4.Регулирование скорости, тока и момента электропривода с дпт - нв в схеме с шунтированием якоря. Расчёт и построение характеристик двигателя. Выбор регулировочных резисторов.

Для регулирования скорости ДПТ независимого возбуждения применяется схема с шунтированием якоря, показанная на рис. 3.30. Эта схема позволяет с помощью двух добавочных резисторов–R_ш, включаемого параллельно якорю, и R_п, включаемого последовательно с якорем, получать

сравнительно жесткие характеристики в области малых скоростей ДПТ. Такие характеристики требуются, например, для электроприводов подъемных кранов и лифтов.

Уравнения характеристик ДПТ в схеме рис. 3.30 могут быть получены на основании выражений для ЭДС (3.2) и момента (3.3) ДПТ и следующих соотношений:

(3.57)

(3.58)

(3.59)

Заменяя в (3.57) и (3.58) ток I_п на его выражение из (3.59), а затем исключая из полученных двух уравнений I_ш, получаем следующие выражения соответственно для электромеханической и механической характеристик:

(3.60)

(3.61)

где

Из (3.60) и (3.61) видно, что в схеме с шунтированием якоря снижается скорость идеального холостого хода и падает жесткость характеристик по сравнению с основной схемой включения ДПТ. Это объясняется тем, что в схеме рис 3.30 напряжение ДПТ меньше напряжения источника питания, а в якорной цепи находится добавочный резистор R_п. По этой причине способ регулирования скорости в схеме с шунтированием якоря часто называют комбинированным, так как он сочетает в себе регулирование изменением напряжения и реостатное регулирование.

Семейство искусственных характеристик ДПТ в схеме рис. 3.30 при постоянном R_ш и регулируемом R_п приведено на рис. 3.31.

Общая для данного R_ш точка A₁ пересечения всех характеристик соответствует режиму работы ДПТ, когда он не потребляет ток из сети, в силу чего резистор R_п не оказывает влияния на характеристики ДПТ. В этой точке ЭДС ДПТ уравновешивает напряжение сети и внутреннее падение напряжения в якоре, т. е.

Двигатель работает в режиме динамического торможения с током I₁=U/R_ш1. При изменении R_ш, например при его увеличении, общей точкой становится точка A₂, также располагающаяся на естественной характеристике.

Семейство искусственных характеристик ДПТ при постоянном R_п и регулируемом R_ш приведено на рис. 3.32. Пересечение характеристик происходит в точке В₁, которая является общей точкой для всех искусственных характеристик при данном R_п. В точке B₁ ЭДС ДПТ, изменив свой знак, компенсирует внутреннее падение напряжения в якоре, вследствие чего напряжение на якоре и, следовательно, на R_ш равно нулю, ток через резистор R_ш. не проходит, а ток через якорь определяется как I₁=U/R_п1. При изменении R_п, например при его увеличении, общей точкой характеристик становится точка В₂, координата тока для которой определяется соотношением I₂=U/R_п2.

Рассмотренный способ регулирования скорости по своим характеристикам и показателям занимает промежуточное положение между способами, связанными с изменением напряжения на якоре и сопротивлением в цепи якоря. Диапазон регулирования скорости лежит в пределах 5 – 6, плавность регулирования определяется плавностью изменения сопротивления R_ш и R_п. Регулирование скорости осуществляется вниз от основной при постоянном моменте нагрузки, жесткость получаемых искусственных характеристик относительно высокая в области малых скоростей.

Экономичность этого способа регулирования невысока из-за значительных потерь мощности в якорной цепи. По этой причине способ используется для регулирования скорости ДПТ небольшой мощности при кратковременной работе на пониженных скоростях.

б) Регулирование (ограничение) тока и момента. Получаемые искусственно характеристики широко используются для регулирования (ограничения) тока и момента ДПТ независимого возбуждения в переходных процессах, в которых ток и момент могут принять недопустимо большие значения для ДПТ. Так, в первый момент пуска ДПТ находится в режиме короткого замыкания (=0; E=0) и ток короткого замыкания при его пуске по естественной характеристике определяется соотношением . Из-за малости R_я (доли ома или единицы ом) , в то время как допустимый для ДПТ общепромышленного назначения ток . Таким образом, возникает необходимость ограничения тока (и тем самым момента) при пуске ДПТ, что может быть достигнуто введением в цепь якоря добавочных пусковых резисторов. Такая же необходимость возникает при реверсе и торможении ДПТ независимого возбуждения.

