ЭЛЕКТРОПРИВОД С ДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ. Электропривод с двигателями постоянного тока последовательного возбуждения


Двигатель постоянного тока последовательного возбуждения (ДПТ ПВ) - Help for engineer

Двигатель постоянного тока последовательного возбуждения (ДПТ ПВ)

Двигатель постоянного тока последовательного возбуждения представляет собой электрическую машину постоянного тока, в которой обмотка возбуждения подключена последовательно с обмоткой якоря. Для данного типа двигателей справедливо равенство: ток, протекающий в якорной обмотке, равен току в обмотке возбуждения I=Iв=Iя, что является его главной отличительной особенностью от остальных типов двигателей.

Рисунок 1 – Схема подключения ДПТ ПВ

Стоит обратить внимание на зависимость магнитного потока от нагрузки Ф=f(Iя). Если двигатель будет работать на 25% своей номинальной мощности или меньше, то магнитный поток будет крайне мал, что приведет к постоянному увеличению скорости вала. Препятствовать разгону будут лишь механические потери, и двигатель пойдет в "разнос". Это приведет к быстрому выходу машины из строя. Все описанное в соответствии с формулой:

Исходя из вышесказанного, ДПТ ПВ нельзя использовать на холостом ходу, постоянно требуется контроль тока якоря. С этой целью последовательно с обмоткой возбуждения устанавливают минимальное токовое реле, которое замыкает якорную цепь только в том случае, если нагрузка на валу достаточна для поддержания номинальной работы двигателя.

Пуск двигателя производят с пусковым сопротивлением, также включенным последовательно в цепь якоря. После пуска это сопротивление выводят, и машина продолжает работать в номинальном режиме на своей естественной характеристике.

Механическая и электромеханическая характеристики ДПТ ПВ одинаковы и имеют гиперболический вид (рисунок 2).

Рисунок 2 – Механическая и электромеханическая характеристики ДПТ ПВ

Скорость вращения ротора двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением производится регулированием двух параметров:

- питающее напряжение;
- магнитный поток полюсов двигателя.

Для изменения скорости при помощи входного напряжения, в роторную цепь вводят специальное добавочное сопротивление, или же можно использовать пусковой реостат и для этой цели. Но следует заметить, данный способ является крайне неэкономичным и нецелесообразным, так как большое количество энергии будет рассеиваться на реостате.

Регулировка скорости изменением магнитного потока, осуществляется включением реостата параллельно обмотке возбуждения. Изменяя сопротивление – меняем ток, протекающий через обмотку возбуждения. Иногда обмотку возбуждения разбивают на несколько параллельных секций. В некоторых типах двигателей предусмотрена возможность отключения витков обмотки, так добиваются того же эффекта регулирования.

Тормозные режимы

В данном двигателе отсутствует режим генераторного торможения с отдачей энергии в сеть. На рисунке 2 вы можете видеть, что ветка гиперболы естественной характеристики не пересекает ось ординат (отрицательная скорость отсутствует).

Торможение противовключением получают путем переключения выводов якорной обмотки.

ДПТ ПВ нельзя соединять с механизмом при помощи ременной передачи, так как соскакивание или разрыв ремня приведет к разгрузке двигателя, что вызовет мгновенное повышение числа оборотов и последующему выходу из строя.

ДПТ ПВ нашли свое основное применение в качестве тяговых двигателей подвижного состава электровозов общего назначения, электровозов метрополитена и в трамваях.

Добавить комментарий

h4e.ru

ТАУ (курс 3, сессия 1)_МГОУ / Учебник тау / Глава 7

Глава 7. Электропривод с двигателями постоянного тока с последовательным возбуждением

7.1. Электромеханические характеристики двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением

В рассматриваемых двигателях постоянного тока обмотка возбуждения включается (рис.7.1) последовательно с обмоткой якоря, в результате чего ток возбуждения равен току якоря и создаваемый им поток будет

(7.1)

Здесьа – нелинейный коэффи-циент ; нелинейность этого коэффициента связана с формой кривой намагничивания и размагничивающим действием реак-ции якоря; оба этих фактора проявляются при больших токах; при малых токах якоря коэффициента можно считать величиной постоянной; при токах якоря машина насыщается, и величина потока мало зависит от тока якоря. Соотношение 7.1 определяет свое-образие электромеханических характеристик двигателя постоян-ного тока последовательного возбуждения.

Для изменения направления вращения двигателя последова-тельного возбуждения недостаточ-но изменить полярность напряже-ния, подводимого к двигателю, т.к. при этом изменится одновременно и направление тока в обмотке якоря и полярность потока воз-буждения. Поэтому для реверси-рования двигателя нужно изменить направление тока в одной из частей машины, например в обмотке возбуждения, оставив направление тока в обмотке якоря неизменным, как это показано на схеме рис.7.2.

Подставив (7.1) в (6.2) и (6.3), получим основные соотношения для рассматриваемых двигателей.

(7.2)

(7.3)

Соответственно, выражение для электромеханической и механической характеристик двигателя последовательного возбуждения будут:

; (7.4)

. (7.5)

Впервом приближении механическую характерис-тику двигателя постоянно-го тока последовательного возбуждения, если не учитывать насыщение магнит-ной цепи, можно предста-вить в виде гиперболы, не пересекающей ось орди-нат, а асимптотически при-ближающуюся к ней. Если положить (RЯ+Rв)=0, то характеристика (см. рис. 7.3) не будет пересекать и ось абсцисс. Такая характерис-тика называется «идеаль-ной»; выше нее характеристики быть не могут. Реальная естественная характеристика пересекает ось абсцисс в точке, соответствующей току короткого замыкания (момент Мк). Если учитывать насыщение двигателя, то при моментах меньших 0,8Мк характеристика криволинейна и носит гиперболический характер; при больших значениях тока и момента поток вследствие насыщения становится постоянным и характеристика выпрямляется.

