книги / Электрооборудование одноковшовых экскаваторов

Полярность обмоток дополнительных полюсов согласовывается с полярностью обмоток главных полюсов (независимой обмоткой возбуждения). За главным полюсом в направлении вращения яко­ ря должен располагаться дополнительный полюс той же поляр- : ности.

Исполнение электродвигателей подъема, тяги и на­ пора горизонтальное, а поворота — вертикальное. Кор­ пуса у разъемных электродвигателей (ДПЭ-82, ДПЭ-72 и др.) для удобства выемки якорей разнимаются на две части по горизонтальной плоскости, несколько выше цен­ тральной линии, которые скрепляются болтами.

Техническая характеристика двигателей постоянного тока главных механизмов одноковшовых экскаваторов приведена в приложении 1 .

3-8. ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ПОПЕРЕЧНОГО ПОЛЯ

На экскаваторах средней и большой производитель­ ности электромашинные усилители (ЭМУ) поперечного поля используются для питания обмоток независимого возбуждения генераторов.

Электромашинный усилитель поперечного поля (рис. 3-19,а) представляет собой специальную машину постоянного тока. Электромашинный усилитель отли­ чается от обычного генератора постоянного тока , нали­ чием двойного комплекта щеток, один из которых уста­ навливается по поперечной оси q—q', другой — по про­ дольной d—df. Пакет стали статора ЭМУ не имеет явно выраженных полюсов, поэтому магнитная проницае­ мость по продольной и поперечной осям усилителя при­ мерно одинакова. Комплект щеток q—q' располагается, как и у обычных генераторов, подсоединяется накорот­ ко проводником малого сопротивления; ко второму ком­ плекту щеток d—d' подключается нагрузка.

Под действием м. д. с. Fy обмотки управления ОУ по продольной оси возникает магнитный поток Фу и в обмотке вращающего якоря наводится э. д. с. Eq, ко­ торая снимается щетками, расположенными по попереч­ ной оси.

Ток поперечной цепи lq, проходя по обмотке якоря, в свою очередь создает свой магнитный поток — поток реакции якоря . Фд> неподвижный в пространстве и сдви­ нутый по отношению к потоку возбуждения Фу на 90° (поэтому этот поток называют еще поперечным), и ве-

101

личина его значительно больше потока возбуждения Фу. Обмотка якоря, вращаясь, пересекает, кроме потока возбуждения Фу, поток реакции якоря Фд, который ин­ дуктирует э. д. с. E'd на продольных щетках d—d' (вы­ ходных), значительно большую, чем на короткозамкну­ тых щетках, чем при неизменной нагрузке обусловит значительный ток. Этот принцип управления большими мощностями на выходе с помощью небольшой мощности на входе благодаря использованию поперечной реакции якоря и лежит в основе работы ЭМУ.

Исходя из сказанного в ЭМУ происходит двукратный процесс усиления мощности по сравнению с обычным генератором постоян­ ного тока, поэтому ЭМУ можно представить как каскад двух ге­ нераторов постоянного тока — возбудителя и генератора. Первый каскад усиления ЭМУ включает в себя обмотку управления и

Рис. 3-19. Электромашинный усилитель поперечного поля.

а — принципиальная схема; б — характеристики холостого хода; о — внешняя характеристика.

102

короткозамкнутую цепь якоря, второй — ту же короткозамкнутую цепь, являющуюся обмоткой возбуждения второго каскада (совме­ щенную с якорной обмоткой), и выходную цепь якоря (щетки d-d ').

Общий коэффициент усиления ЭМУ по мощности будет:

витков, так как потребная от нее м. д. с. при высоком коэффици­ енте усиления незначительна.

Малая м. д. с. задающей обмотки определяет малую ее массу, а следовательно, большее быстродействие. Электромагнитную по­ стоянную времени Т обмотки управления ЭМУ с поперечным полем можно определить из выражения

При замыкании выходных щеток d—d' на внешнюю цепь через якорь ЭМУ проходит ток внешней нагрузки, создающий свой продольный поток реакции якоря Ф<|, на­ правленный навстречу потоку управления. Вследствие этого значительно уменьшается выходное напряжение, внешняя характеристика ЭМУ — зависимость напряже­ ния выхода от тока нагрузки (рис. 3-19,в) — становится резко падающей (прямая /). Поэтому использование ЭМУ как усилителя стало бы нецелесообразным.

