книги / Электропривод, электрооборудование и основы управления

Проблемы, возникающие во время пуска, раскрываются при анализе формулы тока /а= (U—E)/Ra. В начале пуска, когда дви­

сильное искрение на коллекторе, которое может перейти в круговой огонь; 2 ) перегреваются обмотки якоря; 3) возникает чрезмерно большой пусковой момент, из-за чего может произойти поломка ме­ ханизма или передаточного устройства, так как момент про­ порционален току: А/ = £/Л>.

Рис. 4.11. Пуск двигателя постоянного тока парал­ лельного возбуждения:

а— схема пуска; 6 — пусковая диаграмма; в — изменение скоро­ сти. момента н тока якоря в заансимрсти от времени

91

Для уменьшения пускового тока применяют пусковые реостаты

тем искрение и момент снижаются до допустимого уровня. Меньший ток выбирать нецелесообразно, так как пуск слишком затягивается.

Обычно пусковые реостаты имеют несколько ступеней. Чем боль­ ше число ступеней, тем плавнее и быстрее происходит пуск, но при этом усложняется схема управления двигателем и требуется большее количество аппаратов. Секции реостата замыкаются пооче­

(рис. 4.11, б). Момент замыкания каждой секции выбирают согласно расчету, а схема настраивается на автоматическое управление пуском в функции времени, тока или напряжения.

Пусковая диаграмма (рис. 4.11, в) представляет собой совокуп­ ность нескольких скоростных (механических) характеристик, изображающих на графике пуск двигателя. Момент пуска соответ­ ствует точке б, разгон происходит по отрезкам прямых: бв, гд, еж, зн.

без нагрузки, то он заканчивается в точке с; если с половинной

двигателя/?«. Отрезок ик пропорционален механической работе двига­ теля при полностью введенном реостате, а кп — электрическим поте­ рям в трех секциях реостата и в якоре.

‘ Пусковую диаграмму можно построить в относительных едини­

успевают достичь своих установившихся значений и только по­ следняя, соответствующая работе двигателя на естественной ха­ рактеристике, достигает некоторого установившегося значения.

Точно так же изменяется во времени электромагнитный мо­ мент двигателя. Скорость якоря растет по ступенчатым экспонен­ там и в конце пуска достигает номинального значения, если пуск

момент замыкания секций возрастает не мгновенно. Это объяс­ няется противодействием вихревых токов в магнитной системе и ЭДС самоиндукции в обмотке якоря, которые согласно закону

92

Ленца препятствуют изменению тока. Механические и скоростные характеристики, на которых сказывается влияние этих факторов, называются динамическими в противоположность статическим.

§ 4.9. Расчет пусковых сопротивлений электродвигателей независимого и параллельного возбуждения

Расчет пусковых сопротивлений для двигателей постоянного тока независимого и параллельного возбуждения существенно отлича­ ется от расчетов сопротивлений для двигателей последовательного и смешанного возбуждения ввиду того, что первые имеют пря­ молинейные, а вторые — криволинейные механические характе­ ристики.

=0,218/2,26=0,0965.

2.Относительный ток переключения

1*2 = /*,У /?*„/*, = 2,2^0,0965 • 2,2 = 1,32.

Далее можно решать или аналитическим методом, или графическим, но ре­

=Я*зЯ..о« = 0,0655 • 2,26 = 0,148 Ом.

6.Сопоставляем значение тока при полностью введенном сопротивлении в

момент пуска и заданного в условии:

8.Масштаб сопротивлений mR= R,,ov/wi =

=2,26/50 = 0,0452 Ом/мм.

9.Сопротивления ступеней пускового

=mRMH = 0,0452 • 3 = 0,136 Ом.

10.Сопоставляя результаты аналити­

93

ЗАДАНИ Е 4.4. Расчет пусковых сопротивлений для двигателя параллельного возбуждения.

Рассчитать сопротивления пусковых резисторов для двигателя из задания 4.1, если z = 3, /* ,= 2 ,4 . Задачу решить аналитическим и графическим методами.