Характерной особенностью характеристик двигателя последовательного возбуждения является отсутствие точки идеального холостого хода. При уменьшении нагрузки скорость двигателя существенно возрастает, вследствие чего оставлять двигатель без нагрузки недопустимо.

Важным достоинством двигателей последовательного возбуждения является большая перегрузочная способность на низких скоростях. При перегрузке по току в 2,25-2,5 раза двигатель развивает момент 3,0-3,5 номинального. Это обстоятельство определило широкое использование двигателей последовательного возбуждения для электрических транспортных средств, где наибольшие моменты необходимы при трогании с места. Вторым важным достоинством двигателей последовательного возбуждения является отсутствие источника питания для цепи возбуждения двигателя.

Искусственные механические характеристики могут быть получены тремя способами: включением добавочного сопротивления в цепь якоря, изменением величины питающего напряжения и шунтированием обмотки якоря добавочным сопротивлением.

При введении добавочного сопротивления в цепь якоря жесткость механических характеристик уменьшается и уменьшается значение Мк (см.рис.7.4). Этот способ регулирования используется при пуске двигателя, когда ступени сопротивления перемыкаются пусковыми контакторами. На рис.7.4. показаны пусковые характеристики, соответствующие двухступенчатой схеме пуска. Длительная работа на реостатных характеристиках сопряжена со значительными потерями энергии в сопротивлениях.

Наиболее экономичным способом регулирования скорости двигателя последовательного возбуждения является изменение величины подводимого к двигателю напряжения. Механические характеристики, соответствующие этому способу регулирования, показаны на рис.7.5. По мере уменьшения напряжения они смещаются вниз от естественной характеристики. Внешне искусственные характеристики при регулировании изменением напряжения схожи с реостатными характеристиками, однако, есть существенная разница в этих способах регулирования. Реостатное регулирование сопряжено с потерей энергии в добавочных сопротивлениях, а при регулировании изменением напряжения дополнительные потери отсутствуют.

Двигатели последо-вательного возбуждения часто получают питание от сети постоянного тока или источника постоянного то-ка с нерегулируемой вели-чиной напряжения. Регули-рование напряжения на за-жимах двигателя в этом случае целесообразно про-изводить способом широт-но-импульсного регулирования, который был рассмотрен в §6.3. Упрощенная схема регулируемого электропривода с двигателем постоянного тока последовательного возбуждения и широтно-импульсным регулятором напряжения показана на рис.7.6.

Изменение потока возбуждения в рассматриваемых двигателях возможно, если зашунтировать обмотку якоря сопротивлением (см.рис.7.7а). В этом случае ток возбуждения будет равен

,

т.е. содержит постоянную составляющую, не зависящую от нагрузки двигателя. При этом двигатель приобретает свойства двигателя смешанного возбуждения: независимого и последовательного. Благодаря независимому возбуждению механические характеристики приобретают большую жесткость и пересекают ось ординат. Примерные механические характеристики для этого способа регулирования показаны на рис.7.7б. Шунтирование якоря позволяет получить устойчивую пониженную скорость при отсутствии нагрузки на валу двигателя. В данной схеме возможен переход двигателя в режим рекуперативного торможения при скорости или. Существенным недостатком рассматриваемого способа регулирования является его неэкономичность, обусловленная большими потерями энергии в шунтирующем сопротивлении.

Для двигателей последовательного возбуждения характерны два режима торможения: противовключением и динамический. В режиме противовключения необходимо включение добавочного сопротивления в цепь яко-ря двигателя. На рис.7.8 показаны механические характеристики для двух вариантов режима противовключения. Характерис-тика 1 получается, если при работе двигателя в на-правлении «вперед» (точ-ка «в») изменить направление тока в обмотке возбуждения и одновре-менно ввести в цепь двигателя добавочное сопро-тивление. При этом дви-гатель переходит в режим противовключения в точке «а» с тормозным моментомМторм, под действием которого будет происходить торможение двигателя.

Второй случай режима противовключения возникает в режиме «протягивающего груза», когда в грузоподъемных механизмах производится спуск груза, а для подтормаживания спускаемого груза двигатель включается в направлении его подъема. При этом благодаря тому, что в цепь двигателя включено большое добавочное сопротивление (которому соответствует характеристика 2), двигатель под действием момента, создаваемого грузом, вращается в обратном направлении и будет работать в точке «б», в которой активный статический момент Мгруза уравновешивается тормозным моментом двигателя, работающего в режиме противовключения. Режим противовключения сопряжен со значительными потерями энергии в цепи двигателя и добавочного сопротивления.

Режим динамического торможения для двигателей последовательного возбуждения возможен в двух вариантах. В первом – якорь двигателя замыкается на сопротивление, а обмотка возбуждения питается от сети через добавочное сопротивление. Характеристики двигателя в этом режиме подобны характеристикам двигателя независимого возбуждения в режиме динамического торможения.

Во втором варианте, схема ко-торого показана на рис.7.9, дви-гатель работает как генератор с самовозбуждением. Особенность данной схемы состоит в том, что необходимо при переходе из дви-гательного режима в режим дина-мического торможения сохранить направление тока в обмотке возбуждения во избежание размагничивания машины. При размыкании контактора КМ ток в обмотке возбуждения становится равным нулю, но, так как магнитопровод машины был намагничен, то сохраняется остаточный поток возбуждения, благодаря которому в обмотке якоря вращающегося двигателя наводится э.д.с., под действием которой при замыкании контактов КВ в цепи: обмотка якоря – обмотка возбуждения – сопротивлениеR протекает ток, и машина самовозбуждается. Этот процесс происходит, если скорость двигателя будет больше граничной скорости . Механические характеристики в режиме динамического торможения с самовозбуждением показаны на рис.7.10.

