Методические указания и домашняя контрольная работа учебной дисциплины «Электрический привод» (стр. 4 из 12)
7. Как влияет величина постоянного тока в обмотке статора асинхронного двигателя при динамическом торможении на длительность процесса торможения и вид характеристики?
8. Написать уравнение угловой механической характеристики синхронного двигателя. Объяснить смысл входящих в него величин.
9. Начертить угловую механическую характеристику синхронного двигателя. Показать область устойчивой работы двигателя.
9. Что такое входной момент синхронного двигателя? Как он связан с пусковым моментом?
Тема 1.4. Регулирование скорости электроприводов
Регулирование скорости электроприводов с двигателями постоянного тока: изменением величины сопротивления в цепи якоря - реостатное регулирование; шунтированием обмотки якоря; ослаблением магнитного потока, изменением величины подводимого к якорю напряжения по системе генератор - двигатель, управляемый вентильный преобразователь - двигатель, магнитный усилитель - двигатель, с импульсным регулятором напряжения.
Регулирование скорости электроприводов с двигателями переменного тока: изменением величины сопротивления в цепи ротора - реостатное регулирование; изменением числа пар полюсов в двигателе; изменением частоты переменного тока; введением в цепь статора активных и реактивных сопротивлений, автотрансформаторов и вентильных регуляторов; каскадным включением асинхронных двигателей. Допустимая нагрузка на двигатели постоянного и переменного токов при работе их на искусственных (регулировочных) характеристиках.
Синхронное вращение электроприводов.
Литература: [1] стр. 58-89 , [3] стр. 66-77, стр. 99-100.
Методические указания
Многие технологические машины и механизмы в процессе работы требуют от электроприводов изменения скорости в большем или меньшем диапазоне, с той или иной степенью плавности, по тому или иному закону. Электропривод должен удовлетворять требованиям производственной машины. Удовлетворение этих требований обеспечивается правильным выбором типа двигателя, способа регулирования. Изучая тему, учащийся должен хорошо уяснить регулировочные свойства двигателей, способы регулирования скорости, их достоинства и недостатки. Прежде всего учащийся должен понять, что такое регулирование скорости, диапазон и плавность регулирования. Основные способы регулирования скорости двигателей постоянного тока видны из выражения для скоростной характеристики
w= 
(11)
При изменении величины напряжения U, подводимого к якорю, внешнего сопротивления r, величины магнитного потока Ф двигателя будет изменяться скорость его вращения. Регулирование сопротивлением в цепи якоря находит широкое применение в приводах подъемно-транспортных устройств. Оно просто осуществляется, но имеет существенные недостатки: неэкономичность, малый диапазон регулирования, неустойчивость при больших величинах внешних сопротивлений, отсутствие плавности. Чтобы это лучше представить, необходимо нарисовать механические характеристики двигателя при различных сопротивлениях цепи якоря и с помощью их рассмотреть эти вопросы.
Регулирование шунтированием обмотки якоря применяется главным образом для получения ползучей скорости. Достоинство этого способа заключается в том, что возможно получение жестких характеристик на малых скоростях и, следовательно, сравнительно устойчивой работы двигателя. Рассматривая данный способ регулирования, учащийся должен представить себе физическую сторону процесса и разобраться, почему возможно получение жестких характеристик при малых скоростях вращения. Регулирование ослаблением магнитного потока применяется в том случае, когда необходимо получение скоростей выше основной. Учащийся должен понять, почему каждой величине магнитного потока соответствует своя скорость идеального холостого хода и почему меньшему магнитному потоку соответствует более мягкая характеристика. Двигатели с последовательным возбуждением в принципе могут регулироваться теми же способами, но их регулировочные возможности значительно меньше.
Большое внимание учащиеся должны обратить на регулирование скорости изменением подводимого к якорю напряжения.
Этот способ применяется тогда, когда необходимо регулирование в широком диапазоне. В качестве питающего источника используются управляемые генераторы (системы Г-Д), управляемые преобразователи с использованием ртутных или газоразрядных вентилей (УРВ-Д), тиристоров (ТП-Д). Используются также магнитные усилители (МУ-Д) и электромашинные усилители (ЭМУ-Д). При изучении этого способа регулирования учащийся в первую очередь должен разобраться в регулировании скорости двигателя, работающего в незамкнутой системе Г-Д, усвоить, что практически бесступенчатое регулирование может производиться не только за счет изменения напряжения, подводимого к якорю, но и за счет изменения магнитного потока регулируемого двигателя. Полезно для какого-либо конкретного двигателя, питающегося от регулируемого генератора, построить естественную характеристику и сравнить ее с естественной характеристикой того же двигателя, питающегося от источника неизменного напряжения.