ЗАДАНИЕ 4.5. Выбор пусковых резисторов для двигателя постоянного тока.

Для двигателя из задания 4.4 выбрать ящик резисторов и составить схему соединения резисторов, если продолжительность пуска составляет 2,3 с (см. § 2.16).

Г Л А З А 5

РЕГУЛИРОВАНИЕ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

§ 5.1. Общие сведения о регулноовании угловой скорости электродвигателей

Важнейшая задача современного электропривода — экономич­ ное и плавное регулирование скорости в широких пределах, с высокой надежностью. Эффективность производства, качество про­ дукции, производительность и себестоимость неразрывно свя­ заны с автоматизацией производственных процессов. Обеспечение. рационального хода технологического процесса в значительной степени зависит от угловой скорости машины-орудия. Скорость может изменяться при изменении параметров электродвигателя (сопротивления, индуктивности) или источника питания (напря­ жения, частоты).

Регулировочные свойства электроприводов оцениваются несколь­ кими показателями.

Диапазон регулирования Д = (Омахс/шмш* где со макс И (Омин-- ВерХНИИ

и нижний пределы регулирования. Малым считают диапазон 2:1, большим — 5: 1, но можно получить и еще больший — 100 :1. Это зависит как от возможностей самого двигателя, так и от способа регулирования скорости.

Плавность регулирования характеризуется коэффициентом плав­ ности кпл= соя/а)л- 1, где о)л— угловая скорость на некоторой л-й сту­ пени; (Ол- 1 — меньшая угловая скорость на ближайшей ступени регулирования. Например, двухскоростной асинхронный двигатель имеет коэффициент плавности кпл=2. Это соответствует очень низкой плавности. Двигатель постоянного тока может иметь ко­ эффициент плавности, близкий к единице, в зависимости от коли­ чества ступеней регулировочного реостата.

Стабильность скорости при изменении нагрузки зависит от жесткости механической характеристики. У двигателей постоянного тока независимого и параллельного возбуждения, и особенно у асинхронных двигателей, с увеличением нагрузки скорость умень­ шается незначительно. Синхронный двигатель обладает абсолютной стабильностью. Двигатели последовательного возбуждения имеют низкую стабильность скорости, так как их механические характери­ стики мягкие. Это считается существенным недостатком, но, приме­

94

няя тиристорное управление, стабильность даже этих двигателей можно повысить.

Экономичность регулирования скорости часто определяет спо­ соб регулирования. Включение резисторов в цепь якоря или ротора вызывает бесполезный нагрев и затрату электрической энергии. Тиристорное управление является весьма эффективным, но требует дорогого и сложного оборудования. Регулирование скорости дви­ гателей постоянного тока изменением потока возбуждения экономич­ но, но имеет другие недостатки, о которых будет сказано ниже.

вниз от основной, т. е. в большую или меньшую сторону относи­ тельно номинального значения. Это достигается различными спо­ собами.

Допустимая нагрузка на двигатель в процессе регулирования задана в паспорте в виде номинальной мощности и момента или тока. Мощность ограничена нагревом, зависящим от потерь в двига­ теле, его конструкции, размеров, применяемых материалов, венти­ ляции.

В процессе регулирования скорости мощность и момент, раз­ виваемые двигателем, могут изменяться, но в любом случае они не должны превышать номинального значения. Рассмотрим зависи­ мость между скоростью двигателя, допустимой мощность*) и до­ пустимым моментом на валу.

Из формулы Р=(оМ следует, что если М = М ном, то при номи­ нальной скорости мощность, развиваемая двигателем, будет номи­ нальной, а сам он будет нагреваться до своей допустимой температуры.

значения. Если же скорость нужно еще увеличить, то приходится

95

моменте; 2) при постоянной мощности. В первом режиме работают подъемные устройства, прокатные станы, механизмы вспомога­ тельного движения на металлорежущих станках, конвейерные уста­ новки, а во втором — главные механизмы металлорежущих стан­ ков при условии их полного использования. Это означает, что при обработке детали на токарном станке с большой глубиной резания скорость детали должна быть малой, т. е. такой, которая обеспе­ чивает номинальную мощность. При чистовой обработке глубину резания выбирают маленькой, а угловую скорость вращения шпин­ деля — большой.

