книги / Электропривод, электрооборудование и основы управления

П р и м е ч а н и е . Д л и всех ти п о в д в и гател ей 2р = 4, 2а = 2.

§4.3. Режимы работы электродвигателей кгзг5иси/лого

ипараллельного возбуждения

вдвух режимах: двигательном, преобразуя электрическую энергию

вмеханическую, и генераторном, преобразуя механическую энергию

вэлектрическую.

Двигательный режим подробно изучался в курсе электрических машин [4] и рассмотрен в § 4.1, 4.2. Генераторный режим чадто называют тормозным, так как в якоре генератора возникает тор­ мозной электромагнитный момент. Такой режим используют в электроприводе при остановке, реверсировании, регулировании ско­ рости и т. д. Различают три вида тормо.жения: рекуперативное, ди­ намическое и противовключение.

Рекуперативное торможение. Оно получается, если якорь враща­ ется со скоростью, большей скорости холостого хода (а)> <о0). Тог­ да ЭДС Е = ЯФсо станет больше напряжения сети (Я >£/), а ток по обмотке якоря потечет в обратную сторону и будет отрицательным:

- la = (U— E ) /R a.

8'

специальных переключений в схеме, но действует только до тех пор, пока to >о)0. На рис. 4.4 показаны механические характеристики для двигательного режима (1) и рекуперативного торможения (4) при различных резисторах в цепи якоря. Рекуперативное торможение можно наблюдать при движении электропоезда под уклон с большой скоростью или при спуске груза. Характеристики располагаются во II и IV квадранте.

Динамическое торможение. Оно получается, если обмотку якоря

ЭДС и протекает ток —/„ = (0—Е) / (R a+ Rr), направление которого будет противоположно направлению тока в двигательном режиме

торможения. Его применяют на электротранспорте, в кранах, в станках-автоматах и других устройствах, где остановки и запуски достаточно часты. В таких случаях целесообразно сократить время переходных процессов, несмотря на усложнение схемы управления. Спуск груза можно производить не только в рекуперативном, но и в динамическом режиме.

Достоинства этого вида торможения — относительная простота и надежность, но есть и недостатки. По мере замедления якоря ЭДС, сила тока и момент уменьшаются. Таким образом, торможение эффективно только при больших скоростях, а в конце торможения приходится использовать электромагнитный тормоз. Другим недо­ статком является его неэкономичность. Кинетическая энергия электропривода переходит в электрическую, а затем в тепловую, как в самом двигателе, так и в тормозном резисторе.

Торможение противовключением. Его можно получить двумя способами: изменением направления тока в обмотке якоря или в обмотке возбуждения. Чаще применяют первый способ, так как он вызывает меньшую дугу на контактах переключающих аппа­ ратов, что способствует их меньшему износу.

При изменении направления тока в якоре (см. рис. 4.3,г) мо­ мент изменяет свой знак —М = К ( —1<дФ. Теперь ток в якоре про­ текает не под действием разности сетевого напряжения и ЭДС, а под действием их суммы: —/„ = (—U— E ) /( R a+ Rr). Поэтому ток противовключения значительно больше тока короткого замыкания и в десятки раз больше номинального. Соответственно таким же большим получается и тормозной момент.

Противовключение применяют для быстрой остановки станков с небольшим моментом инерции. Спуск груза в режиме противо­ включения можно себе представить так. Двигатель включен на подъем груза и создает вращающий момент М. Если груз увели­

84

чить, то может оказаться, что М С> М к, тогда двигатель и механизм начнут вращаться в обратную сторону. Механическая характерис­

фективность. Но слишком интенсивное торможение равносильно уда­ ру в электроприводе, что опасно для механической прочности всего устройства: двигателя, редуктора, механизма. Другой недоста­ ток — необходимость отключения двигателя от сети в момент, когда а) = 0, иначе произойдет реверсирование. Вручную сделать это не­ возможно, а автоматическое отключение требует определенной ап­ паратуры и точной ее настройки.

Кинетическая энергия и энергия, поступающая из сети, пре­ вращаются в тепловую, что неэкономично и опасно для обмоток якоря. Но большую опасность представляет собой повышенное искрение на коллекторе, которое может перейти в круговой огонь. Для ограничения тока и тормозного момента в цепи якоря, как и в предыдущих видах торможения, включают резистор.

Рассмотрев двигательный и тормозной режимы, видим, что механические характеристики, показанные на рис. 4.4, симметричны относительно начала координат; момент М и скорость ш в III квад­ ранте имеют отрицательный знак, т. е. направлены в одну и ту же сторону, что соответствует двигательному режиму с обратным враще­ нием; квадранты II и IV соответствуют тормозным режимам, так как момент и скорость имеют противоположные знаки.

