Электропривод с двигателями постоянного тока (стр. 10 )

Схемы с шунтированием якоря ДПТ последовательного возбуждения применяются для обеспечения низких скоростей движения, а также получения определенной скорости идеального холостого хода ДПТ последовательного возбуждения. Такие схемы нашли применение в электрическом транспорте, электроприводе грузоподъемных машин и ряде других случаев.

3.19. ТОРМОЖЕНИЕ ДПТ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Для ДПТ последовательного возбуждения возможны два варианта тормозного режима: при его работе генератором последовательно с сетью (режим торможения противовключением) и независимо от сети (режим динамического торможения).

Торможение противовключением ДПТ последовательного возбуждения, как и для ДПТ независимого возбуждения, может быть осуществлено двумя путями. Один из них связан с изменением полярности напряжения на обмотке якоря при сохранении того же направления тока в обмотке возбуждения. Одновременно с этим для ограничения переходного тока в цепь якоря ДПТ вводится дополнительный резистор Rд.

В результате выполнения этих операций ДПТ (рис. 381) перейдет с естественной характеристики 1 на характеристику 2, участок bс которой соответствует режиму торможения противовключением.

Торможение противовключением также реализуется в том случае, когда ДПТ последовательного возбуждения будет нагружен активным моментом Мс, превышающим момент короткого замыкания Мк,з. Рассмотрим этот способ с помощью рис. 3.81.

Допустим, что ДПТ в исходном режиме работает в точке а на характеристике 1, преодолевая активный момент нагрузки Мс. Если теперь, не изменяя полярность напряжения на ДПТ, ввести в его якорную цепь дополнительный резистор Rд, то ДПТ будет иметь характеристику вида 3. Так как момент ДПТ при этом стал меньше момента нагрузки, то он начнет вначале тормозиться, а затем и разгоняться в противоположном направлении, пока в точке d моменты нагрузки Мс и ДПТ не сравняются. Двигатель при этом будет работать в режиме торможения противовключением.

Динамическое торможение ДПТ последовательного возбуждения реализуется в двух схемах его включения.

В первой схеме (рис. 3 82, а) обмотка возбуждения ОД через дополнительный резистор Rв подключается к источнику постоянного тока, а обмотка якоря замыкается на резистор Rд. Получается схема, типичная для ДПТ независимого возбуждения, в которой ДПТ последовательного возбуждения имеет характеристики, изображенные на рис. 3.82, б.

Специфичным для ДПТ последовательного возбуждения является динамическое торможение с самовозбуждением, которое реализуется по схеме рис. 3.83. Для возникновения и существования режима самовозбуждения необходимо выполнение следующих условий: 1) наличие остаточного магнитного потока в ДПТ Фост; 2) совпадение по направлению Фост и магнитного потока Ф, создаваемого током возбуждения; 3) замкнутая цепь якоря; 4) скорость ДПТ должна быть отличной от нуля;

5) наводимая в якоре ЭДС должна быть равна суммарному падений напряжения в резисторах якорной цепи, т. е. E=IR.

При выполнении этих условий торможение самовозбуждением происходит следующим образом Вследствие наличия остаточного магнитного поля при вращении якоря в нем наводится ЭДС, под действием которой по якорю и обмотке возбуждения ДПТ протекает ток. Этот ток создает основной магнитный поток Ф, который, совпадая по направлению с остаточным потоком Фост, приведет к увеличению ЭДС. Это, в свою очередь, повлечет за собой увеличение тока в ДПТ, и такой процесс самовозбуждения ДПТ будет продолжаться до тех пор, пока ЭДС не станет равной суммарному падению напряжения в цепи якоря.

Статические характеристики ДПТ последовательного возбуждения в этом режиме можно получить графоаналитическим способом, использовав условие E=IR. Для этого на одной плоскости (рис. 3.84, а) совмещаются характеристики холостого хода Е(I), представляющие собой зависимость ЭДС машины от тока возбуждения при фиксированной скорости якоря w=const, и вольт-амперная характеристика цепи якоря IR(I).

