Учебное пособие: Синхронные машины. Машины постоянного тока
 , (2.89)
где ΔР – потери в цепи якоря; Р1
– мощность, подведенная к якорю.
Решая уравнение (2.89) относительно ΔР, получим
 , (2.90)
т.е. потери линейно возрастают с уменьшением частоты
вращения якоря.
Очевидно, что данный метод позволяет только уменьшать
частоту вращения по сравнению с частотой при естественной характеристике.
Иногда существенным является то обстоятельство, что при включении в цепь якоря
значительного сопротивления характеристики двигателя становятся крутопадающими («мягкими»),
вследствие чего небольшие изменения нагрузочного момента приводят к большим
изменениям частоты вращения.
Изменение магнитного потока двигателя. Чтобы изменить магнитный поток, необходимо регулировать
ток возбуждения двигателя. При различных магнитных потоках Ф1 и
Ф2 частоты вращения будут определяться формулами:
 (2.91)
Рис. 2.69 – Скоростная
и механическая характеристики двигателя с параллельным возбуждением при
регулировании частоты вращения путем изменения магнитного потока
В двигателе с параллельным возбуждением, например, частота
вращения при холостом ходе и уменьшение ее при нагрузке изменяются обратно
пропорционально изменению магнитного потока:
 . (2.92)
Таким образом, скоростные характеристики двигателя при
различных магнитных потоках не являются параллельными (рис. 2.69, а). Эти
характеристики пересекаются при частоте вращения, равной нулю, так как в данном
случае Е =сеФn = 0 и ток не зависит от величины
потока:
 ; (2.93)
он определяется величинами напряжения и сопротивления цепи
якоря. Величину тока Iак при n = 0 называют
током короткого замыкания.
Механические характеристики для двигателя с параллельным
возбуждением строятся на основании следующих соображений. Каждая из
механических характеристик является практически линейной (если пренебречь
реакцией якоря) и может быть построена по двум точкам: точке холостого хода, в
которой момент равен нулю, и точке короткого замыкания, в которой момент
максимален.
Сравнивая моменты в режиме короткого замыкания при
различных значениях магнитного потока, получим
 . (2.94)
Таким образом, при уменьшении магнитного потока частота
вращения холостого хода возрастает, а момент при коротком замыкании снижается.
Следовательно, механические характеристики, построенные при различных величинах
магнитного потока, пересекаются при частоте вращения, меньшей частоты вращения
при холостом ходе, но большей нуля (рис. 2.69, б). Рассматривая
механические характеристики, можно сделать вывод, что при величинах
нагрузочного момента, существенно меньших Мкр, снижение
потока ведет к увеличению частоты вращения.
Рис. 2.70 – Механические
характеристики двигателей с параллельным и последовательным возбуждением
большой и средней мощностей:
1-при нормальном
возбуждении, 2 – при уменьшении магнитною потока
Это является характерным для двигателей средней и большой
мощностей (рис. 2.70, а), где в рабочем диапазоне изменения токов
имеют место небольшие падения напряжения в якоре (для получения высокого к. п.
д.).
В микромашинах уменьшение потока, т.е. тока возбуждения,
обычно применяют для снижения частоты вращения.
Рис. 2.71 – Включение
регулировочного реостата в двигателе с последовательным возбуждением
Аналогично располагаются скоростные и механические
характеристики двигателя с последовательным возбуждением; поэтому в двигателях
большой и средней мощностей при уменьшении магнитного потока частота вращения
возрастает (рис. 2.70, б). Уменьшение магнитного потока в этом
двигателе осуществляется обычно путем включения регулировочного реостата rp.в параллельно обмотке возбуждения (рис. 2.71),
вследствие чего ток возбуждения
 , (2.95)
где rр.в-сопротивление регулировочного
реостата, включенного параллельно обмотке возбуждения; kp.в = Iв/Ia – коэффициент
регулирования возбуждения.