Спуск груза может производиться не только в тормозном, но и в двигательном режиме.* Если масса груза невелика, а трение в механизме большое, то силы притяжения груза к земле будет не­ достаточно, чтобы преодолеть силу трения. Тогда включают дви­ гатель так, чтобы его момент помогал грузу спускаться. Такой спуск называют силовым. Его часто используют в лифтах, где име­ ется противовес, который почти полностью компенсирует вес кабины.

§ 4.4. Расчет тормозных резисторов электродвигателей независимого и параллельного возбуждения

Цель расчета — определение сопротивления резисторов, которые нужно включить в цепь якоря, чтобы понизить силу тока в ней в начальный момент торможения до допустимой величины. Ско­ рость и момент в начале торможения известны из технологических особенностей работы механизма и обычно задаются в условии зада­ ния. Вместе с тем часто считают начальной скоростью наиболее неблагоприятный режим — максимальную скорость при минималь­ ном статическом моменте сопротивления. Вместо момента иногда задают начальный ток якоря, пропорциональный моменту, поэтому можно записать

85

Электродвижущая сила якоря пропорциональна скорости, поэтому

Резисторы выбирают по каталожным данным с учетом величины сопротивления, допустимой силы тока и продолжительности вклю­ чения (см. § 2.18).

Пример 4.2. Рассчитать тормозное сопротивление в цепи якоря, при котором

5.Для построения механической характеристики определяем тормозной момент Мт= 0,7МИом= 0,7 • 42,8 = 30 Н . м.

6.Строим механическую характеристику (см. рис. 2.3, в) по двум точкам с

ЗА ДА Н И Е 4.2. Расчет сопротивлений тормозных резисторов двигателя парал­ лельного возбуждения

Рассчитать сопротивления тормозных резисторов двигателя из задания 4.1 для начальных условий торможения, если в режиме рекуперативного торможения со* = 1,3;

Используем условие и результаты расчетов примера 4.1.

86

Для расчета тормозных резисторов можно использовать результаты расчетов зада­ ния 4.1.

§ 4.5. Механические характеристики электродвигателя последовательного возбуждения и их расчет

Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения характеризуются тем, что у них токи якоря и возбуждения равны (рис. 4.5, а) . Следовательно, поток возбуждения зависит от нагруз­ ки. Чем больше нагрузка, тем больше ток якоря, ток возбуждения и магнитный поток машины. Механическая характеристика (4.8) описывается квадратичным уравнением относительно потока. Следо­ вательно, зависимость ы = / ( М) нелинейна (кривая 1, рис. 4.5 ).

87

мой величины. Принцип торможения точно такой же, как в двига­ телях постоянного тока параллельного возбуждения. Механические характеристики для рассматриваемой схемы прямолинейны (кри­

буждения отключается от сети и питается от якоря, причем ток в обмотке возбуждения и поток не должны изменять своего направ­ ления. В противном случае остаточный поток и поток возбуждения будут направлены встречно, произойдет размагничивание машины, самовозбуждения не возникнет и торможения не получится. Ме­ ханические характеристики криволинейны, что характерно для по­ следовательного возбуждения (кривые 3, рис. 4.9).

Недостатком динамического торможения с самовозбуждением является еще меньшая эффективность торможения при малых ско­ ростях, чем при независимом возбуждении. Это объясняется тем, что ЭДС по мере замедления уменьшается не только за счет умень­ шения скорости, но и потока возбуждения. Но схема имеет и' не­ которые преимущества. Например, ее применяют при аварийном торможении, когда исчезает питание или отказывает тормоз при спуске груза.

Торможение противовключением получается так же, как и у дви­ гателей параллельного возбуждения, т. е. изменением направления

§ 4.7. Механические характеристики и режимы работы электродвигателя смешанного возбуждения

Двигатели смешанного возбуждения, имеющие главную парал­ лельную и легкую последовательную (стабилизирующую) обмотки, формально считаются двигателями параллельного возбуждения. Это объясняется тем, что их механические и скоростные характеристики близки к характеристикам двигателя параллельного возбуждения, но более жесткие, так как обмотки возбуждения включены встречно. В таких двигателях МДС последовательной обмотки составляет 3—5% от общей МДС.

Двигателями смешанного возбуждения в справочной литературе называют такие, у которых МДС последовательной обмотки при номинальной нагрузке составляет не менее половины от общей МДС, а обмотки возбуждения включены согласно (рис. 4.10, а), поэтому механические и скоростные характеристики близки к характеристикам двигателей последовательного возбуждения. Их от­ личительная особенность — конечное значение скорости холостого хода. В [1] приводятся универсальные характеристики двига­ телей смешанного возбуждения (рис. 4.10, б). Тормозные режимы двигателей смешанного возбуждения имеют сврю специфику. Напри-

90