Режим рекуперативного торможения в обычной схеме включения двигателя последовательного возбуждения невозможен. Для его осуществления необходимо шунтирование якоря двигателя, либо применение отдельной дополнительной обмотки независимого возбуждения.

7.2. Двигатель постоянного тока последовательного

возбуждения как динамическое звено

При анализе динамических свойств двигателя постоянного тока последовательного возбуждения следует учитывать, что поток двигателя изменяется во всех переходных режимах. При изменении потока в магнитопроводе наводятся вихревые токи, оказывающие демпфирующее действие на изменение магнитного потока. Контур вихревых токов описывается уравнением

(7.6)

где: wвт – условное число витков контура.

Уравнение цепи двигателя:

(7.7)

Поток двигателя создается током в обмотке возбуждения и вихревым токомIвт.

. (7.8)

На базе уравнений (7.6, 7.7, 7.8) после их преобразования [1-2] можно составить упрощенную (без учета насыщения магнитопровода) структурную схему двигателя последовательного возбуждения – рис.7.11. В этой схеме

.

Более точная структурная схема приведена в [1-2]. Поскольку данная схема является нелинейной, т.к. содержит произведения переменных, то аналитическое определение передаточных функций двигателя последовательного возбуждения затруднено. Для анализа переходных процессов в двигателе следует пользоваться методами компьютерного моделирования.

Глава 8. Вентильный двигатель

8.1. Принцип работы вентильного двигателя

Под вентильным двигателем понимают систему регулируемого электропривода, состоящую из электродвигателя переменного тока, конструктивно подобного синхронной машине, вентильного преобразователя и устройств управления, обеспечивающих коммутацию цепей обмоток электродвигателя в зависимости от положения ротора двигателя. В этом смысле вентильный двигатель подобен двигателю постоянного тока, в котором посредством коллекторного коммутатора подключается тот виток обмотки якоря, который находится под полюсами возбуждения.

Двигателям постоянного тока присущи серьезные недостатки, обусловленные, главным образом, наличием щеточно-коллекторного аппарата.

  1. Недостаточная надежность коллекторного аппарата, необходимость его периодического обслуживания.

  2. Ограниченные величины напряжения на якоре и, следовательно, мощности двигателей постоянного тока, что ограничивает их применение для высокоскоростных приводов большой мощности.

  1. Ограниченная перегрузочная способность двигателей постоянного тока, ограничение темпа изменения тока якоря, что существенно для высокодинамичных электроприводов.

В вентильном двигателе указанные недостатки не проявляются, поскольку здесь щеточно-коллекторный коммутатор заменен бесконтактным коммутатором, выполненным на тиристорах (для приводов большой мощности) или на транзисторах (для приводов мощностью до 200кВт). Исходя из этого, вентильный двигатель, который конструктивно выполняется на базе синхронной машины, часто называют бесконтактным двигателем постоянного тока. По управляемости вентильный двигатель также подобен двигателю постоянного тока – его скорость регулируется измене-

161

studfiles.net

ДПТ последовательного возбуждения | Электрикам

В этом двигателе обмотка возбуждения включена последова­тельно в цепь якоря (рис. 29.9, а), поэтому магнитный поток Ф в нем зависит от тока нагрузки I = Ia = Iв. При небольших нагрузках магнитная система машины не насыщена и зависимость магнитно­го потока от тока нагрузки прямо пропорциональна, т. е. Ф = kф Ia  (kф  — коэффициент пропорциональности).  В этом случае найдем электромагнитный момент:

Электромагнитный момент в ДПТ

Электромагнитный момент в ДПТ последовательного возбуждения

Формула частоты вращения примет вид

Формула частоты вращения ДПТ последовательного возбуждения. (29.15)

На рис. 29.9, б представлены рабочие характеристики M = F(I) и n= (I) двигателя последовательного возбуждения. При больших нагрузках наступает насыщение магнитной системы двигателя. В этом случае магнитный поток при возрастании нагрузки практически не изменяется и характеристики двигате­ля приобретают почти прямолинейный характер. Характери­стика частоты вращения двигателя последовательного возбуж­дения показывает, что частота вращения двигателя значительно меняется при изменениях нагрузки. Такую характеристику принято называть мягкой.

Двигатель последовательного возбуждения

Рис. 29.9. Двигатель последовательного возбуждения:

а — принципиальная схема; б — рабочие характеристики; в — механические характеристики; 1 — естественная характеристика; 2 — искусственная характе­ристика

При уменьшении нагрузки двигателя последовательного воз­буждения частота вращения резко увеличивается и при нагрузке меньше 25% от номинальной может достигнуть опасных для дви­гателя значений («разнос»). Поэтому работа двигателя последова­тельного возбуждения или его пуск при нагрузке на валу меньше 25% от номинальной недопустима.

Для более надежной работы вал двигателя последовательного возбуждения должен быть жестко соединен с рабочим механиз­мом посредством муфты и зубчатой передачи. Применение ремен­ной передачи недопустимо, так как при обрыве или сбросе ремня может произойти «разнос» двигателя. Учитывая возможность ра­боты двигателя на повышенных частотах вращения, двигатели по­следовательного возбуждения, согласно ГОСТу, подвергают ис­пытанию в течение 2 мин на превышение частоты вращения на 20% сверх максимальной, указанной на заводском щите, но не меньше чем на 50% сверх номинальной.