Точки пересечения этих характеристик соответствуют установившемуся режиму при данных параметрах цепи якоря ДПТ и его скорости. Так, при суммарном сопротивлении цепи якоря R1 точками установившегося режима являются точки 1 2 и 3, а при другом, большем сопротивлении цепи якоря R2>R1 – точки 4 и 5.

Если теперь использовать координаты этих точек установившегося режима, а именно значения скорости и тока, то можно получить искомые статические электромеханические характеристики ДПТ. На рис. 3.84, б выполнено это построение, в результате которого получены электромеханические характеристики для двух принятых значений суммарного сопротивления цепи якоря R1 и R2. Механические характеристики ДПТ последовательного возбуждения могут быть получены из электромеханических характеристик при использовании универсальных характеристик.

Отметим, что для режима торможения с самовозбуждением существует определенное критическое сочетание параметров, соответствующее границе этого режима. Такому критическому сочетанию на рис. 3.84, а при сопротивлении цепи якоря R1 соответствует скорость w4=wкр1 (при сопротивлении R2–скорость w3=wкр2). При меньших скоростях самовозбуждение ДПТ не наступает.

Режим торможения с самовозбуждением используется для интенсивного электрического торможения в электроприводах транспортных в грузоподъемных машин.

3.20. СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДПТ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Релейно-контакторные схемы управления ДПТ последовательного возбуждения при пуске, реверсе и торможении выполняются по тем же принципам времени, скорости (ЭДС), тока и пути, что и для других видов ДПТ. Многие типовые узлы, которые были рассмотрены ранее, могут быть использованы в электроприводе с ДПТ последовательного возбуждения,

Рассмотрим схему управления ДПТ последовательного возбуждения, показанную на рис. 3.85 Эта схема обеспечивает пуск ДПТ в две ступени по принципу времени и реверс или торможение противовключением по принципу ЭДС. Схема включает в себя пять однополюсных контакторов КМ, КМ1, КМ2, КМЗ, КМ4; два контактора ускорения КМ5 и КМ6, контактор противовключения КМ7; реле противовключения KVI и KV2; реле времени КТ1 и КТ2; выключатели QF1 и QF2.

Органом управления в схеме является командоконтроллер SA, имеющий три положения: нулевое, «Вперед» и «Назад». Защиту электропривода обеспечивают максимальные реле КА1, КА2, реле напряжения KV и предохранители FA. Реле противовключения KVI и KV2 настраиваются таким же образом, что и в схеме рис 3 45, а.

Пуск ДПТ, например, в условном направлении «Вперед» осуществляется переводом командоконтроллера SA в положение «Вперед» Если защита находится в исходном положении, то это приведет к срабатыванию аппаратов КМ, КМ1, КМ2 и подключению ДПТ к сети Возникшее за счет пускового тока падение напряжения на резисторах Rп и Rд1 вызовет включение реле КТ1 и КТ2, которые разомкнут свои контакты в цепи аппаратов КМ5 и КМ6.

Одновременно с этим сработает реле KVI и своим контактом подаст питание на контактор КМ7. Последний, сработав, закоротит ступень противовключения Rп и одновременно катушку реле КТ1, которое, потеряв питание, начнет отсчет выдержки времени. Далее в порядке, рассмотренном выше для аналогичных схем, в функции времени произойдет последовательное закорачивание ступеней пускового резистора Rд1 и Rд2.

Для реверса командоконтроллер SA переставляется в положение «Назад». При его переходе в это положение отключаются аппараты КМ1, КМ2, КМ7, КМ5, КМ6, вводя в цепь якоря резисторы Rп, Rд1, Rд2 и подготавливая тем самым ДПТ к реверсу или торможению

При последующем включении аппаратов КМ, КМ2, КМ4 изменяется полярность напряжения на якоре ДПТ, и он переходит в режим торможения противовключением. В соответствии со своей настройкой реле KV2, несмотря на замыкание контакта КМ3 в своей цепи питания, не срабатывает, вследствие чего контакторы КМ7, КМ5 и КМ6 лишены питания и торможение происходит при полностью введенных в цепь якоря резисторах Rп+Rд1+Rд2.

