Конспект лекций по предмету электрические аппараты (стр. 27 )

Если при увеличении частоты вра­щения ток якоря остается номиналь­ным Iя. н (рабочие точки двигателя расположены на вертикальной линии рис. 84, а), то электромагнитный мо­мент уменьшается так, что электромагнитная мощность остается посто­янной. Следовательно, регулирование изменением потока желательно осу­ществлять в случае, когда механиче­ская мощность сопротивления, переда­ваемая от рабочего механизма на вал двигателя, не зависит от частоты вращения, а момент сопротивления изменяется обратно пропорционально частоте вращения. Диапазон регули­рования двигателей независимого возбуждения общего назначения до­стигает Д = 2:1; специальных дви­гателей Д = 8:1.

Диапазон регулирования двигате­ля постоянного тока последователь­ного возбуждения уменьшением его потока в воздушном зазоре состав­ляет более Д = 2:1.

Главными факторами, ограничива­ющими диапазон регулирования при рассматриваемом способе, являются механическая прочность конструкции двигателя и условия коммутации.

3. Регулирование частоты враще­ния двигателя изменением напря­жения питания. Данный способ обес­печивает регулирование частоты вра­щения вниз от частоты вращения на естественной характеристике. Это свя­зано с тем, что изменять напряжение можно, только уменьшая его от номи­нального значения. Увеличение на­пряжения выше номинального сопря­жено с повышением опасности пробоя изоляции и повышением потерь в стали.

Из уравнения механической ха­рактеристики следует, что при изменении U коэффициент Rя/(кЕ·кМ·Ф) при аргументе М, определяющий угол наклона графика, остается неизмен­ным. Поэтому характеристики семей­ства при таком способе регулирова­ния параллельны (рис. 85) и их жесткость остается постоянной.

Рис. 84. Скоростные (а) и меха­нические (б) характеристики двигателя постоянного тока не­зависимого возбуждения при регулировании частоты враще­ния током возбуждения

Из выражения U = кЕФn0 следует, что частота вращения идеального холо­стого хода по определяется как n0 = U/( кЕФ),тогда при уменьшении U(Uн> U1>  U2> Uз) частота вращения п0 также уменьшается.

Для того чтобы ток якоря Iя оста­вался всегда номинальным и тем самым оптимально использовался двигатель, необходимо рассматривае­мый способ регулирования осуще­ствлять при постоянном моменте ста­тического сопротивления, равном но­минальному. Диапазон регулирования Д = 10:1 ограничивается снизу неус­тойчивой работой двигателя на низ­ких частотах вращения.

В качестве регулируемых источ­ников питания используют электромашинные генераторы (система Г— Д), управляемые преобразователи (система УВ—Д), электромашинные или магнитные усилители (системы ЭМУ—Д и МУ—Д).

­

Рис. 85. Механические характеристики дви­гателя постоянного тока независимого воз­буждения при изменении напряжения, подво­димого к якорю

В настоящее время наиболее перс­пективными являются статические полупроводниковые выпрямители, по­зволяющие преобразовывать синусои­дальное напряжение в постоянное, значение которого изменяется под воздействием управляющего сигнала. Выпрямители отличаются от других преобразователей более высоким кпд, меньшей установочной мощностью, меньшими габаритами и массой, от­носительно низкими капитальными и эксплуатационными расходами, большим быстродействием.

Система управляемый выпрямитель - двигатель

Из систем, обеспечивающих регу­лирование изменением напряжения питания, наиболее распространенны­ми являются системы генератор—дви­гатель (Г—Д) и управляемый вы­прямитель—двигатель (УВ—Д). Пер­вая из них достаточно подробно рас­сматривается в курсе «Электротех­ника». В настоящее время наиболее перспективны управляемые выпря­мители, построенные на основе тири­сторов.

Тиристорные преобразователи пре­образовывают энергию переменного тока в энергию постоянного тока.

Рис. 86. Схема однофазных однополупериодных выпрямителей с диодом (а) и тиристором (б)

По своим свойствам тиристоры близки к нерегулируемым полупроводнико­вым вентилям—диодам. Поэтому принцип их действия нетрудно понять, сравнив его с принципом действия диодов. Схемы простейших однопо­лупериодных выпрямителей, постро­енных на основе диода Д, приведены на рис. 86, а, а тиристора Т—на рис. 86, б.

