![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Основные сведения. Рассмотрим способы регулирования частоты вращения электродвигателей постоян-
Рассмотрим способы регулирования частоты вращения электродвигателей постоян- ного тока на примере электродвигателя с независимым (параллельным) возбуждением. Уравнение естественной механической характеристики двигателя имеет вид ω = где ω – угловая скорость якоря; U – напряжение на обмотке якоря; .k – постоянный коэффициент; Ф – магнитный проток обмотки (обмоток) возбуждения; М – электромагнитный момент электродвигателя; R Из уравнения следует, что скорость двигателей с независимым (параллельным) возбуждением можно регулировать тремя способами: 1. изменением напряжения на обмотке якоря двигателя U; 2 изменением сопротивления цепи обмотки якоря R 3. изменением магнитного потока полюсов Ф. Первый способ регулирования – изменением напряжения на обмотке якоря, приме няется только для двигателей с независимым возбуждением в т.н. «системах генератор – двигатель» (см. ниже). Второй способ – изменением сопротивления цепи обмотки якоря, на практике осуществляется путем введения добавочных резисторов последовательно с обмоткой якоря. Этот способ позволяет изменить скорость двигателя только вниз от основной, при чем с увеличением сопротивлений скорость двигателя уменьшается. Это объясняется уве- личением падения напряжения в добавочных резисторах и уменьшением напряжения на зажимах якоря. Положительное качество данного способа регулирования - его простота, т.к. он осуществляется путем введения (выведения) ступеней регулировочного реостата в цепь обмотки якоря двигателя. Основным недостатком способа является большой расход энергии в добавочных резисторах. Этот способ применяется в электроприводах грузоподъемных механизмов и якор- но-швартовных устройств на постоянном токе. Третий способ – изменением магнитного потока полюсов, на практике осуществля- ется путем введения добавочных резисторов последовательно с параллельной обмоткой возбуждения. При этом магнитный поток возбуждения уменьшается, а скорость якоря увеличивается. Скорость двигателей, специально сконструированных для работы с регулируемым потоком, может превышать номинальную в три раза и более, скорость остальных двигате- лей повышается на 10 - 20 %. Верхний предел скорости ограничен условиями коммута- ции, механической прочности или нагревом двигателя. Положительное качество данного способа регулирования - его экономичность, т.к. расход электроэнергии в регулировочном резисторе мал из-за небольшого значения тока возбуждения в цепи параллельной обмотки. Основными недостатками способа являются возможность регулирования скорости только вверх от номинальной, а также увеличение тока якоря во столько раз, во сколько раз ослаблен магнитный поток. Последняя особенность не позволяет применять этот способ регулирования при ра- боте электропривода с номинальным моментом, т.к. при ослаблении потока ток якоря пре высит номинальный, что недопустимо. Поэтому этот способ регулирования применяется в электроприводах грузоподъем- ных механизмов и якорно-швартовных устройств для получения высоких скоростей при перемещения холостого гака (грузовые лебедки и краны) или швартовного каната (бра- шпили, шпили), т.е. при небольшой нагрузке на валу электродвигателя.
