы на заданной скорости;

д) допустимая нагрузка.

Диапазон или предел регулирования скорости определяются отношением максимальной угловой скорости вращения к мини­мальной при моменте вращения на валу двигателя, равном но­минальному, т. е.

Экономичность регулирования определяется потерями в ре­гулировочных устройствах и характеризуется к. п. д. установки:

где Р₂ — мощность на валу двигателя; Δр — потери мощности в регулировочных устройствах и двигателе.

Плавность регулирования характеризуется отношением двух соседних скоростей при регулировании. Коэффициент плавно­сти регулированиягде ω_i; и ω_i-1 — скорости при различных ступенях регулиро­вания.

Плавность регулирования определяется количеством ступе­ней регулирования. Чем больше ступеней имеет регулировочное устройство (например, реостат), тем большую плавность можно получить.

Стабильность работы на заданной скорости характеризуется изменением угловой скорости при заданном отключении мо­мента нагрузки и зависит от жесткости механической характе­ристики. Стабильность работы тем выше, чем больше жесткость механической характеристики.

Допустимая нагрузка при регулировании скорости зависит от способа регулирования и определяется допустимым по усло­виям нагрева моментом. В этом отношении возможны две ре­гулировочные характеристики: регулирование при постоянном моменте М = const и при постоянной мощности Р = const. Если двигатель имеет принудительную вентиляцию, то по условию допустимого нагрева двигатель может длительно работать с то­ком нагрузки, равным номинальному, при любой скорости.

Если регулирование скорости осуществляется при Ф = Ф_ном = const, то

Мощность на валу двигателя будет изменяться пропорцио­нально скорости:

Зависимости M = f(ω) и Р = f(ω) представлены на рис. 6.1, а.

При регулировании скорости изменением магнитного потока при постоянной величине тока якоря скорость изменяется об­ратно пропорционально магнитному потоку

Откуда

Учитывая что

Мощность

Как видно, при этом способе регулирования момент умень­шается с увеличением скорости выше номинальной, а мощность остается постоянной. Зависимости М = f(ω) и Р = f(ω) для дан­ного способа регулирования приведены на рис. 6.1, б

Таким образом, регулирование скорости можно производить или при постоянном моменте М = const, или при постоянной мощности Р = const.

6.2. Регулирование скорости электродвигателей постоянного тока

Если обратиться к уравнению скоростной характеристики

то можно выяснить возможные способы регулирования скоро­сти. Из уравнения видно, что регулировать скорость двигателей постоянного тока можно путем изменения трех величин: сопро­тивления цепи якоря R_я, магнитного потока двигателя Ф и на­пряжения U, подводимого к якорю двигателя.

Двигатели параллельного возбуждения. Регулирование ско­рости путем введения в цепь якоря дополнительного сопротив­ления (регулировочного реостата) является весьма простым. Скоростные характеристики двигателя при этом способе регу­лирования приведены на рис. 6.2. С увеличением сопротивления R_я скорость вращения уменьшается.

Недостатками этого способа регулирования являются:

а) значительные потери мощности при регулировании, ко­торые пропорциональны изменению скорости;

б) уменьшение жесткости характеристик при увеличении сопротивления R_я, что уменьшает стабильность работы при малых скоростях;

в) уменьшение пределов регулирования с уменьшением на­ грузки на валу двигателя (при нагрузках, близких к нулю, ре­гулирование практически невозможно).

Этот способ применяют в основном для кратковременного регулирования скорости.

Регулирование скорости двигателя параллельного возбуж­дения путем изменения магнитного потока Ф производится при помощи реостата, включенного в цепь обмотки возбуждения.

Так как магнитный поток Ф = i_в, то изменением сопротивле­ния регулировочного реостата можно изменять магнитный по­ток Ф, изменяя ток возбуждения i_B.