Механические характеристики двигателя последовательного возбуждения n=f(M) представлены на рис. 29.9, в. Резко падающие кривые механических характеристик (естественная 1 и искус­ственная 2) обеспечивают двигателю последовательного возбуж­дения устойчивую работу при любой механической нагрузке. Свойство этих двигателей развивать большой вращающий момент, пропорциональный квадрату тока нагрузки, имеет важное значе­ние, особенно в тяжелых условиях пуска и при перегрузках, так как с постепенным увеличением нагрузки двигателя мощность на его входе растет медленнее, чем вращающий момент. Эта особенность двигателей последовательного возбуждения является одной из причин их широкого применения в качестве тяговых двигателей на транспорте, а также в качестве крановых двигателей в подъем­ных установках, т. е. во всех случаях электропривода с тяжелыми условиями пуска и сочетания значительных нагрузок на вал двига­теля с малой частотой вращения.

Номинальное изменение частоты вращения двигателя после­довательного возбуждения

Номинальное изменение частоты вращения двигателя последовательного возбуждения, (29.16)

где n[0,25] — частота вращения при нагрузке двигателя, составляю­щей 25% от номинальной.

Частоту вращения двигателей последовательного возбуждения можно регулировать изменением либо напряжения U, либо маг­нитного потока обмотки возбуждения. В первом случае в цепь якоря последовательно включают регулировочный реостат Rрг (рис. 29.10, а). С увеличением сопротивления этого реостата уменьшаются напряжение на входе двигателя и частота его вра­щения. Этот метод регулирования применяют главным образом в двигателях небольшой мощности. В случае значительной мощно­сти двигателя этот способ неэкономичен из-за больших потерь энергии в Rрг . Кроме того, реостат Rрг , рассчитываемый на рабочий ток двигателя, получается громоздким и дорогостоящим.

При совместной работе нескольких однотипных двигателей частоту вращения регулируют изменением схемы их включения относительно друг друга (рис. 29.10, б). Так, при параллельном включении двигателей каждый из них оказывается под полным напряжением сети, а при последовательном включении двух дви­гателей на каждый двигатель приходится половина напряжения сети. При одновременной работе большего числа двигателей воз­можно большее количество вариантов включения. Этот способ регулирования частоты вращения применяют в электровозах, где установлено несколько одинаковых тяговых двигателей.

Изменение подводимого к двигателю напряжения возможно при питании двигателя от источника постоянного тока с регулируемым напряжением (например, по схеме, аналогичной рис. 29.6, а). При уменьшении подводимого к двигателю напряжения его механические характеристики смещаются вниз, практически не меняя своей кривизны (рис. 29.11).

clip_image002[1]

Рис. 29.11. Механические характеристики двигателя последовательного возбуждения при изменении подводимого напряжения

Регулировать частоту вращения двигателя изменением маг­нитного потока можно тремя способами: шунтированием обмотки возбуждения реостатом rрг, секционированием обмотки возбужде­ния и шунтированием обмотки якоря реостатом rш. Включение реостата rрг, шунтирующего обмотку возбуждения (рис. 29.10, в), а также уменьшение сопротивления этого реостата ведет к сниже­нию тока возбуждения Iв = Ia — Iрг, а следовательно, к росту частоты вращения. Этот способ экономичнее предыдущего (см. рис. 29.10, а), применяется чаще и оценива­ется коэффициентом регули­рования

clip_image002[6].

Обычно сопротивление рео­стата rрг принимается таким, чтобы kрг >= 50%.

При секционировании об­мотки возбуждения (рис. 29.10, г) отключение части витков об­мотки сопровождается ростом частоты вращения. При шунти­ровании обмотки якоря реоста­том rш (см. рис. 29.10, в) увели­чивается ток возбуждения Iв = Ia+Iрг, что вызывает уменьшение частоты вращения. Этот способ регулирования, хотя и обеспечивает глубокую регулировку, неэкономичен и применяется очень редко.

clip_image002[3]

Рис. 29.10. Регулирование частоты вращения двигателей последователь­ного возбуждения.

electrikam.com

Конспект лекций по курсу “Электрический привод”, страница 76

Рис.13.2.5 Ток и частота вращения якоря при динамическом торможении ДПТ

На рис.13.2.6 представлена диаграмма торможения ДПТ противовключением. Отличительная особенность процесса в том, что в момент начала торможения напряжение питания изменяет знак. При этом напряжение питания, складываясь с ЭДС якоря, создает двойной ток при тех же пусковых сопротивлениях. В момент перехода кривой скорости через 0 привод может быть остановлен путем отключения якоря от источника питания.

Рис.13.2.6 Ток и частота вращения якоря при торможении ДПТ противовключением

§ 13.3.  Электроприводы с двигателями постоянного тока последовательного возбуждения

В двигателях постоянного тока последовательного возбуждения обмотка возбуждения включается последовательно с обмоткой якоря, как показано на рис.13.3.1.

Рис.13.3.1 Схема включения двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

Магнитный поток Ф пропорционален току якоря:

где a – коэффициент.

Для изменения направления вращения ДПТ последовательного возбуждения недостаточно изменить полярность напряжения питания, так как при этом изменяется и направление магнитного потока. Для изменения направления вращения якоря необходимо изменить или полярность тока возбуждения или полярность тока якоря. Например, это можно осуществить в соответствии со схемой рис.13.3.2, в которой контактами КВ (вперед) и КН (назад) изменяется полярность тока возбуждения.

Рис.13.3.2 Схема реверсирования двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

ЭДС якоря Eя и момент ДПТ последовательного возбуждения

где k – коэффициент.

Уравнения электромеханической и механической характеристик ДПТ последовательного возбуждения

где .

В первом приближении, если не учитывать насыщение магнитопровода, механическую характеристику ДПТ последовательного возбуждения можно представить в виде гиперболы, не пересекающей ось ординат, а приближающейся к ней.

Если Rяц=0, то характеристика 2 (рис.13.3.3) не пересекает ось абсцисс. Такая характеристика называется идеальной. Реальная естественная характеристика пересекает ось абсцисс в точке, соответствующей току короткого замыкания (момент Mк).