Для ограничения тока и момента при пуске в простейшем случае используется одна искусственная характеристика 1 (рис. 3.5). Порядок пуска ДПТ следующий: вначале он начинает работать по характеристике 1 при наличии в цепи якоря добавочного резистора R_д1. Далее при скорости ₁ резистор R_д1закорачивается и ДПТ переходит на естественную характеристику. Сопротивление резистора R_д1 выбирается из условия обеспечения допустимого тока в начальный момент пуска

, (3.11)

гдеI_доп– допустимый ток.

Во многих случаях при пуске ДПТ используется не одна, а несколько искусственных характеристик. Их количество зависит от момента нагрузки электропривода и требований плавности переходных процессов.

Динамическое торможение ДПТ осуществляется отключением якоря от сети и замыканием его по схеме рис. 3.2 на резистор R_д2. Двигатель переходит на характеристику динамического торможения 2 (рис. 3.5), по которой и происходит торможение.

Сопротивление резистора R_д2 определяется по допустимому броску тока в первый момент перехода в режим динамического торможения. Так как в этот момент , то EU, и сопротивление R_д2 определится как

(3.12)

Реверс или торможение противовключением осуществляется изменением полярности напряжения на якоре ДПТ с одновременным вводом в якорь резистора R_д3. Двигатель переходит на характеристику 3 (рис. 3.5), попадая в режим торможения противовключением. В этом режиме ЭДС и напряжение сети совпадают по направлению, поэтому резистор R_д3 определяется по выражению

. (3.13)

В некоторых случаях для достижения более точного регулирования тока и момента в переходных режимах используется не одна искусственная характеристика, а несколько, как, например, при реализации пусковой диаграммы ДПТ (см. рис. 3.8). Отметим, что в рассматриваемом случае резисторы вводятся в цепь якоря только в переходных режимах работы ДПТ.

в) Расчет регулировочных резисторов. Выражения (3.11)–(3.13) позволяют рассчитать сопротивления добавочных резисторов в цепи якоря ДПТ по критерию допустимого тока. Рассмотрим теперь общие методы расчета сопротивлений регулировочных резисторов.

Задача формируется следующим образом: известны технические данные ДПТ и его естественная электромеханическая характеристика.

По условиям регулирования скорости, тока или момента задана искусственная характеристика (прямые 1–3 на рис. 3.6). Требуется определить сопротивление добавочного резистора, при включении которого в цепь якоря будет обеспечена заданная характеристика.

Метод отрезков. Для получения расчетной формулы этого метода запишем согласно (3.4) выражение для скорости ДПТ на заданной искусственной характеристике при номинальных токе, моменте, магнитном потоке и напряжении

. (3.14)

Так как , то (3.14) можно записать так:

(3.15)

где – так называемое номинальное сопротивление ДПТ, Ом.

Из (3.15) получаем следующее соотношение:

, (3.16)

которое отражает очень важное свойство ДПТ: относительный перепад скорости ДПТ равен относительному активному сопротивлению цепи якоря R/R_ном. Отметим, забегая вперед, что это свойство характерно и для других типов двигателей, в частности асинхронных. Пропорцию (3.16) удобно решать графически, для чего обратимся к рис. 3.6. Обозначим на нем характерные точки а, b, с, d и отметим, что ; . Тогда

; (3.17)

; (3.18)

. (3.19)

Таким образом, для нахождения R_дследует по характеристикам определить длины отрезков bc и ad при номинальном токе, рассчитать номинальное сопротивление и затем воспользоваться формулой (3.18). Этот же порядок расчета сохраняется тогда, когда исходными являются механические характеристики ДПТ. В этом случае длины отрезков определяются при номинальном моменте.

Данный метод справедлив также и при расчете резисторов в схеме динамического торможения. Опуская вывод, который может быть сделан аналогичным образом, приведем окончательную формулу для расчета R_д,т, обеспечивающего характеристику динамического торможения вида 2 на рис. 3.6,

. (3.20)

Отметим, что характеристика 3 на этом рисунке соответствует R_д,т=0 и располагается параллельно естественной характеристике.

Метод пропорций. При применении этого метода используется выражение для перепада скорости на характеристиках ДПТ. Если согласно (3.6) записать выражения для  на естественной и искусственной электромеханической или механической характеристике при одном и том же токе I_i или моменте М_i (рис. 3.6), а затем найти их отношение, то получится следующая пропорция:

. (3.21)

Определяя из (3.21) R_д, получаем формулу для расчета R_д методом пропорций

(3.22)

Значения _e и _и находятся, как и ранее, по характеристикам рис. 3.6.

При расчетах регулировочных резисторов в цепях якоря ДПТ независимого возбуждения необходимо знать собственное сопротивление якоря ДПТ R_я. Назовем возможные способы его нахождения.