Для устранения размагничивающего действия про­ дольного потока в пазы полюсов ЭМУ укладывают ком­ пенсационную обмотку КО (рис. 3-19,а), включаемую последовательно в цепь нагрузки и создающую магнит­ ный поток Фко, направленный навстречу потоку Ф<* и компенсирующий его действие. Этим создают достаточ­ но жесткую внешнюю характеристику ЭМУ (прямая 2, рис. 3-19,в). Так как обеспечить точную компенсацию продольного потока посредством только нерегулируемой компенсационной обмотки конструктивно трудно, ее де­ лают так, чтобы создаваемый обмоткой поток Фко, как правило, превышал продольный поток на 10—15%. Тре­ буемой степени компенсации достигают с помощью шун­ тирующего резистора гк.

103

Если поток Фа будет больше потока Фко, то ЭМУ будет н е д о к о м п е н с и р о в а н (характеристика /), и наоборот, когда продольный поток Фа меньше потока Фко, ЭМУ будет пере к о м п е н с и р о в а н (характери­ стика 5); при равенстве этих потоков компенсация бу­ дет п о л н о й (характеристика 2).

имеют нелинейную зависимость, что вызывается нели­ нейным. сопротивлением щеточных контактов, нелиней­ ной зависимостью индукции от напряженности поля при малых значениях индукции, гистерезисом и насыщением магнитной цепи ЭМУ по поперечной оси при достаточно больших значениях тока Iq, являющегося током возбуж­ дения второго каскада.

Для обеспечения нормальной коммутации под щет­ ками по продольной оси ЭМУ устанавливаются допол­ нительные полюсы с обмоткой ДП (рис. 3-19,а).

104

Несмотря на применение компенсационной обмотки и обмотки дополнительных полюсов, характеристики хо­ лостого хода ЭМУ неоднозначны (кривая 2, рис. 3-19,6) и непрямолинейны.

Для улучшения характеристики ЭМУ применяют отрицательные обратные связи по напряжению (см. под­ робнее § 6-8), воздействующие на одну из его обмоток управления. Экспериментальная характеристика 1 хо­ лостого хода ЭМУПО U=f(Fy) с отрицательной обрат­ ной связью по напряжению показана на рис. 3-19,6.

Усилители имеют несколько управляющих обмоток. Это позволяет алгебраически суммировать входные сиг­ налы управляющих обмоток. Наиболее существенное требование, предъявляемое к ЭМУ, — быстродействие усилителя, т. е. способность быстро изменять параметры на выходе машины. Для ускорения, переходных процес­ сов в системах управления главным приводом ЭМУ ча­ сто работает в форсировочном режиме, т. е. при значи­ тельном повышении напряжения на обмотке управле­ ния, вызывающем нарастание тока управления до 5-, 9-кратного номинального, тока. При этом ЭМУ быстрее возбуждается, а время переходных процессов сокра­ щается до сотых долей секунды.

Следует отметить, что электромашинный усилитель в целом представляет собой довольно сложную электрическую вращающую­ ся машину. Щеточный аппарат и коллектор ЭМУ в эксплуатации требуют тщательного ухода, и их неудовлетворительное состояние или случайное нарушение степени компенсации изменяет нормаль­ ную работу ЭМУ. Он не стабилен в работе и склонен к колебаниям. Поэтому в настоящее время ЭМУ постепенно вытесняются из си­ стем управления электроприводом экскаваторов и заменяются более простыми по конструкции и надежными в эксплуатации статически­ ми аппаратами — магнитными усилителями (МУ). Техническая ха­ рактеристика электромашинных усилителей, применяемых в схемах

3-9. ПРИНЦИП РАБОТЫ МАГНИТНОГО УСИЛИТЕЛЯ

В системе автоматического управления и регулиро­ вания электроприводов главных механизмов экскавато­ ров, как отмечалось в § 3-1, широко применяются МУ для непосредственного управления полем возбуждения генераторов (силовые магнитные усилители — СМУ).

Те магнитные усилители, которые используются для увеличения общего коэффициента усиления системы и нагрузкой которых являются ЭМУ или СМУ, принято

105

Называть п р о м е ж у т о ч н ы м и магнитными усилителя­

ми (ПМУ).

Простейший МУ, принципиальная схема которого по­ казана на рис. 3-20,а, представляет собой сердечник из ферромагнитного материала, на котором намотана ин­ дуктивная катушка L, состоящая из wp витков, и после­

пользовании реостата* Rp для изменения его сопро­ тивления необходимо ме­ ханически перемещать

движок Да; используя же индуктивную катушку со сталь­ ным сердечником, изменять индуктивное сопротивление ее можно чисто электрическим путем.

