Регулювання частоти обертання ДПС

 

8.9.1 Способи регулювання

 

Із рівнянь електромеханічної w=f(І_а) та механічної w=f(М) характеристик видно, що принципово можливе регулювання частоти обертання трьома способами М_ст=const:

1) зміною струму збудження, в результаті якого міняється і потік двигуна;

2) зміною опору в колі обмотки якоря;

3) зміною напруги мережі живлення обмотки якоря.

 

8.9.2 Регулювання швидкості зміною струму збудження

 

Змінюючи величину опору резистора R_д.з (рис.8.3,а), можна регулювати струм збудження І_зб обмотки ОЗД (U=const). Зі зменшенням струму від І_зб1 і до І_зб2 (рис.8.8) буде осла­блюватись і потік збудження Ф₀.

Згідно з рівнянням електромеханічної характеристики швидкість підвищується за умови  постійного  навантаження. Фізично це явище ілюструється слідуючим чином: з початку зміни І_зб швидкість двигуна не міняється (вплив механічної інерції), тому зменшен­ня потоку Ф_о знижує ЕРС Е, в ре­зультаті чого струм І_а значно зростає. Причому підвивання стру­му І_а значно переважає зниження потоку Ф₀, тому що U і E дуже близькі величини Е=(0,93...0,97)U. Момент двигуна М=КФ₀І_а також зростає, що спричиняє підвищення швидкості w, яка в свою чергу починає підвищувати ЕРС Е. В результаті струм І_а. спадає і момент М зменшується до настання нової рівноваги М₂=М_ст=М₁.

 

 

  

 

Рисунок 8.8 – Регулювання швидкості струмом збудження

 

В кінці перехідного процесу встановлюється нове значення стру­му І_а2 >І_а1,  тому що послаблення потоку Ф₀ спричиняє зростання струму І_а, щоб створити теж саме значення моменту. Розглянутий спосіб досить економічний, тому що регулювання здійснюється малим струмом І_зб.

Нормальний процес регулювання підвищує швидкість вверх від основної (навпаки – не використовується).

 

8.9.3 Регулювання зміною додаткового опору в колі якоря

 

Вмикання додаткового опору R_д в коло обмотки якоря згідно з рівнянням механічної характеристики (криві 1,2, рис.8.7) зменшує частоту обертання ротора за умови М_ст=сonst.

Фізично це пояснюється слідуючим чаном: додатковий опір R_д обмежує струм, що в свою чергу знижує момент М. Швидкість обертання починає знижуватись. Це спричиняє зниження ЕРС Е і підви­вання струму якоря І_а та момен­та М. Процес падіння частоти обер­тання і підвищення момента до на­стання нової рівноваги в електро­механічній системі закінчується в режимі М₂=М₁=М та w₂<w₁. Потужність двигуна на валу Р₂=w₂М₂ також знижується, а потужність Р₁=U×I_a2=U×I_a1 залишається постійною; різ­ниця DР=Р₁-Р₂  втрачається на нагрів резисторів в якір-ному колі. Тому таке регулювання не економічне. Використовують цей спосіб для регулювання частоти обертання вниз від основної.

 

 

 

 

Рисунок 8.9 – Регулювання швид­кості зміною опору

 

 

8.9.4 Регулювання швидкості зміною напруги якірного кола

 

Згідно з формулою ріст напруги U підвищує швидкість обертання і навпаки, зниження U зменшує її (w). Фізика процесу виглядав слідуючим чином. Зниження U зменшує різко струм I_a, а також і момент M двигу­на. Частота обертання і пропор­ційна їй ЕРС зменшується відпо­відно з інерційністю системи. Це призводить до підвищення струму якоря і момента двигуна. Процес  зменшення частоти обертання w і  підвищення струму та момента М продовжується до тих пір поки М зрівняється з М_ст,  тобто М₂=М₁=М_ст.

В новому сталому режимі І_а2=І_а1, а w₂<w₁.  Цей спосіб також економічний, тому що зниження Р₂=w₂М₂ зменшує також і Р₁=U₂І₂, що практично не знижує  ККД двигуна.