Существует и третья группа механизмов (вентиляторы, центро­ бежные насосы, гребные винты), у которых регулирование ско­ рости вверх от основной недопустимо вообще, так как с увеличе­ нием скорости момент растет пропорционально квадрату, а мощ­ ность — кубу скорости, т. е. получается большая перегрузка.

Существует несколько способов регулирования угловой скорости вращения двигателей постоянного тока: изменением сопротивления в цепи якоря, потока возбуждения и подводимого напряжения на якорь [см. (4.4), (4.5)]. Применяют и другие способы, яв­ ляющиеся разновидностью вышеперечисленных.

§ 5.2. Регулирование угловой скорости изменением сопротивления в цепи якоря

На рис. 5.2 показаны схемы регулирования скорости изменением сопротивления в цепи якоря с помощью регулиро­ вочных реостатов. Чем больше /?доб, тем меньше скорость: со= [U—

—1а(Яа + Ядоб)]/(КФ). Поясним это на примере. Пусть двига­ тель поднимает некоторый груз; при этом он создает момент М, рав­

продолжает поднимать один и тот же груз. Следовательно, останется

теплоту, нагревая резистор Л доб, то механическая мощность двига­ теля Р2 уменьшается. Это возможно только за счет снижения угловой скорости якоря, так как Р2=шМ. При этом уменьшается ЭДС якоря ровно на столько, чтобы ток якоря оставался прежним:

Ia=(U —КФш) /(Ra+R доб) •

На рис. 5.3 изображены естественные и искусственные харак­ теристики двигателей при R Доб1< Л Доб2<Лдобз. Точки пересечения их с механической характеристикой механизма дают установившиеся значения скорости.

Достоинства этого способа — надежность и простота. Недо­ статки: неэкономичность, обусловленная значительным током яко­ ря, а следовательно, бесполезным нагревом добавочных резисторов; необходимость многоступенчат,ого реостата и громоздкой аппаратуры

96

управления для получения а) плавного регулирования; со уменьшения жесткости меха­ нических характеристик и стабильности скорости; воз­

поля) угловая скорость якоря увеличивается. Физически этот про­ цесс можно объяснить следующим образом. Пусть статический мо­ мент сопротивления Md= const (в подъемном устройстве). При уменьшении потока возбуждения уменьшается прогиво-ЭДС якоря, следовательно, ток якоря увеличивается [см. (4.4)]. Это приводит к возрастанию вращающего момента [см. (4.1)] и к ускорению двига­ теля. Одновременно растет противо-ЭДС [см. 4.3)], а ток якоря уменьшается до величины, обеспечивающей заданный момент при пониженном магнитном потоке.

4—615

а

Этот способ регулирования весьма прост, экономичен, но ре­ гулирование ступенчатое, поэтому его применяют в совокупности с другими: включением резисторов в цепь якоря и ослаблением поля.

Схема с дросселями насыщения (рис. 5.9,а). Четыре вентиля составляют мостовую схему выпрямления. В два плеча ее вклю­ чены рабочие обмотки дросселей РО! и Р02. Насыщение сер­ дечников достигается пропусканием постоянного тока по обмоткам управления.

Рассмотрим принцип регулирования скорости. При увеличении постоянного тока' в обмотке управления увеличиваются напря­ женность магнитного поля Н и насыщение сердечника НС. При

на якоре увеличивается. Это приводит к возрастанию угловой скоро­ сти (о. Логическая цепочка показана на рис. 5.9, б.

ется от сети переменного тока. Недостатки дроссельного регу­ лирования: громоздкость, большая масса дросселей, а также их

§ 5.5. Импульсное регулирование угловой скорости электродвигателя

С помощью тиристорного преобразователя можно добиться ши­ рокого и экономичного регулирования угловой скорости двига-

100