Для этого, помимо основной рабочей обмотки wp (рис. 3-20,а), на сердечнике необходимо иметь вторую обмотку wy, которая служит для подмагничивания сердечника постоянным током /у. При прохождении по обмотке управления wy тока подмагничивания /у возни­ кает магнитный поток Фу, изменяющий . магнитное со­ стояние (степень насыщения) сердечника. От степени на­ магничивания сердечника зависит магнитная проницае­ мость р стали, а следовательно, индуктивность катушки L и ее индуктивное сопротивление xL переменному току.

Индуктивное сопротивление катушки wp при посто­ янной частоте f напряжения, подводимого к ней, зависит

ОТ ИНДУКТИВНОСТИ ИЛИ *1=2nfL.

В свою очередь индуктивность L катушки зависит от активного сечения сердечника Sc, длины средней линии

106

Так как Sc, /с и wp для данного МУ являются неиз­ менными, то L, а следовательно, и Хь зависят от маг­ нитной проницаемости р, которая в свою очередь зави­ сит от степени намагничивания сердечника.

Чем сильнее намагничен сердечник катушки wp (чем больше постоянный поток Фу, создаваемый током /у), тем меньше проницаемость р стали для переменного магнитного поля Ф и, следовательно, тем меньше индук­ тивность L рабочей обмотки. С уменьшением индуктив­ ности ток нагрузки растет, и значение его определяется формулой

где Z — полное сопротивление всей цепи; L, Хь, гк — ин­ дуктивность, индуктивное и активное сопротивления ка­ тушки.

При значительном намагничивании магнитная про­ ницаемость сердечника резко уменьшается, стремясь к минимальному значению, равному проницаемости воз­ духа роИными словами, весь поток Ф^, вытесняется из стали и замыкается через воздух, индуктивность стано­

107

достигает минимального значения 1Х при отсутствии то­ ка намагничивания (рис. 3-21).

Таким образом, принцип работы М У заключается в том, что при помощи небольшого тока в цепи обмоток управления управляют значительным током и, следова-. тельно, мощностью, в рабочей цепи М У . Для того, чтобы эффект усиления М У был большим, необходимо, чтобы индуктивное сопротивление x L было значительно больше сопротивления нагрузки R B- •

Под управляющими или входными сигналами пони­ мают напряжение и7, прикладываемое к управляющей цепи усилителя, а под выходной величиной — падение напряжения Uu на резисторе Ra при прохождении по нему рабочего тока / н: Ua= I HRB. Магнитный усилитель, схема которого показана на рис. 3-20,а, имеет следую­ щий недостаток: прохождение переменного тока по ра­ бочей обмотке wp индуктирует в его управляющей об­ мотке 'wy переменный ток, который нарушает работу МУ. Для того, чтобы избежать наведения э. д. с., в управляющей обмотке используют два замкнутых

108

стальных сердечника, на каждом из которых имеется по одной рабочей обмотке переменного тока wp,1 и wPi2, соединенных последовательно и встречно (рис. 3-22) или встречно-параллельно (рис. 3-23). Рабочие обмотки под­ ключаются к источнику питания переменного тока через сопротивление нагрузки Rn. Одна обмотка управления

ные, на разных сердечниках, соединяют последовательно и согласно (рис. 3 -2 2 ).

Применение двух встречно включенных рабочих об­ моток позволяет.взаимно компенсировать э. д. с., индук­ тирующиеся в обмотка,х управления •при прохождении переменного тока по обмоткам иур. ДлЪ определения на­

о.бмотки отмечается лишь точкой или буквой Я. Примем условно, что в рассматриваемый полупериод питающего напряжения потенциал точки а (плюс) выше потен­ циала точки б (минус). Поэтому ток на рис. 3-22 и 3-23 проходит по рабочей обмотке tOp.i сердечника / от нача­ ла к концу обмотки, а в обмотке wpo от кон'ца к нача­

т.'е. находятся в противофазе (встречно направлены). Следовательно, индуктированные ими в обмотке управ­ ления э. д. с. направлены также навстречу и поэтому взаимно компенсируются, и МУ уже не работает как трансформатор.

Встречаются и другие схемы МУ, где встречно вклю­ чают уже обмотки управления. В этом случае э. д. с.? индуктирующиеся в них при прохождении переменного тока по рабочим обмоткам, направлены встречно и, сле­ довательно, взаимно компенсируются.

Статическая нагрузочная характеристика МУ есть за висимость рабочего тока /п от тока управления /у. Она изображается кривой Ju—f(Iy) (см. рис. 3-21) и назы­ вается еще зависимостью '«вход — выход». Ее снимают при условии, что напряжение £/_ и сопротивление Rn остаются неизменными. По горизонтальной оси откла­ дываются различные значения тока управления /у (по­ казания амперметра А\) (см. рис. 3-20,а), по вертикаль-