Рис.13.3.3 Механические характеристики ДПТ последовательного возбуждения

Отличительной особенностью характеристик ДПТ последовательного возбуждения является отсутствие точки идеального холостого хода. При уменьшении нагрузки на валу скорость двигателя увеличивается. Вследствие этого двигатель без нагрузки оставлять нельзя.

Существенным преимуществом ДПТ последовательного возбуждения является большая перегрузочная способность на низких скоростях. Это определило широкое использование двигателей последовательного возбуждения на транспорте, где наибольшие моменты необходимы при трогании с места.

Другим преимуществом ДПТ последовательного возбуждения является отсутствие дополнительного источника питания для обмотки возбуждения.

Искусственные механические характеристики могут быть получены несколькими способами: включением добавочного резистора цепь якоря, изменением напряжения питания и шунтированием обмотки якоря добавочным резистором.

vunivere.ru

ЭЛЕКТРОПРИВОД С ДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ.

Поиск Лекций

2.1. Согласно заданному варианту, выбрать двигатель последовательного возбуждения тихоходного исполнения.

2.2. Рассчитать и построить естественные , и диаграмму пуско­вых характеристик, определить параметры резисторов при пуске в ступеней ( для вариантов 1 и 2, для вариантов 3 и 4).

2.3. Рассчитать и построить реостатные , , если известны коорди­наты рабочей точки: , - для вариантов 1, 2 и , -для вариантов 3,4. Определить величину добавочного резистора.

2.4. Рассчитать и построить , при питании двигателя понижен­ным напряжением .

2.5.Рассчитать и построить динамического торможения с самовозбу­ждением, позволяющего производить спуск груза (нагрузка для вари­антов 1, 2 и для вариантов 3, 4). Расчет производить для двух случа­ев:

для вариантов 1,2 скорость спуска груза равна и ;

для вариантов 3,4 скорость спуска равна и .

 

2.6. Рассчитать и построить , при шунтировании цепи якоря, если характеристики проходят через точки: а) , (для ва­риантов 1, 2) и б) , (для вариантов 3, 4). Опреде­лить параметры резисторов , .

2.7. Построить динамические характеристики , , при пе­реходе с работы на естественной характеристике на характеристику с шунтированием цепи якоря. Электромагнитные процессы не учитывать, считать, что на­грузка равна для вариантов 1, 2 и для вариантов 3, 4, а механизм является жестким звеном с суммарным приведенным к валу двигате­ля моментом для вариантов 1, 2 и для вариантов 3, 4.

ЭЛЕКТРОПРИВОД С АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

3.1. Производственный механизм задается руководителем технологической практики (в качестве рекомендуемых являются механизмы мостовых кранов, вентиляторов, транспортеров и т.д.). Осуществить проверочный расчет мощ­ности двигателя и выбрать по каталогу двигатель с фазовым ротором крановой или краново-металлургической серии. Изобразить кинематическую схему привода с механизмом.

3.2. Рассчитать и построить естественные и реостатные и , при введении дополнительного сопротивления в цепь ротора, ес­ли механическая характеристика проходит через точку , . Оп­ределить параметры резистора. Построить пусковую диаграмму при пуске в 2; 3; 3; 4 ступени. Определить параметры пусковых резисторов.

3.3. Для выражения динамической механической характеристики для рабоче­го участка линеаризованной естественной механической характеристики опре­делить и . Определить динамический провал скорости при скачкообраз­ном набросе нагрузки от до .

3.4. Построить механические характеристики при частотном регулировании с постоянной мощностью в диапазоне 3:1 (принять минимальную скорость при Гц; )

3.5. Построить граничные механические характеристики при частотном регули­ровании с постоянным моментом. Скорость регулируется в диапазоне 10:1 ( ; )

3.6. Рассчитать переходный процесс , , при переходе с минимальной скорости на. максимальную при (см. пункт 3.5).

3.7. Рассчитать и построить , а также рассчитать сопротивление доба­вочного резистора при ЭДТ с независимым возбуждением, если характеристика должна проходить через точку: , .

 

poisk-ru.ru

Электропривод постоянного тока с двигателем последовательного возбуждения

УДК 621.316. .71Я5 (088.") ;42)AÐАСРЫ

Л. Й. Мали -:.- н, В. 4. Малинин и А. Г. Судак

ir q о (> p y н н ч;, 7 ),эаяви Вль

Новосибирский электротехнический институт!

4) ЭЛЕКСРЬПРЕЭОг ПОСТОЯЛРОГ. ТОКА С ЛВ11РАТЕПЕМ

ПОСп г1ОЦАз. Д1 тлО О ЦОЭ1У1., -Р1;; Ч

Изобрстеи.е относится

Извсст:го уст; ойство для управления двигателем последовате:ького возбуждения, содержащее

KoHTBKIopHbIH мост с якорем в дкагонали, широтно — импу.;ьсный тир лсторкьгй преобразователь и коктакторкое устройство, позволяющее в сочетании с тиристо кым преобразователем осуществлять режим pcs óëèðóåìîãî динамического торможения (lj. Однако такое устройство имеет низкие показатели по быстродействию, нацежности, долговечности из-за наличия подвижных контактных частей.

Простая замена контактов тиристорными ключами в таком устройстве приводит к созданию сложного ус:ройства с большим ислом элементов в силовой цепи и не сколькими устройствами коммутации тиристоров.

Извес ко также устройство (21 для управления двигателе:: пс-:ледоватслького возбуждения, содержащее тиристоркый мост . якорем в диагонали, два

ТИРИСТО;а> Б .ЛЮЧЕННЫЕ МЕЖД ЗаЖЛМиГ Ы ЯКОРЯ двига с; я и об.цей;с.акой vсcгочкика питания и последовательной оомотки возбуждения, тиристор, включекк гй между и, -ожителькым зажимом источника пита).ия и а ыдаГь «aye х тиристоров моста, объединенными в общую точку, и узел иску сcтвсскной коммутации °

Это устройство IIG т. хкической сущности является наиболее бд зкиv: к изобре ccíèþ. Однако такое устройство имеет низкие регулировочные и Hcр етнчс скис . арактсристики Ввиду Отсутствия рсжима регулируемого динамического торможения.