В отрицательный полупериод диод и тиристор запираются напряжением сети, поэтому напряжение на нагруз­ке R, а следовательно, и ток равны нулю. При положительном полупериоде диод отпирается и, так как его сопротивление в этом состоянии мало, все напряжение сети приходится на сопротивление нагрузки (рис. 87, а). Это справедливо и для тиристора, если в течение положительного по - лупериода к управляющему электро­ду УЭ будет приложен небольшой положительный потенциал—сигнал управления.

При отсутствии сигнала управле­ния тиристор заперт как при отри­цательном, так и при положительном полупериоде. Таким образом, если при t = t1 положительного полупериода напряжения сети на управляющий электрод подать сигнал управления, тиристор отопрется и будет находиться в этом состоянии до появления отри­цательного потенциала. Если при сле­дующих периодах напряжения сети управляющий сигнал подавать через прежний промежуток времени, то кар­тина повторится (рис. 87, б).

В рассматриваемом случае нагруз­ка носит характер активного сопротивления.

Рис. 87. Диаграммы напряжений и токов одно­фазных однополупериодных выпрямителей с диодом (а) и тиристором (б)

Следовательно, ток, прохо­дящий по цепи, будет полностью по­вторять изменение напряжения, как это показано на рис. 87, а, б.

Если изменить длительность изменится среднее значение выпрям­ленного тиристором напряжения: при увеличении t1 его среднее значение уменьшается, при уменьшении t1 — увеличивается. Это свойство исполь­зуют в тиристорных приводах для регулирования скорости. Так, если вместо R (см. рис. 86) подключить якорную цепь двигателя постоянного тока, получим тиристорный привод, в котором напряжение на якоре из­меняется с изменением t1.

Время подачи управляющего сиг­нала от начала положительного полупериода принято измерять углом б, называемым углом включения тири­стора б = щсt1, где (щс—круговая час­тота напряжения питания—опреде­ляется через частоту питания fс по выражению щс = 2рfс.

Из курса «Электротехника» изве­стно, что периодически изменяемая несинусоидальная величина (ток или напряжение) может быть представле­на в виде суммы постоянной состав­ляющей и синусоид, различной час­тоты.

Как следует из рис. 87, б, выпрям­ленный ток носит пульсирующий ха­рактер, поэтому он может быть пред­ставлен суммой, состоящей из по­стоянного тока и переменных синусоидальных токов различной частоты. Переменные составляющие выпрям­ленного тока отрицательно сказыва­ются на условиях коммутации двига­телей постоянного тока и увеличи­вают потери в них.

Для подавления гармонических составляющих в тиристорные преоб­разователи часто последовательно с якорем двигателя включают дроссель (реактор), который обладает большим реактивным (индуктивным) сопротивлением и наряду с индук­тивностью якорной обмотки выпол­няет роль индуктивного фильтра.

Среди большого разнообразия схем тиристорных приводов следует различать схемы одно - и двухполупериодного выпрямления, а также с пи­танием от одно - или трехфазной сети переменного тока.

Наибольшее распространение по­лучили трехфазные схемы с нулевым выводом питающего трансформатора Тр и мостовые (рис. 88, а, б). В пер­вом случае используется один полупериод, во втором—оба полупериода напряжения (блоки управления тири­сторами на рисунке не показаны).

Уравнение механической характе­ристики системы управляемый выпря­митель — двигатель имеет такой вид:

где — максимально выпрямленное напряжение, получаемое при от­крытых тиристорах в течение всего положительного полупериода, — суммарное сопротивление якорной цепи.

Жесткость механических характе­ристик тиристорного привода мень­ше жесткости естественной характе­ристики двигателя за счет большего активного сопротивления якорной цепи.

На рис. 89 приведено семейство ха­рактеристик, соответствующих выра­жению при разных значениях а. Характеристики представляют собой параллельные прямые, изображенные на рисунке сплошными линиями в области средних и больших статиче­ских моментов сопротивления и пунк­тирными линиями в области малых нагрузок.

Реальные характеристики тири­сторного привода в области малых нагрузок отличаются от характери­стик выражения n. Это объясня­ется тем, что для сглаживания гармо­нических составляющих в этой обла­сти необходимо иметь фильтр с очень большим значением индуктивности. Практически это трудно обеспечить. Поэтому ток, проходящий в цепи якоря, становится прерывистым и характеристики начинают вести себя так, как показано на участке рис. 89, ограниченном пунктирной линией.