 

 

Рисунок 8.10 – Регулювання швидкості напругою живлення

 

Способи гальмування ДПС

 

В сучасних приводах дуже часто виникає необхідність негайно і точно зупинити механізм або змінити його напрямок обертання. Це дуже часто реалізують переводом двигуна в гальмівний режим роботи, в якому використовують електромагнітний момент МПС, як гальмівний. Характерним тут є те, що в будь-якому гальмівному режимі електромагнітний момент і швидкість обертання спрямовані назустріч один одному.

Всі гальмівні режими - це режими генераторні, тобто, машина працює перетворювачем механічної енергії в електричну. ДПС в за­гальному випадку мають три гальмівних режима:

1. Гальмування з поверненням енергії в мережу живлення (генератор­ний режим паралельно з мережею). Цей режим можливий в принципі, якщо Е>U. Двигун переходить в генераторний режим, тому що змінює­ться напрямок струму якоря, але обертатися він повинен в частотою вищою ніж  w₀. На валу створюється гальмівний момент, що врівно­важує момент статичного навантаження, що стає в цьому випадку ак­тивним. Енергія генератора віддається в мережу і повинна там бути використана,  інакше гальмування не відбудеться. Такий режим ще зветься рекуперативним гальмуванням.

В ДПС з послідовним збудженням обмотку збудження підключа­ють паралельно якорю через додатковий опір.

2. Гальмування противключенням (генераторний режим послідов­но з мережею).

В цьому режимі ЕРС двигуна має напрямок згідно з напрямком напруги мережі U і струм обмотки якоря дорівнює:

тут R_д – додатковий опір якоря обмеження струму якоря І_а (та момента М).

Принципово можливий режим противключення можливий в двох випадках:

а)  збереження знаку момента і зміна знаку швидкості (тоді U+Е) і знак струму не змінюється;

б)  збереження знаку швидкості і зміна знаку момента (тоді – U-Е   і момент міняє напрямок).

Другий випадок буде мати місце за умови перемикання поляр­ності підведеної до якірної обмотки напруги.

3. Динамічне гальмування (генераторний режим роботи ДПС не­залежно від мережі живлення). Цей режим характеризується відключенням якірної обмотки від мережі живлення і замиканням її на додатковий гальмівний опір. Машина може працювати як генератор незалежного збудження (або з самозбудженням), використовуючи для обертання резерв кінетичної енергії механізму. В ДПС послідовного і змішаного збудження необхідно для реалізації динамічного галь­мування зміняти напрямок струму збудження серієсної обмотки з ме­тою збереження напрямку її МРС (та потоку). Інакше машина може розмагнітитись і гальмування не відбудеться.

 

 

Контрольні питання до теми 8

 

1. Чим відрізняється енергетична діаграма ДПС від такої для ГПС?

2. Можливі системи збудження ДПС.

3. Які моменти діють на валу ДПС. Рівняння руху?

4. Принцип дії ДПС, рівняння напруг.

5. Як виводиться електромеханічна характеристика ДПС?

6. Які задачі та способи пуску ДПС?

7. Як записати рівняння перехідного процесу пуску ДПС?

8. Що таке реостатний пуск?

9. Які характеристики ДПС звуться робочими?

10.  Як записати рівняння механічної характеристики ДПС?

11.  Які задачі та способи регулювання швидкості ДПС?

12.  Як ілюструється спосіб регулювання ослабленням потоку ДПС?

13.  Характеристика гальму вальних режимів ДПС?

 

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

 

1. Костенко М.І1., ПиотровськиЙ Д.Н. Электрические машины.-М.Энергия, 1973.-4.1.

2. Вольдек А.И. Электрические машины.-Л.:Энергия,1978.

3. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины.-М.:Энергня,  1980.

 

 

      Конспект лекцій з дисципліни „Електричні машини” на тему: „Машини постійного струму” для студентів спеціальностей 7.092201 – Електричні системи і комплекси транспортних засобів, 7.092203 – Електромеханічні системи автоматизації та електропривод, 7.000008 – Енергетичний менеджмент

 

                                           Укладач: Сторожко Станіслав Петрович,

      доцент, канд. техн. наук 

 

51918, м. Дніпродзержинськ, вул. Дніпробудівська, 2

Підписано до друку „____”__________ 2006 р.

Формат 80/34 1/16. Обсяг ___________ д. а.

Тираж _______ екз. Замовлення__­­______________