pdf.php@id=6159.pdf

шаться. Но при этом будет уменьшаться также Еа, ток 1а [см. выра­ жение (10-5)] и момент М [см. выражение (10-8)] начнут увеличи­ ваться, причем это будет происходить до тех пор, пока снова не наступит равновесие моментов М — Мст. Аналогичным образом изменяется также режим, если Мстуменьшится, причем в этом слу­ чае п и Еа начнут увеличиваться, а 1а и М — уменьшаться до тех пор, пока снова будет М = Л4СТ и Мта = 0.

Допустим теперь, что с помощью реостата Кр (см. рис. 10-2) произведено уменьшение 1В. При этом Ф« будет уменьшаться, однако вследствие механической инерции ротора

ном направлении. Необходимо отметить, что резких изменений *'впри регулировании допускать нельзя, так как

Ц и Еа [см. выражение (10-5)] являются близкими величинами и не­ большое изменение Фв и Еа ведет к большим изменениям / 0 и М.

Аналогичным образом происходит переход к новому режиму при изменении других внешних условий (например, введение сопро­ тивления в цепь якоря и т. д.), а также в двигателях с другими способами возбуждения.

Из изложенного следует, что поведение двигателя при устано­ вившемся режиме работы и переходах к новому режиму работы всецело определяется уравнениями равновесия моментов (10-2) и напряжения цепи якоря (10-4).

§ 10-4. Двигатели параллельного возбуждения

Естественные скоростная и механическая характеристики. Рас­ смотрим более подробно характеристики двигателя параллельного возбуждения, которые определяют его рабочие свойства.

Скоростная и механическая характеристики двигателя опре­ деляются равенствами (10-7) и (10-9) при I/ = сопз! и 1В= сопзС При отсутствии дополнительного сопротивления в цепи якоря эти характеристики называются е с т е с т в е н н ы м и .

Если щетки находятся на геометрической нейтрали, при увели­ чении /я поток Фв несколько уменьшится вследствие действия поперечной реакции якоря. В результате этого скорость п, согласно выражению (10-7), будет стремиться возрасти. С другой стороны, падение напряжения # а/ а вызывает уменьшение скорости. Таким образом, возможны три вида скоростной характеристики, изобра­ женные на рис. 10-6; 1 — при преобладании влияния # 0/ а; 2 — при взаимной компенсации влияния Я.а1а и уменьшения Фв; 3 — при преобладании влияния уменьшения Фв.

Ввиду того что изменение Фв относительно мало, механические характеристики п = [ (М) двигателя параллельного в’озбуждения,

Тогда для получения такой характеристики на полюсах поме­ щают слабую последовательную обмотку возбуждения соглас­ ного включения, н. с. которой составляет до 10% от н. с. па­ раллельной обмотки возбуждения. При этом уменьшение Фв под воздействием поперечной реакции якоря частично или полностью компенсируется. Такую последовательную обмотку возбуждения называют стабилизирующей, а двигатель с такой обмоткой по-прежнему называется двигателем параллельного возбуж­ дения.

Изменение скорости вращения Ап (рис. 10-6) при переходе от холостого хода (/ 0 = / Оо) к номинальной нагрузке (/ 0 = / он) у двигателя параллельного возбуждения при работе на естественной характеристике мало и составляет 2—8% от Такие слабо падаю­ щие характеристики называются жесткими. Двигатели параллель­ ного возбуждения с жесткими характеристиками применяются в установках, в которых требуется, чтобы скорость вращения при изменении нагрузки сохранялась приблизительно постоянной (ме­ таллорежущие станки и пр.).

Регулирование скорости посредством ослабления магнитного потока производится обычно с помощью реостата в цепи возбужде­

щения п вследствие увеличения механических потерь Л/0 и 1М также увеличиваются. Если в этом режиме с помощью приложен­ ного извне момента вращения начать увеличивать скорость вра­ щения п, то Еа [см. выражение (10-6)1 будет увеличиваться, а 1а и М будут, согласно равенствам (10-5) и (10^8), уменьшаться. При / я = 0 и М = 0 механические и магнитные потери двигателя покры­ ваются за счет подводимой к валу мехнической мощности, а при дальнейшем увеличении скорости / 0 и М изменят знак и двигатель

Двигатели общего применения допускают по условиям ком­ мутации регулирование скорости ослаблением поля в пределах 1 : 2, Изготовляются также двигатели с регулированием скорости таким способом в пределах до 1 : 5 или даже 1 : 8, но в этом случае для ограничения максимального напряжения между коллекторными пластинами (см. § 5-3) необходимо увеличить воздушный зазор, регулировать поток по отдельным группам полюсов (см. § 10-3) или применить компенсационную обмотку. Стоимость двигателя при этом увеличивается.