Целью изобэетегпия является улучшение регулировочных и энергетических характеристик электропривода постоянного тока с двигателем последовад тельного возбуждения.

Это достигается тем, что в электропривод введен дополнительный тиристор. шуктируюший тиристорный мост и обмотку возбуждения, в цепь которого включен дроссель, инцуктивко связанный

2о с коммутирующим дросселем.

На +иг. 1 изображека схема электропривода; на фиг. 2 — диаграмма. поясняющая работу электропривода.

Электропривод содержит тиристорный мост (1- ) с якорем 5 r= диагонали. включенную последова531240 тельно с мостом обмотку возбуждения 6, шунтированную обратным тиристором 7, тиристор 8, включенный между положительным зажимом 9 источника питания и последовательной обмоткой возбуждения. Параллельно тиристору 8 подключена с помощью коммутирующего тиристора 10 цепь, состоящая из последовательно соединенных коммутирующего дросселя 11 и конденсатора 12, шунтированная тиристором 13. Тиристорный мост вместе с обмоткой возбуждения шунтирован тиристором 14, в цепь которого включен дроссель 15, индуктивно связанный с коммутирующим дросселем 11.

Электропривод работает следующим образом.

Коммутирующий конденсатор 12 заряжается по цепи: 9 — 12 — 11 — 10 — 6 — 1 — 3 (или 2 — 4) — 16 с полярностью, показанной на фиг. 1. По окончании процесса заряда ток в тиристоре 10 спадает до нуля, и тиристор 10 отключается. Благодаря включению тиристора 13 обеспечивается колебательный перезаряд коммутирующего конденсатора 12 до полярности, показанной на фиг. 1 в скобках, по цепи: 12 — 13 — 11.

При работе с выходным напряжением преобразователя одного знака включаются, например, тиристоры 8 — 1 — 3. Регулирование среднего значения напряжения происходит за счет регулирования относительной продолжительности включения тиристора 8. При включении тиристора 10 одновременно подается импульс на включение тиристора 14. Тиристор 8 отключается благодаря приложенному к нему напряжению коммутирующего конденсатора 12. Тиристор 14 включается, поддерживая в паузе ток нагрузки.

При подаче команды на торможение (или реверс) в очередной такт тиристор 8 не включается.

Вместо него включается тиристор 7, замыкая ток, поддерживаемый обмоткой возбуждения 6. В тот же такт подается импульс на включение тиристора 14, и малая индуктивность якоря разряжается по цепи: 5 — 3 — 14 — 7 (открыты) — 1 — 5.Тиристоры 1, 3 отключаются в результате спадания тока в них до нуля, и в следующий такт подаются импульсы на включение тиристора 14 и тиристоров 2 — 4 противоположной группы моста. Ток от э.д.с. двигателя замыкается по цепи: 5 4 15 — 14 — 6 — 2 — 5. При включении тиристора 13 в дросселе 15 наводится э. д. с. за счет индуктивной связи с коммутирующим дросселем 11, что вместе с одновременным включением тиристора 7, шунтирующего обмотку возбуждения 6, приводит к прерыванию тока в тиристорах 14 — 2 — 4. Регулирование тормозного тока происходит за счет регулирования относительной продолжительности включения тиристора 14.

Следовательно предлагаемый электропривод более эффективен по сравнению с известными благодаря достаточно простой схеме и отсутствию

1() подвижных контактных частей. Это повьп гает надежность работы схемы за счет осуществления регулируемого динамического торможения. Благодаря этому улучшаются регулировочные и энергетические характеристики привода.

Формула изoáðåòeíèÿ

Электропривод постоянного тока с двигателем последовательного возбуждения, содержащий тиристорный мост с якорем в диагонали, включенную последовательно с мостом обмотку возбуждения, шунтированную обратным тиристором,. тиристор, включенный между положительным завкомом источника питания и последовательной обмоткой возбуждения, узел искусственной коммутации, состоящий из подключенной параллельно указанному тиристору с помощью коммутируюшего тиристора цепи, состоящей из последовательно соединенных коммутирующего дросселя и конденсатора, шунтированной дополнительным тиристором, о т л ич а ю щи и с я тем, что, с целью улучшения регулировочных и энергетических характеристик электропривода, в него введен другой дополнительный тиристор, шунтирующий тиристорный мост и обмотку возбуждения, в цепь которого включен дроссель индуктивно связанный с коммутирующим дросселем.

Источники информации„принятые во внимание при экспертизе:

1. Крайцберг М.И., Шикуть Э.В. "Импульсные методы регулирования цепей постоянного тока с

4 помощью тиристоров ., Энергия, 1969 r.

2. Авт.св. СССР - 350119, кл. HO2p,7/28 от

20.01.1970 г, (прототип) .

531240

Составитель Г. Филиппова

ТехРед A. Богдан

Редактор В. Фельдман

Корректор Л. Боринская

Заказ

5424/20б Тираж 882 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., g,.4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Электропривод постоянного тока с двигателем последовательного возбуждения Электропривод постоянного тока с двигателем последовательного возбуждения Электропривод постоянного тока с двигателем последовательного возбуждения 

www.findpatent.ru

Механические характеристики и способы регулирования скорости двигателей постоянного тока последовательного и смешанного возбуждения

4.1 Электромеханические и механические характеристики ДПТ последовательного возбуждения (ПВ)

Схема подключения ДПТ ПВ приведена на рис. 4.1. В отличие от ДПТ независимого возбуждения здесь обмотка возбуждения ОВМ включена последовательно с якорем и через ОВМ протекает ток якоря Iя.