С уменьшением магнитного потока Ф скорость увеличива­ется и наоборот. Но электрические машины нормального ис­полнения рассчитывают так, что их магнитная система в номи­нальном режиме работы насыщена, поэтому увеличение тока возбуждения не вызывает заметного увеличения потока, а сле­довательно, и снижения скорости. Ввиду этого этот способ ре­гулирования применим только для регулирования скорости выше номинальной.

Скоростные характеристики при изменении!! магнитного по­тока приведены на рис. 6.3, а. Все характеристики при со = 0 сходятся в одной точке на оси абсцисс. Эта точка соответствует току короткого замыкания.

Взаимное расположение механических характеристик при регулировании скорости изменением потока Ф несколько отли­чается от расположения скоростных характеристик. При умень­шении Ф с увеличением скорости идеального хода со₀ уменьша­ется величина момента короткого замыкания, поэтому механи­ческие характеристики принимают вид, показанный на рис. 6.3, б.

Регулирование скорости изменением магнитного потока яв­ляется экономичным, так как ток возбуждения двигателя со­ставляет 1 —10 % номинального тока якоря.

Регулирование скорости при помощи изменения напряже­ния, подведенного к якорю возможно при питании двигателя от отдельного регулируемого источника постоянного тока. Для получения постоянного магнитного потока обмотку возбужде­ния двигателя подключают к другому источнику тока — возбу­дителю. Схемы и способы регулирования скорости этим спосо­бом подробно освещены в главе 7.

Двигатели последовательного возбуждения. Для двигателей последовательного возбуждения возможны также способы ре­гулирования скорости, что и для двигателей параллельного возбуждения.

При увеличении сопротивления в цепи якоря (путем вклю­чения последовательно с ним регулировочного реостата) ско­рость якоря будет уменьшаться. Скоростные характеристики при таком регулировании скорости приведены на рис. 6.4. Жест­кость характеристики уменьшается с увеличением сопротив­ления.

Недостатки этого способа регулирования были отмечены выше, при рассмотрении регулирования скорости двигателя па­раллельного возбуждения. Несмотря на большие потери мощ­ности при регулировании и другие недостатки, тот способ применяют на электровозах, кранах и других уста­новках.

Изменение магнитного потока в двигателе последовательного возбуж­дения можно осуществить путем включения регулировочного реостата параллельно обмотке якоря или об­мотке возбуждения. На рис. 6.5, а представлена схема шунтирования якоря сопротивлением R_ш и получае­мые при этом скоростные характери­стики. При таком включении регули­ровочного реостата ток возбуждения

С увеличением сопротивления R_ш ток I_ш уменьшается, следо­вательно, уменьшается и ток I_в, а скорость возрастает. При R_i = ∞ получаем естественную характеристику 1 (рис. 6.5, б). Если сопротивление R_ш уменьшать, то токи I_ш и I_в будут увеличиваться, а скорость уменьшаться. Получим искусственные характеристики 2 и 3. При таком включении реостата при холостом ходе двига­теля, т. е. при I_я = 0, скорость вращения якоря будет конечной, так как I_в =I_ш≠0. Этим способом можно регулировать ско­рость ниже номинальной.

На рис. 6.6, a приведена схема шунтирования сопротивле­нием обмотки возбуждения и скоростные характеристики, полу­чаемые при таком регулировании.

В этом случае ток возбуждения I_в = I_я-I_ш

С увеличением сопротивления R_ш ток I_ш уменьшается, при R_ш = ∞ I_ш = 0 и I_в = I_я. При этом получаем естественную харак­теристику 1 (рис. 6.6, б). С уменьшением R_ш увеличивается ток I_ш, уменьшается ток возбуждения I_в, а скорость возрастает. По­лучаем искусственные характеристики 2 и 3. Этим способом возможно регулирование скорости выше номинальной.

Пределы регулирования скорости при шунтировании об­мотки якоря достигают (4—5) : 1, а при шунтировании обмотки возбуждения — 2:1.

Регулирование скорости изменением подводимого напряже­ния применяется на электровозах путем переключения двига­телей с последовательного соединения на параллельное.