2.2. Регулирование скорости в системе «генератор – двигатель» (Г – Д) Система Г-Д как минимум состоит из трех электрических машин: 1. исполнительного электродвигателя М2, приводящего в действие механизм; 2. генератора G1, питающего исполнительный ЭД; 3. приводного электродвигателя Ml, вращающего якоря генератора G1 и образую- щего с ним так называемый преобразователь. Машины М2 и G1 - постоянного тока с независимым возбуждением. Несмотря на это, система Г-Д может применяться при любом роде тока питающей сети. Если сеть постоянного тока, то в качестве приводного двигателя М1 применяют ЭД параллельного возбуждения, а обмотки возбуждения всех машин получают питание от сети. Если сеть переменного тока, используют асинхронный приводной ЭД. Для питания обмоток возбуждения L1G1 и LM2 в этом случае применяют четвертую машину – возбуди тель G2. Это небольшой генератор постоянного тока с самовозбуждением. Он приводится во вращение тем же приводным электродвигателем М1, что и генератор G1 (рис. 9.3). Рис. 9.3. Схема системы генератор – двигатель
Система действует следующим образом. Сначала пускают приводной ЭД М1, якорь которого затем вращается постоянно в одну сторону с неизменной скоростью. Потом при помощи регулировочного резистора (реостата возбуждения) RP3 возбуждают возбудитель G2, создающий неизменное напря- жение. От него получают питание независимые обмотки возбуждения исполнительного электродвигателя LM2 и генератора L1G1. В цепь первой включен регулировочный резистор RP2, в цепь второй – регулиро- вочный резистор RP1 и переключатель SA, изменяющий направление тока в обмотке L1G1. Перед пуском резистор RP1 должен быть полностью введен в цепь, а резистор RP2 - выведен. Для пуска М2 переключатель SA устанавливают в одно из рабочих положений и постепенно выводят резистор RP1, увеличивая этим ток возбуждения в обмотке L1G1. Последний возбуждается и подает плавно возрастающее напряжение на якорную обмотку М2. По цепи якорей G1 и М2 протекает ток. Так как М2 возбужден, его якорь начинает вращаться, и по мере возрастания напря- жения, подведенного к его якорю, увеличивается угловая скорость. При полностью выве- денном резисторе RP1 напряжение G1 и угловая скорость М2 номинальные. Для реверса переключателем SA изменяют направление тока в обмотке возбужде- ния L1G1. Генератора изменяет полярность напряжения, ток якорной цепи изменяет на- правление, и исполнительный двигатель М2 реверсируется. Регулирование скорости вниз от номинальной выполняют, вводя в цепь обмотки возбуждения L1G1 регулировочный резистор RP1. Ток возбуждения, магнитный поток и напряжение генератора уменьшаются. Вследствие этого снижается напряжение, подведенное к обмотке якоря М2, и его угловая скорость уменьшается (характеристики 3, 2 и 1 на рис. 9.4). Регулирование скорости вверх от номинальной осуществляют, вводя в цепь обмот- ки возбуждения М2 регулировочный резистор RP2, что уменьшает ток и поток возбужде- ния, при этом скорость ЭД увеличивается (характеристики 5, 6 и 7 на рис. 9.4). Рассмотренная система называется «система Г – Д в чистом виде» и на практике не применяется. Это объясняется тем, что при работе с номинальным напряжением на якоре М2 внезапная остановка этого якоря (например, под винт попала льдина) приводит к рез- кому увеличению тока якорей двигателя М2 и генератора G1 до значения, равного пуско- вому.
Рис. 9.4. Механические характеристики исполнительного двигателя в системе генератор – двигатель: 4 – естественная; 3, 2 и 1 – искусственные, полученные уменьшение напряжения на обмотке якоря М2; 5, 6 и 7 –искусствен- ные, полученные ослаблением магнитного потока М2
Кроме того, такое увеличение тока приводит к увеличению нагрузки на приводной двигатель генератора. Это особенно опасно, если генератор G1 приводится во вращение дизелем. Как известно, дизели крайне чувствительны к перегрузкам (не более 10% мощ- ности в течение 1 часа). Поэтому на судах применяют систему Г-Д с противокомпаундным генератором. Она отличается от системы Г-Д в чистом виде тем, что генератор, помимо независимой обмотки возбуждения L1G1, снабжен еще одной обмоткой возбуждения – противоком- паундной обмоткой L2G1, включенной последовательно в цепь якоря G1 и выполняющей функции жесткой обратной связи по току (на рис. 9.3 место включения обмотки L2G1 по казана при помощи стрелок, т.