Рис. 4.1

Исходные выражения для электромеханической, механической характеристик и момента ДПТ ПВ можно записать в том же виде, что и для ДПТ независимого возбуждения (см. уравнения (2.3) - (2.5)):

ωд = ; ωд = ; (4.1)

М = сФIя.

В отличие от ДПТ НВ в этих выражениях сопротивление Rя включает в себя и сопротивление обмотки возбуждения. Второе, наиболее важное отличие, заключается в том, что магнитный поток Φ является функцией тока якоря. Зависимость магнитного потока Φ от тока не является аналитической кривой (рис. 4.2), что не позволяет получить аналитические выражения для электромеханической и механической характеристик ДПТ ПВ. Приведенные уравнения позволяют провести лишь качественный анализ.

Естественные электромеханическая и механическая характеристики двигателя показаны на рис. 4.2, рис. 4.3, кривые 1. Очевидно, что при Iя=0 магнитный поток также равен нулю, и угловая скорость за счет первого слагаемого в выражениях (4.1) стремится к бесконечности (как говорят, двигатель идет «вразнос»), т. е. режим холостого хода для ДПТ ПВ является недопустимым.

Рис. 4.2 Рис. 4.3

Рис. 4.4

При возрастании тока якоря магнитный поток Ф вначале растет примерно пропорционально току якоря, а скорость резко снижается (крутопадающий участок на характеристиках).

При больших токах двигатель работает в зоне, близкой к насыщению, поэтому его магнитный поток здесь мало меняется при изменении тока и характеристика становится более жесткой, приближаясь по виду к характеристике ДПТ НВ.

На практике для расчетов используют так называемые универсальные характеристики ДПТ ПВ, которые приводятся в каталогах.

4.2 Способы регулирования угловой скорости ДПТ ПВ

Для ДПТ ПВ, как и для ДПТ НВ, возможны три основных способа регулирования скорости: 1) введением добавочных сопротивлений в цепь якоря; 2) изменением подводимого напряжения; 3) изменением потока возбуждения.

Регулирование угловой скорости введением добавочных сопротивлений является простейшим способом регулирования и широко используется в подъемных и транспортных механизмах. Как следует из уравнений (4.1), при увеличении добавочного сопротивления Rд второе слагаемое в этих выражениях увеличивается, т.е. увеличивается падение скорости от нагрузки. Соответственно электромеханическая и механическая характеристики в области больших токов становятся более крутопадающими (кривые 2 на рис. 4.2, рис. 4.3 - характеристики с Rд). Введение добавочных сопротивлений в цепь якоря ДПТ ПВ позволяет, как и для ДПТ НВ, регулировать скорость в относительно небольшом диапазоне и ограничить ток якоря при пуске. Обычно величину добавочных сопротивлений изменяют ступенями с помощью релейно-контакторной аппаратуры, как изложено в п. 2.2.

Основные недостатки такого регулирования – значительные потери энергии в добавочном сопротивлении, небольшой диапазон регулирования, ступенчатость регулирования.

Регулирование угловой скорости изменением подводимого напряжения может быть осуществлено так же, как для ДПТ НВ, с помощью отдельного генератора или тиристорного преобразователя. Регулирование ведется уменьшением подводимого напряжения и приводит, как следует из уравнений (4.1), к снижению скорости. В транспортных механизмах часто два тяговых двигателя одинаковой мощности работают как многодвигательный электропривод (например двухосный тяговый электропривод). При этом появляется дополнительная возможность ступенчатого изменения подводимого к двигателю напряжения за счет переключения двигателей с последовательного включения на параллельное. При последовательном включении на каждый двигатель приходится половина напряжения сети. Когда двигатели подключаются параллельно, каждый из них оказывается включенным на полное напряжение сети. Такое регулирование позволяет исключить нерациональную трату энергии.

Регулирование угловой скорости ослаблением потока возбуждения позволяет, как и для ДПТ НВ, получить скорости выше основной. Действительно, как следует из уравнений (4.1), уменьшение потока Φ приводит при том же токе якоря к возрастанию первого слагаемого. Ослабление потока возбуждения обычно осуществляют за счет шунтирования обмотки возбуждения добавочным сопротивлением.

Из анализа механических характеристик ДПТ ПВ следует, что они являются весьма удобными для электрической тяги (трамвай, метро, троллейбус, электровозы, тепловозы) и подъемных механизмов по следующим соображениям:

1) двигатель имеет низкую скорость при больших нагрузках и высокую - при малых, тем самым обеспечивается естественное регулирование скорости движения при изменении сопротивления перемещению;

2) транспортные и грузоподъемные механизмы требуют больших начальных моментов при пуске, именно такие моменты обеспечивает ДПТ ПВ; у ДПТ НВ момент пропорционален току - М~I, а у двигателей последовательного возбуждения М~I2. А так как при пуске двигателя I = (1,5…2,0)Iн, то двигатели последовательного возбуждения развивают значительно больший пусковой момент по сравнению с ДПТ НВ;

3) момент ДПТ ПВ не зависит от напряжения питающей сети, что особенно важно для электрической тяги, где в контактной сети могут возникать большие отклонения напряжения.

Основным недостатком характеристик ДПТ ПВ является неограниченное возрастание скорости при малых токах якоря и, как следствие, невозможность обеспечить режим генераторного торможения.

4.3 Тормозные режимы ДПТ ПВ

Для ДПТ ПВ возможны два тормозных режима: торможение противовключением и динамическое торможение.

При торможении противовключением в цепь якоря вводится добавочное сопротивление для ограничения тока якоря. Механические характеристики при этом являются продолжением характеристик двигательного режима в области отрицательной угловой скорости (см. рис. 4.2, рис. 4.3). Такой режим торможения, как и для ДПТ НВ, может возникать, когда момент на валу двигателя превышает значение М1 (рис. 4.3).