Регулирование скорости сопротивлением в цепи якоря, искус­ ственные механическая и скоростная характеристики. Если после­ довательно в цепь якоря включить добавочное сопротивление 7?^ (рис. 10-8, а), то вместо выражений (10-7) и (10-9) получим

(10-16)

^ ’

_и____(Ка+ К ро)м

(10-17)

сеФ6 сесл®1

Сопротивление Кра может быть регулируемым и должно быть рассчитано на длительную работу. Цепь возбуждения должна быть включена на напряжение сети.

Рис. 10-8. Схема регулирования скорости вращения дви­ гателя параллельного возбуждения с помощью сопроти­ вления в цепи якоря (а) и соответствующие механиче­ ские и скоростные характеристики (б)

Характеристики га = I (Л1) и п = [ (1а) для различных значений /?р1 = сопз! при V = сопз! и гв = сопз! изображены на рис. 10-8, б

(Яро1 < Яраа < ^раз)- Верхняя характеристика (Яра = 0) является естественной. Каждая из характеристик пересекает ось абсцисс (га = 0) в точке с

Продолжения этих характеристик под осью абсцисс на рис. 10-8 соответствуют торможению двигателя противовключением. В этом случае га < 0, э. д. с. Еа имеет противоположный знак и склады­ вается с-напряжением сети I/, вследствие чего

. Ц + Е а

“Ка+Крй ’

а момент двигателя М действует против направления вращения и является поэтому тормозящим.

Если в режиме холостого хода (/ я = / о0) с помощью приложен­ ного извне момента вращения начать увеличивать скорость враще­ ния, то сначала достигается режим / 0 = 0, а затем 1а изменйт на­ правление и машина перейдет в режим генератора (участки характе­ ристик на рис. 10-8, б слева от оси ординат).

Как видно из рис. 10-8, б, при включении Яра характеристики становятся менее жесткими, а при больших величинах Яра — круто падающими, или мягкими.

Если кривая момента сопротивления Мст= / (п) имеет вид, изображенный на рис. 10-8, б штриховой линией, то значения п при установившемся режиме работы для каждого значения Яра

Рис 10-9 Схема агрегата «генератор— двигатель» для регулирования скорости двигателя независимого воз­ буждения

определяются точками пересечения соответствующих кривых. Чем больше Яра, тем меньше п и ниже к. п. д.

Регулирование скорости посредством изменения напряжения

якоря может осуществляться с помощью агревата «генератор—двига­ тель» (Г — Д), называемого также агрегатом Леонарда (рис. 10-9). В этом случае первичный двигатель ПД (переменного тока, внут­ реннего сгорания и т. п.) вращает с постоянной скоростью генератор постоянного тока Г. Якорь генератора непосредственно приключен к якорю двигателя постоянного тока Д, который служит приводом рабочей машины РМ. Обмотки возбуждения генератора ОВГ и двигателя ОВД питаются от независимого источника — сети по­ стоянного тока (рис. 10-9) или от возбудителей (небольших генера­ торов постоянного тока) на валу первичного двигателя ПД. Регу­ лирование тока возбуждения генератора 1Вг должно производиться практически от нуля (на рис. Ю-9 с помощью реостата, включен­ ного по потенциометрической схеме). При необходимости реверси­ рования двигателя надо изменить полярность генератора (на рис. 10-9 с помощью переключателя П).

Пуск двигателя Д и регулирование его скорости осуществляют следующим образом. При максимальном гв д и 1Вг = 0 производят пуск первичного двигателя ПД. Затем плавно увеличивают 1Вг, и при небольшом напряжении генератора V двигатель Д придет во

Когда рабочая машина создает резко пульсирующую нагрузку (например, некоторые прокатные станы) и нежелательно, чтобы пики нагрузки полностью передавались первичному двигателю или в сеть переменного тока, двигатель Д можно снабдить маховиком (агрегат Г—Д—М, или агрегат Леонарда — Ильгнера). В этом случае при понижении п вовремя пика нагрузки часть этой нагрузки покрывается за счет кинетической энергии маховика. Эффективность действия маховика будет больше при более мягкой характеристике двигателя ПД или Д.

В последнее время все чаще двигатель ПД и генератор Г замет няюгг ртутным или полупроводниковым выпрямителем с регулируеит& напряжением. В этом случае рассматриваемый агрегат назы­ вают такж е в е н т и л ь н ы м ( и о н н ы м , т и р и с т о р н ы м ) * и р и в о д о м.

Рассмотренные агрегаты используются при необходимости регу­ лирования скорости вращения двигателя с высоким к. п. д. в широ­ ких пределах — до 1 : 10 и более (крупные металлорежущие станки, прокатные станы и т. д.).

