Регулирование частоты вращения

При работе двигателя часто возникает необходимость регулирования частоты вращения n.

Способы регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока следуют из соотношений (8.21) и (8.23). Возможны три способа изменения частоты путём регулирования: сопротивления в цепи якоря (реостатное), потока Ф₀ (полюсное) и напряжении U.

Реостатное регулирование позволяет изменять частоту вращения только в сторону ее уменьшения от номинального значения. Этот способ связан со значительными потерями в сопротивлении R_Р и понижением КПД.

Дополнительное сопротивление R_Р включают в цепь якоря аналогично пусковому реостату ПР. При включении сопротивления R_Р в цепь якоря выражение частоты вращения (E_Я=C_eФn):

после подстановки (U=E_Я+I_ЯR_Я) получим (об/мин):

(8.31)

где n₀=U/(C_eФ) – частота вращения в режиме холостого хода;

∆n=I_Я(R_Я+R_Р)/(С_еФ) - изменение частоты вращения, вызванное падением напряжения в цепи якоря.

С увеличением R_Р возрастает ∆n, что ведет к уменьшению частоты вращения. Зависимость n=f(R_Р) иллюстрируется также и механическими характеристиками двигателя параллельного возбуждения (рис. 8.15 а) и двигателя последовательно-го возбуждения (рис. 8.15 б): с повышением R_Р увеличивается наклон механических характеристик, а частота вращения при заданной нагрузке на валу (М=М_НОМ) уменьшается. Этот способ, как уже отмечалось выше, обеспечивает плавное регулирование частоты вращения в широком диапазоне только в сторону уменьшения частоты от номинальной.

Естественные (R_Р=0) и искусственные (R_Р>0) механические зависимости двигателей приведены на рис. 8.15.

В качестве добавочного сопротивления R_Р может быть использован пусковой реостат ПР, рассчитанный на продолжительный режим работы. По реостату R_Р проходит полный ток якоря, что связано с большими потерями (∆Р_Э=I²R_Р), поэтому реостатный способ неэкономичен и рекомендуется только для двигателей малой мощности.

Рис. 8. 15. Механические характеристики двигателей: а) – с параллельным возбуждением; б) – с последовательным возбуждением.

Полюсное регулирование осуществляется изменением тока возбуждения I_П при введении в цепь возбуждения регулировочного реостата R_В (рис. 8.12.). Данный способ регулирования частоты вращения реализуется путём изменения потока Ф, т. е. тока возбуждения I_В.

Рассматриваемый способ позволяет регулировать скорость вверх относительно номинальной. При таком регулировании КПД двигателя остаётся высоким, так как мощность возбуждения мала.

Верхний предел регулирования частоты вращения ограничивается механической прочностью машины и условиями её коммутации.

Для получения аналитического выражения, описывающего возможности полюсного регулирования [или механической характеристики n=f(M) ] преобразуем выражение (8.21):

(8.32)

подставив в него из (8.22) или (8.9) значение тока якоря

(8.32 а)

получим:

(8.33)

где n₀ – частота вращения в режима холостого хода; ∆n – изменение частоты вращения, вызванное изменением нагрузки на валу двигателя и сопротивления R_Р.

Из уравнения (8.33) следует, что частота вращения обратно пропорциональна потоку возбуждения. С увеличением Ф₀ (U=const) частота вращения n₀ при холостом ходе уменьшается. Магнитный же поток на ненасыщенном участке пропорционален току возбуждения (рис. 8.16.).

Рис. 8.16 Зависимость потока и частоты вращения холостого хода от тока возбуждения.

Следовательно, при увеличении сопротивления R_В ток возбуждения I_В и магнитный поток уменьшаются, а частота вращения увеличивается (рис. 8.17.)

Рис. 8.17 Механические характеристики двигателей: е стественные (1) и искусственные (2, 3); а) – с параллельным; б) – с последовательным возбуждением.

При полюсном регулировании, анализируя механические характеристики (рис. 8.17), находим, что в двигателе с параллельным возбуждением при значительном уменьшении тока возбуждения или обрыве цепи возбуждения (R_В=0…∞) резко возрастает частота вращения – двигатель «идет вразнос».

В двигателе с последовательным возбуждением недопустимое возрастание скорости происходит при малых нагрузках. Включение регулировочного реостата R_ш в двигателе с последовательным возбуждением показано на рис. 8.18.

Рис. 8.18 Регулирование частоты вращения шунтированием обмотки возбуждения в двигателе с последовательным возбуждением.

Включение реостата R_ш, шунтирующего обмотку возбуждения ОВ, а также уменьшение сопротивления ведет к снижению тока возбуждения I_В=I_Я-I_Ш, а, следовательно [см. формулу (8.32)], к росту частоты вращения n (так как ∆n↓). Регулирование частоты вращения изменением напряжения требует отдельного источника питания. Оно осуществляется в системе «генератор – двигатель». Механические характеристики при изменении подводимого напряжения аналогичны характеристикам, показанным на рис. 8.17 б.

В двигателях со смешанным возбуждением регулирование частоты вращения осуществляется теми же способами, что и в двигателях параллельного возбуждения.

Дата добавления: 2014-01-04