По мере снижения скорости растет напряжение на катушке реле КV2 (см рис 346, б), и при скорости, близкой к нулю, произойдет его срабатывание. Если при этом контроллер остается в положении «Назад», то начинается процесс разбега ДПТ в этом направлении с рассмотренным выше порядком работы схемы.

Если при достижении нулевой скорости переместить контроллер в среднее положение, то ДПТ будет отключен от сети и схема вернется в исходное положение.

В общем случае точный анализ переходных процессов в электроприводе с ДПТ последовательного возбуждения и получение зависимостей изменения координат во времени являются сложными задачами. Это определяется тем, что дифференциальные уравнения для якорной цепи двигателя и механической части привода являются нелинейными из-за наличия в них произведения двух переменных – тока и магнитного потока для момента и скорости и потока для ЭДС. Дополнительное усложнение исследования связано с нелинейной зависимостью магнитного потока от тока, выражаемой кривой намагничивания, а также нелинейностью характеристик ДПТ. В связи с этим точное исследование Переходных процессов в электроприводе возможно только с помощью вычислительных машин. В практических инженерных расчетах, как правило, пользуются различными приближенными способами получения кривых переходного процесса

3.21. СХЕМА ВКЛЮЧЕНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ДПТ СМЕШАННОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Основная схема включения ДПТ смешанного возбуждения приведена на рис 3.86, а. Двигатель имеет две обмотки возбуждения – последовательную ОВП, включенную последовательно с якорем, и независимую ОВН. Магнитный поток ДПТ вследствие этого представляет собой сумму двух составляющих – потока Фо, в,н, создаваемого ОВН, и потока Фо, в,п, создаваемого ОВП.

Зависимость обеих составляющих и суммарного потока ДПТ Ф в функции тока показана на рис 3.86, б соответственно в виде штриховых линий 1 и 2 и сплошной линии 3. Важно отметить, что при токе якоря, стремящемся к значению – I1, магнитный поток Ф стремится к нулю, т. е. ДПТ размагничивается.

Электромеханическая и механическая характеристики ДПТ смешанного возбуждения выражаются соответственно формулами (3.163) и (3.164), в которых магнитный поток Ф также есть функция тока.

Для получения участков характеристик при w>w0 (второй квадрант) проведем следующий дополнительный анализ.

1 При I®-I1 (см рис 3.86, б) магнитный поток Ф®0 и согласно (3.163) w®¥. Таким образом, вертикальная линия, соответствующая значению тока I=-I1, является асимптотой электромеханической характеристики, вид которой показан на рис 3.87, а.

2 Механическую характеристику ДПТ смешанного возбуждения во втором квадранте можно получить из рассмотрения формулы электромагнитного момента ДПТ постоянного тока (3.3) Из нее следует, что когда I®-I1 Ф®0 и w®¥, момент ДПТ стремится к нулю. Другими словами, ось скорости является асимптотой механической характеристики Так как при w=w0 М=0, то на интервале скорости w0<w<¥ момент принимает экстремальное значение Мтах, а механическая характеристика имеет вид кривой, показанной на рис. 3.87, б.

Двигатель смешанного возбуждения, имея две обмотки возбуждения, сочетает в себе свойства как ДПТ независимого возбуждения, так и ДПТ последовательного возбуждения.

Двигатель смешанного возбуждения может работать во всех возможных режимах, а именно двигателем, генератором параллельно, последовательно и независимо от сети, а также в режимах холостого хода и короткого замыкания.

Регулирование координат ДПТ смешанного возбуждения может осуществляться всеми характерными для ДПТ способами, связанными с изменением магнитного потока, напряжения и сопротивления резистора в цепи якоря.

Управление ДПТ смешанного возбуждения осуществляется с помощью схем, рассмотренных применительно к ДПТ независимого и последовательного возбуждения.

Отметим, что из-за относительно невысоких технико-экономических показателей ДПТ смешанного возбуждения (высокая стоимость, повышенные масса, габариты и расход материалов) электропривод с ДПТ смешанного возбуждения применяется сравнительно редко.