Отметим, что изменение П с целью регулирования п по схеме рис. 9-1, б и 10-8, а не дает желаемых результатов, так как одно­ временно с изменением напряжения цепи якоря изменяется про­ порционально и такж е ток возбуждения. Т ак как регулирование V можно производить только <хг значения Ц = Ця вниз, то вскоре магнитная цепь окажется ненасыщенной, вследствие чего и И *в будут изменяться пропорционально друг другу. Согласно равенству (10-7), п при этом существенным образом не меняется.

В последнее время все больше распространяется так называемое И м и у л ь с н о е р е г у л и р о в а в. и е двигателей постоянного ■ тока. При этом цепь якоря двигателя питается от источника по­ стоянного тока с постоянным напряжением через тиристоры, которые периодически, с частотой 1000—3(Ю0 гц включаются1 ц отключаются. Чтобы сгладить при этом кривую тока якоря, на его зажимах подключаются конденсаторы. Напряжение на зажимахЯКоря в этом случае практически постоянно и пропорционально оуцощейию времени включения тиристоров ко времени-продолжи­ тельности всего цикла. Таким образом, импульсный метод позво­

ляет регулировать скорость вращения двигателя при его питании от источника с постоянным напряжением в широких пределах без реостата в цепи якоря и практически без дополнительных потерь. Таким же образом, без пускового реостата и без дополнительных потерь, может производиться пуск двигателя.

Импульсный способ регулирования в экономическом отношении весьма выгоден для управления двигателями, работающими в ре­

якоря представлены на рис. 10-10.

Одновременно с увеличением мощности на валу Яа растет и момент на валу М. Поскольку с увеличением Р2 и М скорость л несколько уменьшается, то М = Рг1п растет несколько быстрее Р2. Увеличение Р2 и М, естественно, сопровождается увеличением тока двигателя I. Пропорционально I растет также потребляемая из сети мощность Рг. При холостом ходе (Р2 = 0) к. п. д. 11 = 0, затем с увеличением Р2 сначала т] быстро растет, но при больших нагрузках в связи с большим ростом потерь в цепи якоря г) снова начинает уменьшаться.

§ 10-5. Двигатели последовательного возбуждения

Естественные скоростная и механическая характеристики, об­ ласть применения. В двигателях последовательного возбуждения

Коэффициент пропорциональности кф в значительном диапазоне нагрузок, при I < /„, является практически постоянным, и лишь

при / > (0,8 ч- 0,9) / н вследствие насыщения магнитной цепи кф начинает несколько уменьшаться.

При использовании соотношения (10-18) для двигателя последо­ вательного возбуждения вместо выражений (10-7), (10-9) и (10-8) получим

последовательного возбуждения развивают значительно больший пусковой момент по сравнению с двигателями параллельного воз­ буждения. Кроме того, у двигателей параллельного возбуждения п « сопз!, а у двигателей последовательного возбуждения, согласно выражениям (Ш-19) и (10-20), приблизительно (при Ра = 0)

Поэтому у двигателей параллельного возбуждения

Рг= ЙМ = 2ппМ ~ М,

а у двигателей последовательного возбуждения

Яа= 2лпМ '|/гМ •

Таким образом, у двигателей последовательного возбуждения при изменении момента нагрузки М„ = М в широких пределах мощность изменяется в меньших пределах, чем у двигателей парал­ лельного возбуждения.

Поэтому для двигателей последовательного возбуждения менее опасны перегрузки по моменту. В связи с этим двигатели

должны сохраняться неизменными, однако последнее при изменении направления тока в обмотке возбуждения невозможно. Поэтому для перевода двигателя последовательного возбуждения в режим генератора необходимо переключить концы обмотки возбуждения.

Регулирование скорости посредством ослабления поля. Регули­ рование п посредством ослабления поля производится либо путем шунтирования обмотки возбуждения некоторым сопротивлением ^ш.в (рис. 10-12, а), либо уменьшением числа включенных в работу витков обмотки возбуждения. В последнем случае должны быть пре­ дусмотрены соответствующие выводы из обмотки возбуждения.

Так как сопротивление обмотки возбуждения Нв и падение напряжения на нем малы, то # ш,в также должно быть мало. Потери

в сопротивлении # ш в поэтому тоже малы, а суммарные потери на возбуждение при шунтировании даже уменьшаются. Вследствие этого к. п. д. двигателя остается высоким, и такой способ регулиро­ вания широко применяется на практике.

Регулирование скорости путем шунтирования якоря. При шунти­ ровании якоря (рис. 10-12, б) ток и поток возбуждения возрастают,

чески находится под полным напр&кевяю сети, его велячтша* донжйа быть значительной, потери в нем будут велиКН я к,'в . д. сильно уменьшится.

Кроме того, шунтирование якоря эффективно только тогда, когда магнитная цепь не насыщена. В связи с этим шунТнройанМе якоря на практике используется редко.