Регулирование скорости электродвигателя постоянного тока

В электроприводах постоянного тока скорость регулируется тремя способами:

1) напряжением U на якоре;

2) изменением магнитного поля Ф возбуждения;

3) включение добавочных резисторов R_доб в цепь якоря.

Эти возможности вытекают из уравнения механической характеристики ДПТ постоянного тока независимого возбуждения:

. (6.6)

Первый способ может быть реализован только при уменьшении напряжения ниже номинального. Он обеспечивает следующие показатели регулирования:

1) диапазон (8 - 10): 1 в разомкнутых системах и более 1000 – в замкнутых системах регулирования;

2) плавность регулирования высокая;

3) направление регулирования – вниз от естественной характеристики;

4) стабильность характеристик соответствует естественной характеристики (в замкнутых системах регулирования);

5) экономичность регулирования высокая;

6) допустимый момент при регулировании постоянный (рисунок 6.2).

Рисунок 6.2. Механические характеристики ДПТ постоянного тока независимого возбуждения при регулировании напряжения на якоре (а) и те же характеристики при питании якоря тиристорного управляемого выпрямителя (б): α – угол открытия тиристора; линия 1 – 2 граница прерывистых токов.

При питании якоря от тиристорного управляемого выпрямителя механические характеристики имеют меньшую жесткость за счет большего падения напряжения в цепи якоря. При малых моментах наступает режим прерывистых токов, при котором имеет место резкий подъем характеристик (рисунок 6.2 б). Чем больше угол включения α тиристора, тем больше зона прерывистых токов.

Для реализации этого способа регулирования используются тиристорные управляемые выпрямители (рисунок 6.3).

Рисунок 6.3. Схема тиристорного управляемого выпрямителя: L – дроссель реактор); СИФУ – система импульсно фазового управления тиристорами VS1 – VS6; ЗС – задатчик скорости.

Второй способ может быть реализован только при уменьшении магнитного поля Ф относительно номинального значения Ф_н. Из уравнения (6.6) видно, что скорость вращения при этом будет возрастать. Он обеспечивает следующий показатель:

1) диапазон до двух в обычных двигателях и до 8 – специальных двигателях;

2) плавность высокая;

3) направления регулирования скорости - вверх от естественной характеристики;

4) стабильность характеристик с уменьшением потока уменьшается;

5) экономичность высокая;

6) допустимая мощность Р=const (момент уменьшается с ростом скорости).

Механическая характеристика изображена на рисунке 6.4:

Рисунок 6.4. Механические характеристики ДПТ постоянного тока независимого возбуждения при регулировании скорости изменения магнитного потока.

В современных приводах способ реализуется путем использования однофазного тиристорного регулятора для обмотки возбуждения или выпрямителя с переменным резистором (для малых двигателей).

Обратите внимание, что манипуляции с током возбуждения опасны. При обрыве цепи возбуждения (Ф=0) и в соответствии с уравнением 6.1 скорость двигателя стремится в бесконечность. Реально она стремится увеличится в 3 – 5 раз, ЭДС якоря пропадает и ток резко увеличивается. Это аварийный режим для двигателя. Чтобы избежать этого, в цепь обмотки возбуждения включают токовое реле минимального тока, которое при исчезновении тока возбуждения отключит силовой контактор и при образователь будет отключен от сети.

Третий способ самый простой и древний. Он реализуется путем включения в цепь якорь добавочных резисторов. При этом используются контакторы или контроллеры управления с регулировочными реостатами.

Этот способ обеспечивает следующие показатели регулирования:

1) диапазон – 2, 5: 1;

2) регулирование ступенчатое;

3) направление изменения скорости – вниз от естественной, при этом все характеристики выходят из одной точки ω ₀;

4) стабильность характеристик уменьшается;

5) экономичность низкая, потому что на добавочном резисторе потери мощности ;

6) допустимый момент постоянный (рисунок 6.5).

Рисунок 6.5. Механические характеристики ДПТ независимого возбуждения при регулировании скорости включением добавочных резисторов в цепь якоря.

Выводы:

1) наилучший способ регулирования скорости ДПТ – изменения напряжения на якоре;

2) наихудший способ – включения добавочных резисторов в цепь якоря. Его можно использовать только для кратковременного снижения скорости;

3) способ регулирования скорости изменением магнитного потока встречается редко. Его используют для расширения диапазона регулирования электропривода вверх при двух зонном регулировании (вниз и вверх от естественной).

Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения подвержены тем же способом регулирования скорости рассмотренным выше, но имеются следующие особенности:

1) включение резисторов в цепь якоря ДПТ последовательного возбуждения, несмотря на потери мощности, широко используются в крановых и тяговых установках;

2) регулирование возбуждения осуществляется путем шунтирования обмотки возбуждения резистором, при этом поток Ф уменьшается, а скорость растет;

3) для снижения скорости вращения можно шунтировать обмотку якоря резистором;

4) в некоторых транспортных установках используются два одинаковых двигателя последовательного возбуждения. Переключая их с последовательного соединения на параллельное и используя два добавочных резистора, можно получить пять различных скоростей вращения, не изменяя регуляторы напряжения. В простых транспортных установках (электрокарах) этот способ используется.