Регулирование скорости вращения двигателей постоянного тока

Угловая скорость вращения двигателя постоянного тока определяется по формуле

. (4.5)

Очевидно, что регулировать ее можно тремя способами:

1. Включением добавочного резистора или реостата R_д в цепь обмотки якоря.

2. Изменением основного магнитного потока машины.

3. Изменением питающего напряжения.

Рассмотрим данные способы на примере двигателя параллельного возбуждения.

Дополнительное сопротивление R_д включают в цепь якоря аналогично пусковому реостату, однако в отличие от последнего оно должно быть рассчитано на продолжительное протекание тока. При включении реостата в цепь якоря скорость вращения с ростом нагрузки уменьшается более резко, чем при работе двигателя без реостата. Это видно из механических характеристик Рисунок4.4. Угловая скорость вращения холостого хода одинакова для естественной и искусственной характеристик. А значения Dw_ест и Dw_реост (уменьшение угловой скорости вращения при нагрузке) различны. При одном и том же моменте

. (4.6.)

Чем больше R_д, тем круче с увеличением нагрузки падает скорость вращения.

Основной недостаток такого метода - большие потери энергии в реостате (особенно на малых скоростях вращения). Очевидно, что данный способ позволяет только уменьшать скорость вращения по сравнению со скоростью на естественной характеристике.

 

Для того, чтобы изменить основной поток машины, необходимо регулировать ток возбуждения, для чего в цепь обмотки возбуждения включают регулировочный реостат.

Для магнитных потоков Ф₁ и Ф₂ скорость вращения будет определяться соответственно выражениями

. (4.7)

. (4.8)

В двигателе с параллельным возбуждением, например, отношения скоростей холостого хода и изменения скоростей вращения при управлении со стороны обмотки возбуждения, обратно пропорциональны изменению магнитного потока:

. (4.9)

Электромеханические характеристики для двух значений потоков приведены на Рисунок 4.5.

Видно, что скоростные характеристики двигателя при Ф₁>Ф₂ не являются параллельными, они пересекаются в точке А (при нулевой скорости вращения. Это объясняется тем, что ток якоря короткого замыкания I_як не зависит от величины потока, а определяется величинами напряжения и сопротивления цепи якоря (I_як=U/åR_я).

Величина же момента изменяется прямопропорционально величине потока, тогда для момента короткого замыкания будет справедливо соотношение

. (4.10)

Механические характеристики при Ф₁>Ф₂ (рисунок 4.6) будут пересекаться при некотором значении критического момента М. Таким образом, с уменьшением магнитного потока угловая скорость вращения холостого хода возрастает, а величина момента короткого замыкания снижается. Тогда, при значениях нагрузочного момента, меньших М_кр уменьшение потока приводит к увеличению скорости вращения, а при значениях больших М_кр, наоборот - к ее снижению.

В двигателях параллельного возбуждения средней и большой мощности уменьшение потока используют для повышения скорости вращения, а в микродвигателях поток уменьшают для снижения скорости вращения.

Данный способ прост и экономичен, поэтому широко применяется на практике. К его недостаткам следует отнести сравнительно небольшой диапазон регулирования скорости т.е.

, (4.11)

где w _min -минимальная угловая скорость ограничивается насыщением магнитной цепи машины (рост магнитного потока ограничен);

w _max-максимальная угловая скорость ограничивается механической устойчивостью двигателя, а также тем, что при глубоком ослаблении возбуждения резко увеличивается искажающее действие реакции якоря и растет реактивная ЭДС, что повышает опасность возникновения искрения на коллекторе и появления кругового огня.

 

Регулирование скорости вращения двигателя изменением управляющего напряжения применяется лишь при I_в =const, т.е. при раздельном питании цепей обмотки якоря и обмотки возбуждения при независимом возбуждении.

Угловая скорость вращения холостого хода пропорциональна напряжению (ω₀=U/c_еФ), а изменение скорости (Δω=I_я R_я/с_еФ) от напряжения не зависит. Поэтому механические характеристики двигателя при изменении напряжения Рисунок4.6. не меняют угла наклона к оси абсцисс, а смещаются по высоте, оставаясь параллельными друг другу. Изменением напряжения управления цепи якоря можно регулировать скорость вращения вниз от номинальной, поскольку недопустима подача напряжения выше номинального значения. При необходимости увеличения скорости вращения выше номинальной, можно воспользоваться изменением тока возбуждения двигателя.

Практическая реализация данного способа регулирования скорости сводится к применению регулируемого источника напряжения. Например, для управления двигателями малой и средней мощности в качестве такого источника можно применять регулируемый выпрямитель Рисунок4.7, в котором напряжение постоянного тока меняется регулировочным автотрансформатором(АТ), включенным на входе выпрямителя.