Электромагнитные переходные процессы в цепях возбуждения и форсирование процессов возбуждения

Как известно, основным способом регулирования скорости двигателей постоянного тока является изменение напряжения или магнитного потока, что достигается изменением тока возбуждения i_В самого двигателя, либо питающего двигатель преобразователя (в системе ГД – генератора, в системе ТПД – изменением напряжения управления). В случае двигателя или генератора независимого возбуждения, что имеет место в системе ГД, переходные процессы в цепях возбуждения можно рассматривать изолированно от остальных процессов, происходящих в приводе. Если пренебречь реакцией якоря и влиянием вихревых токов, то i_B не зависит от тока якоря. Переходный процесс в цепи возбуждения описывается выражением.

Обычно L_B не равно const. Но если машина работает на линейной части кривой намагничивания, то можно считать L_B=const и решение уравнения дает закон изменения тока возбуждения

, где -электромагнитная постоянная цепи возбуждения

Как видно, ток в цепи возбуждения при изменении напряжения нарастает или спадает по экспоненциальному закону. Т.к. обмотки возбуждения обладают сравнительно большой индуктивностью, переходный процесс в них протекает сравнительно медленно. В зависимости от мощности и скорости машин постоянная Т_В находится в пределах от десятых долей секунды до 2-4 секунд. С увеличением мощности и уменьшением скорости Т_В увеличивается (При мощности 1, 5-15 кВт Т_В=0, 2-0, 6, а при мощности 3000 кВт и более Т_В=2-4 сек.). Т.к. переходный процесс длится в течение t=(3-5)Т_В, то это существенно сказывается на производительности рабочих машин, если не принять мер к ускорению (форсированию) переходного процесса, в частности, ускорению нарастания тока возбуждения. Как правило, форсирование возбуждения осуществляется за счет приложения к обмотке возбуждения машины повышенного напряжения на весь период нарастания тока возбуждения. Рассмотрим вопрос форсировки на примере системы ГД. При пуске двигателя повышенное напряжение прикладывается к обмотке возбуждения генератора на весь период разгона двигателя до основной скорости, а при разгоне его в зоне выше основной скорости, напротив, напряжение U_B в цепи возбуждения двигателя с целью ослабления потока кратковременно снижается.

Пусть к обмотке возбуждения генератора на время разгона двигателя приложено напряжение в a раз больше, чем необходимо для получения требуемого тока возбуждения , при котором напряжение, развиваемое генератором, равно заданному. Ток возбуждения будет изменяться по закону при i_в.нач=0.

Как только i_в достигнет значения , форсировка должна быть прекращена, т.к. напряжение генератора достигнет требуемого значения. Очевидно, при наличии форсировки i_в достигнет значения i_в.уст значительно раньше (за время t₂), чем при отсутствии форсировки.

Для момента достижения током i_в значения, равного , можно написать

и . Для оценки t₂ определим далее

Если при отсутствии форсировки принять t₁=5T_B, то ; При a=2 t₂=0, 14t₁, т.е. процесс нарастания тока возбуждения увеличивается ~ в семь раз. Форсирование возбуждения не только сокращает длительность переходного процесса, но и улучшает его качество, т.к. нарастание i_в и, следовательно, ЭДС и напряжения генератора становится более равномерным.

При вентильном возбуждении тиристорный возбудитель должен иметь большой запас по напряжению. В нормальном режиме он работает с большим зарегулированием, а при форсировке вентили открываются полностью, чем достигается быстрый подъем тока возбуждения, а значит и напряжения генератора.

Уравнение равновесия для контура системы вентильного возбуждения имеет вид

Закон изменения тока возбуждения при включении

, где

При мгновенном изменении угла регулирования от a₁ до a₂