В незамкнутой системе Г-Д механические характеристики двигателя мягче, чем естественная характеристика двигателя, питающегося от источника неизменного напряжения.
Чтобы понять причину этого, следует рассмотреть уравнение механической характеристики двигателя, работающего в незамкнутой системе Г-Д.
Недостаточная жесткость характеристик не позволяет получить достаточно широкий диапазон регулирования.
Для получения более широкого диапазона следует иметь жесткие характеристики. Чем больше жесткость характеристики, тем шире диапазон регулирования при прочих равных условиях. Это положение учащийся должен хорошо понять. Получение жестких характеристик возможно путем введения в систему цепей обратных связей по различным параметрам. Учащийся должен рассмотреть принципиальные схемы с обратными связями, разобраться в направлениях действия намагничивающих сил цепей обратных связей относительно намагничивающей силы задающего элемента. Системы с обратными связями называются замкнутыми. Изучив регулирование в системе Г-Д, нетрудно понять и регулирование двигателя при питании его якоря от других преобразователей, так как принципы те же.
Асинхронные двигатели имеют худшие регулировочные свойства, чем двигатели постоянного тока.
Регулирование изменением величины сопротивления цепи ротора применяется в приводах подъемно-транспортных устройств. Этот способ имеет те же недостатки, что и регулирование двигателя постоянного тока изменением величины сопротивления цепи якоря: неэкономичность, малый диапазон регулирования, неустойчивость работы при больших сопротивлениях цепи ротора.
Регулирование изменением числа пар полюсов возможно только у двигателей, имеющих специальное исполнение обмотки статора, допускающее переключение на разное число пар полюсов.
Этот способ регулирования имеет тот серьезный недостаток, что скорость изменяется большими скачками, поэтому он часто применяется в сочетании с механическим способом регулирования.
Регулирование изменением частоты питающего напряжения может быть бесступенчатым, но оно имеет свои недостатки - необходимость иметь преобразователь частоты, вследствие чего увеличиваются капитальные затраты и эксплуатационные расходы, низкий КПД.
Этот способ удобен тогда, когда требуется регулировать несколько асинхронных двигателей одновременно в одинаковых пределах.
Регулирование скорости включением в цепь статора активных и реактивных сопротивлений, автотрансформаторов и вентильных регуляторов производится за счет изменения величины питающего напряжения. Учащийся должен вспомнить зависимость момента асинхронного двигателя от величины питающего напряжения и зависимость скольжения от напряжения, приложенного к статору при неизменном вращающем моменте,
В ряде случаев требуется синхронное вращение (вращение с одинаковой скоростью) двух или большего количества двигателей, не связанных механически, независимо от нагрузки каждого двигателя. Такие системы называются системами синхронного вращения или электрическим валом.
Учащийся при изучении этого вопроса должен понять, почему скорость двигателей сохраняется одинаковой при разных нагрузках их. Для этого необходимо уяснить, что при разных скоростях валов рабочих, двигателей ЭДС роторов вспомогательных машин будут сдвинуты не на 180°, как при одинаковых скоростях, а на угол, отличный от 180°. Вследствие этого в роторной цепи вспомогательных машин появятся результирующая ЭДС и уравнительный ток, который создаст моменты вспомогательных машин, действующие так, что скорости главных двигателей выравниваются.
Вопросы для самоконтроля
1. Что такое диапазон и плавность регулирования?
2. Какими способами можно регулировать скорость двигателей постоянного тока?
3. Каковы достоинства и недостатки каждого способа регулирования?
4. Почему при введении в цепь якоря добавочного сопротивления снижается скорость вращения?
5. В каких случаях применяется шунтирование якоря для изменения скорости двигателя?
6. Объяснить, почему двигатель постоянного тока независимого возбуждения, работающий в системе Г-Д, имеет более мягкую естественную характеристику, чем в том случае, когда он питается от источника неизменного напряжения.
7. Объяснить, как влияет жесткость механических характеристик двигателя постоянного тока на величину диапазона регулирования.
8. Какими способами можно регулировать скорость асинхронных двигателей? Каковы достоинства и недостатки каждого способа?