Рис. 2.72 – Скоростные
и механические характеристики двигателей
с параллельным
(независимым) (а) и последовательным (б) возбуждением при
регулировании частоты вращения путем изменения напряжения на зажимах якоря
Рассмотренный метод регулирования весьма прост и
экономичен, поэтому его широко применяют на практике. Однако регулирование
частоты вращения этим методом можно осуществить только в сравнительно небольшом
диапазоне; обычно nмакс/nмин = 2
÷ З. Нижний предел nмин ограничивается насыщением
магнитной цепи машины, которое не позволяет увеличивать в значительной степени
магнитный поток. Верхний предел nмакс определяется условиями
устойчивости (при сильном уменьшении Ф двигатель идет в «разнос»), а также тем,
что при глубоком ослаблении возбуждения резко увеличивается искажающее действие
реакции якоря и растет реактивная э.д.с, что повышает опасность возникновения
искрения на коллекторе и появления кругового огня. По этой причине двигатели,
предназначенные для работы в режимах глубокого ослабления возбуждения, должны
иметь компенсационную обмотку и пониженную величину реактивной э. д. с. при
номинальном режиме.
Изменение напряжения на зажимах якоря. При различных напряжениях на зажимах якоря U1 и U2 частоты вращения
будут соответственно определяться формулами:
 ;
 .
В двигателе с параллельным возбуждением частота вращения
холостого хода изменяется пропорционально изменению напряжения:
 , (2.96)
а падение частоты вращения при одинаковой нагрузке остается
неизменным:
 . (2.97)
В связи с этим скоростные характеристики n = f(Ia) двигателя с параллельным возбуждением представляют собой семейство
параллельных прямых 1, 2 и 3 (рис. 2.72, а).
Механические характеристики n = f(M) получаются из скоростных простым изменением масштаба по оси
абсцисс, так как момент пропорционален току якоря.
Скоростные и механические характеристики двигателя с последовательным
возбуждением в основном строятся аналогично (рис. 2.72, б).
Регулирование частоты вращения двигателя путем изменения
напряжения на зажимах якоря обычно ведут «вниз», т.е. уменьшают напряжение и
частоту вращения по сравнению с номинальными.
Электрические двигатели, как правило, используют не только
для вращения механизмов, но и для их торможения. Торможение необходимо в том
случае, если нужно быстро остановить механизм или быстро уменьшить его частоту
вращения. Применение механических тормозов для этих целей затруднительно из-за
нестабильности их характеристик, малого быстродействия и трудностей
автоматизации.
Различают три вида тормозных режимов двигателей постоянного
тока:
1) генераторное торможение с отдачей электрической энергии
в сеть (рекуперативное торможение);
2) генераторное торможение с гашением выработанной энергии
в реостате, подключенном к обмотке якоря (реостатное, или динамическое, торможение);
3) электромагнитное торможение (торможение
противоключением).
Во всех указанных режимах электромагнитный момент М воздействует
на якорь в направлении, противоположном n, т.е. является тормозным.
Рассмотрим более подробно эти режимы.
Рекуперативное торможение. Двигатель с параллельным возбуждением переходит в режим
рекуперативного торможения при увеличении его частоты вращения n свыше
частоты вращения n0 = U/сеФ. В этом
случае э. д. с. машины становится больше напряжения сети и ток меняет свое
направление:
 , (2.98)
т.е. двигатель переходит в генераторный режим, создает
тормозной момент, а выработанная электрическая энергия отдается в сеть и может
быть полезно использована.
Переход машины с параллельным возбуждением из двигательного
режима в генераторный может происходить автоматически, если под действием
внешнего момента якорь будет вращаться с частотой, большей частоты вращения
холостого хода: n > n0. Можно перевести машину в
генераторный режим и принудительно, уменьшив частоту вращения n0
за счет увеличения магнитного потока (тока возбуждения) или снижения
напряжения, подводимого к двигателю. Механические характеристики в генераторном
режиме являются продолжением механических характеристик, имеющих место в
двигательном режиме, в область отрицательных моментов (рис. 2.73).
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43 |