Динамическое торможение ДПТ ПВ может осуществляться двумя способами: с самовозбуждением и с независимым возбуждением. При использовании первого способа якорь и обмотка возбуждения отключаются от сети и замыкаются на добавочное сопротивление (рис. 4.4). При этом обмотку возбуждения или якорь переключают так, чтобы направление тока в обмотке возбуждения не изменилось. Если этого не сделать, то произойдет размагничивание машины.

При использовании второго способа - динамического торможения с независимым возбуждением - обмотку якоря замыкают на добавочное сопротивление, а на обмотку возбуждения подают напряжение от источника. Схема включения при этом аналогична схеме динамического торможения ДПТ НВ (рис. 2.14), аналогичны и получаемые тормозные характеристики.

Оба рассмотренных тормозных режима ДПТ ПВ малоэкономичны, так как энергия теряется на добавочных сопротивлениях.

В транспортных средствах очень важно обеспечить отдачу (рекуперацию) электроэнергии в сеть, например при движении на спуске. Однако, как уже отмечалось, генераторное торможение ДПТ ПВ невозможно. Чтобы решить эту проблему, в электротяге используют переключение обмотки возбуждения ДПТ с последовательного на независимое. Для этого отключают обмотку возбуждения от якоря и подают на нее через добавочное сопротивление напряжение сети. В результате машина работает с независимым возбуждением. Генераторное торможение такой машины рассмотрено в пп. 2.5, 3.5.

4.4 Механические характеристики и регулирование скорости ДТП смешанного возбуждения (СВ)

Схема подключения ДТП СВ приведена на рис. 4.5. Машина имеет две обмотки возбуждения: последовательную ОВМ1 и независимую ОВМ2.

Рис. 4.5

Уравнения для электромеханической и механической характеристик двигателя аналогичны соответствующим уравнениям для ДТП ПВ:

ωд = ; ωд = . (4.2)

Причем здесь магнитный поток определяется как сумма магнитных потоков Φ1– обмотки ОВМ1 и Φ2 – ОВМ2:

Φ = Φ1 + Φ2.

Для ДТП СВ, в отличие от ДПТ ПВ, скорость идеального холостого хода имеет конечное значение и определяется потоком Φ2:

ω0 = .

Механическая характеристика двигателя смешанного возбуждения (кривая 3 на рис. 4.6) занимает промежуточное положение между характеристикой ДПТ НВ – кривая 1 и характеристикой ДПТ ПВ – кривая 2. Скорость ДПТ СВ при малых нагрузках изменяется значительно. А при больших нагрузках характеристика достаточно жесткая и близка к линейной, как у ДПТ НВ (см. соответствующие пояснения в п.2.4.1).

Рис. 4.6

Для ДПТ СВ возможны те же тормозные режимы, что и для ДПТ НВ: 1) генераторное; 2) динамическое; 3) противовключением.

Генераторное торможение соответствует участку характеристики при скорости больше ω0. При переходе в режим генераторного торможения ток в якоре и в обмотке последовательного возбуждения меняет свой знак, что может размагнитить машину. Поэтому при возрастании скорости до ω0 ОВМ1 обычно шунтируют, и машина работает как ДПТ НВ.

Для динамического торможения якорь двигателя замыкают на добавочное сопротивление, а ОВМ1 отключают, чтобы избежать размагничивания. В результате машина работает как ДПТ НВ и имеет такие же тормозные характеристики.

При торможении противовключением в цепь якоря вводят добавочное сопротивление, ограничивающее ток якоря. Характеристика при этом становится более мягкой (кривая 4 на рис. 4.6). Машина переходит в режим противовключения при отрицательных значениях скорости.

Регулирование скорости ДПТ СВ так же, как ДПТ ПВ, может осуществляться: 1) изменением подводимого напряжения; 2) введением добавочного сопротивления в цепь якоря; 3) изменением потока последовательной обмотки возбуждения. Кроме того, для ДПТ СВ появляется дополнительная возможность регулирования скорости изменением потока независимой обмотки возбуждения.

Из рассмотренного следует, что ДПТ СВ имеют характеристики, весьма удобные для тягового электропривода. По сравнению с ДПТ ПВ машины со смешанным возбуждением позволяют обеспечить генераторное торможение и регулирование скорости потоком обмотки независимого возбуждения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время в промышленности и на транспорте в качестве регулируемого электропривода получил широкое применение электропривод постоянного тока, основные сведения о котором рассмотрены в учебном пособии.

Рассмотренные вопросы, конечно же, не исчерпывают всего многообразия применяемых и перспективных электромеханических преобразователей и электроприводов.

В 50-е годы прошлого столетия большие надежды возлагались на частотно-регулируемый электропривод с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором.

Асинхронный двигатель по своим эксплуатационным свойствам, массогабаритным показателям значительно превосходит двигатель постоянного тока и имеет более низкую стоимость. Однако необходимость выпрямителей и достаточно сложных преобразователей частоты в значительной мере ослабляет эффект снижения стоимости и массогабаритных показателей регулируемого электропривода с асинхронным двигателем.

Поэтому регулируемый электропривод с машиной постоянного тока и в настоящее время во многих областях техники является конкурентоспособным с частотно-регулируемым электроприводом. Подтверждением этому может служить и тот факт, что с 60-х годов промышленно развитые страны каждые 5-7 лет в 2 раза увеличивают выпуск машин постоянного тока.

Известные достоинства коллекторных машин постоянного тока: высокая плотность энергии и отличные регулировочные характеристики, по-видимому, гарантируют их широкое использование в обозримом будущем.

 

 

Похожие статьи:

poznayka.org