е. последовательно в цепь главного тока). Ее намагничивающая сила F мотки независимого возбуждения L1G1, т. е. она действует на генератор размагничиваю- ще. Общий магнитный поток возбуждения генератора создается разностью намагничи- вающих сил обеих обмоток. При нормальной нагрузке намагничивающая сила обмотки L1G1 значительно боль ше, чем обмотки L2G1, и генератор развивает ЭДС, как в обычной системе Г-Д. При перегрузке разность намагничивающих сил обмоток уменьшается, магнитный поток и ЭДС генератора снижаются, напряжение, подведенное к ЭД, падает, и угловая скорость ЭД становится меньше. При остановке якоря исполнительного двигателя М2 ЭДС генератора G1 настолько уменьшается, что ток стоянки оказывается в пределах кратковременно допустимого, обыч но равного (2, 2…2, 5) I Система Г-Д обладает исключительно хорошими регулировочными свойствами и позволяет регулировать скорость в пределах 1: 30. Регулирование получается плавным, так как из-за сравнительно небольших токов возбуждения можно сделать регулировочные резисторы с большим количеством ступеней. Систему Г – Д применяют в электроприводах мощностью более 75…80 кВт – тя- желовесных лебедках и кранах, брашпилях, а также на судах с ГЭУ для привода гребного винта. Существенный недостаток системы Г - Д – большое количество установленных эле ктрических машин. Развитие полупроводниковой техники позволило перейти от рассмотренной систе- мы Г – Д к т.н. системам «управляемый вентильный преобразователь – двигатель», или, сокращенно, системам УВП – Д (рис. 9.5).
2.3. Регулирование скорости в системе двойного рода тока (УВП – Д) В таких системах исполнительный двигатель постоянного тока получает питание от судовой сети через управляемый вентильный преобразователь ВП (рис. 9.5). Рис. 9.5. Структурная схема тиристорного электропривода постоянного тока
В качестве вентилей используются управляемые полупроводниковые диоды – тиристоры. В общем случае такой электропривод состоит из следующих основных элементов: 1. силовой трансформатор Тр; 2. вентильный преобразователь ВП; 3. сглаживающий фильтр СФ; 4. электродвигатель М; 5. система управления СУ. Силовой трансформатор Тр служит для согласования номинального напряжения двигателя с выходным напряжением преобразователя. Вентильный преобразователь выпрямляет напряжение и регулирует его в нужных пределах. Для питания цепей якоря двигателя применяют однополупериодные схемы с нулевым выводом (рис. 9.6, а) или двухполупериодные мостовые схемы (рис.9.6., б). Рис. 9.6. Схемы включения якоря двигателей постоянного тока на вентильный преобразователь: с нулевым выводом (а); мостовая (б)
В таких схемах обмотки возбуждения двигателей обычно получают питание от об- щей сети переменного тока через маломощные однофазные выпрямители. Сглаживающий фильтр (дроссель Др на рис.9.6) предназначен для уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения. При этом улучшаются условия коммутации и уменьшается нагрев обмотки якоря двигателя. Система управления СУ изменяет угол отпирания тиристоров α. Вследствие чего изменяется выпрямленное напряжение на якоре исполнительного двигателя, а значит, и его скорость При этом, при малых скоростях якоря этот угол близок к 90º, а для разгона якоря СУ непрерывно уменьшает этот угол. При номинальном (наибольшем) напряжении на якоре угол α = 0º. Механические характеристики двигателя при разных значениях угла отпирания тиристоров α приведены на рис. 9.7. Они подобны механическим характеристикам исполнительного двигателя в систе- ме Г – Д (рис. 9.4). Рис. 9.7. Электромеханические характеристики двигателя при разных значениях угла α
На рис. 9.7 штриховой линией показана граница между режимами непрерывного (справа от пунктирной линии) и прерывистого (слева от этой линии) токов якоря двига- теля. Электромеханические характеристики имеют такие особенности: 1. при уменьшении угла отпирания тиристоров от α = π / 2 = 90º (характеристика 2) до α 2. при увеличении угла α свыше 90º (характеристика 1) ток якоря двигателя не изменяет направление, но двигатель реверсирует и переходит в режим тормозного спуска. при котором электромагнитный момент двигателя, направленный на подъем, ограничива- ет скорость спуска тяжелого груза или судового якоря с якорь-цепью.
|