Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока
С точки зрения, регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока являются универсальными. Можно регулировать скорость за счет изменения сопротивления в цепи якоря, потоком и подводимым напряжением. Это видно из формулы: .
1.Регулирование частоты вращения сопротивлением в цепи якоря.
Уравнения токов до и после введения сопротивления
,
, откуда
, т. е. ток
и момент уменьшается (
) .
При этом
и скорость
уменьшается. С уменьшением скорости
ток якоря возрастает, и он достигнет исходного тока якоря, но при меньшей скорости
.
Переходный процесс показан на рис. 50.
Регулирование частоты вращения сопротивлением в цепи якоря осуществляется в сторону уменьшения скорости, рис. 51.
Но так как ток якоря протекает по , то увеличиваются общие потери, и снижается кпд. При постоянном токе, за счет увеличения падения напряжения
, скорость двигателя уменьшается.
2.Регулирование частоты вращения за счет изменения потока
Ток якоря до и после изменения потока
,
, их отношение
. Уравнение моментов
. Уменьшим поток на
, т. е.
,
. Напряжение примем за единицу, тогда
.
Ток якоря возрос в 3,3 раза, тогда , то
и
(возрастает). Переходный процесс представлен на рис. 52.
Ток . С увеличением скорости вращения, ток якоря будет уменьшаться, но он будет больше исходного т. к. уменьшен поток.
![]() |
При уменьшении потока частота вращения возрастает, рис 53.
Рис. 53.
Как правило, регулирование частоты вращения изменением потока производят в сторону увеличения. В сторону уменьшения регулирование мало эффективно из-за насыщения магнитной цепи.
3.Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения.
Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения производится следующими способами:
А) Системы генератор-двигатель (Г-Д).
Б) Ттиристорный преобразователь-двигатель (ТП-Д).
В) Широтно-импульсное регулирование.
А) Система Г-Д, рис.54.
![]() |
![Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока - student2.ru](/images/fizika/regulirovanie-chastoty-vrashheniya-dvigateley-postoyannogo-toka-1655039-30.gif)
Рис. 54.
Увеличивая ток возбуждения генератора iвг, возрастает поток Фг и Ег, а следовательно увеличивается напряжение на якоре двигателя и скорость возрастает. Регулирование происходит плавно при малых потерях энергии.
Эта система используется при большой мощности двигателя (подъёмники, прокатные станы, экскаваторы и т.д).
Б) Тиристорный преобразователь-двигатель.
В системе Г-Д используется большое число машин, что увеличивает стоимость установки и снижает надежность.
![]() |
Поэтому в последнее время для регулируемого напряжения все чаще используются статические преобразователи, рис.55.
Рис. 55.
Увеличивая угол управления - площадь полупериода уменьшается, уменьшается среднее значение напряжения - Uср, а следовательно уменьшается скорость вращения.
В) Широтно-импульсное регулирование.
![]() |
Идея регулирования напряжения подводимого к двигателю заключается в том, что, изменяя длительность подключения двигателя ключом (К) к сети, изменяется среднее значение напряжения, рис. 56. В качестве ключа используются схемы на базе тиристоров или транзисторов.
Рис. 56.
Изменяя время импульса t4 изменяется скважность ,
где t4 - время импульса;
tп - время паузы.
Среднее значение Uср=U0e.
.
Как видим, изменяя среднее значение напряжения, можно регулировать частоту вращения двигателя. Эта система широко используется вместо контактакторно-резисторных систем.
3.7. Коммутация двигателя
При вращении якоря щетка попеременно замыкает секции якоря и в этой секции происходит изменение направления тока. А сама секция передается в другую параллельную ветвь, рис.57. Ток в секции меняется только под щеткой. Дадим определение коммутации:
Коммутацией называется процесс изменения направления тока в секции при переходе ее из одной параллельной ветви в другую.
Рис. 57.
![]() |
При коммутации под щетками происходит очень сложный процесс, этот процесс протекает быстро (10-2 ¸10-5 сек.) и на него влияет много факторов. Мы будем исходить из классической теории коммутации. Разберем коммутацию в узком смысле, возьмем одну секцию и ширину щетки равную ширине коллекторной пластины.
Рис. 58
На рис. 58 еще раз показан процесс коммутации. При положении щетки на пластине (1) ток в секции протекает по часовой стрелке, и секция относится к правой параллельной ветви. Затем при вращении якоря секция щеткой будет закорочена. В конце коммутации щетка будет расположена на пластине (2). Ток в секции сменит направление, и она перейдет в левую параллельную ветвь (показано пунктиром).
Процесс коммутации длится всего тысячные доли секунды. Такое быстрое изменение направления тока вызывает многие неприятности, в частности, искрение на коллекторе.
Искрение гостируется в специальной таблице:
Степень искрения: 1 - отсутствие искрения.
1 - слабое точечное искрение под небольшой частью щетки. 1
- слабое точечное искрение под большей частью щетки.
2 – искрение под всем краем щетки.
3 – значительное искрение под всем краем щетки с наличием крупных искр.
При нормальной коммутации степень искрения не должна превышать 1 .
Искрение определяется не только неудовлетворительной коммутацией, а также определяется механическими причинами, потенциальными неравномерностями. Механическое искрение определяется некачественной щеткой, при плохой обработке и
т. д.
При изучении коммутации будем исходить из двух положений:
1. Будем считать, что контактная поверхность щетки проводит ток равномерно.
2. Удельное сопротивление контакта (переходное сопротивление единицы площади), будем принимать постоянным и не зависимым от плотности тока.