Регулирование скорости МПТ изменением потока возбуждения

Этот способ регулирования нашел достаточно широкое распространение в современных промышленных электроприводах, особенно с двигателями независимого возбуждения, где регулирование скорости достигается недорогой ценой, поскольку ведется в цепях обмоток возбуждения, мощность которых составляет 2 – 5% мощности двигателя. Практическое применение нашли два способа изменения тока возбуждения I _в: реостатом R _дв в цепи ОВ (рис. 4.10,а) при неизменном напряжении питания U _в и изменением выходного напряжения U _в отдельного регулируемого источника ПВ, питающего обмотку возбуждения ОВ (рис. 4.10,б), за счет соответствующего изменения управляющего сигнала U _ув. Очевидно, второй способ энергетически выгоднее, но дороже на стоимость преобразователя ПВ, поэтому для двигателей малой, а иногда и средней мощности используют преимущественно первый способ.

Принципиальной особенностью первой схемы является то, что в ней поток возбуждения Ф можно только уменьшать относительно номинального значения Ф_н, во второй схеме поток можно как уменьшать, так и увеличивать. Однако, необходимо иметь ввиду, что на практике номинальное значение тока возбуждения I _вн, соответствующее номинальному потоку Ф_н, выбирается из условия допустимого нагрева обмотки возбуждения. Поэтому длительное превышение током возбуждения номинального значения приведет к перегреву обмотки и выходу двигателя из строя. Кроме того учитывая, что для двигателей нормального исполнения номинальное значение потока Ф_н лежит в области колена насыщения кривой намагничивания (рис. 4.10,в), кратковременное увеличение тока возбуждения I _в на некоторую величину D I _в выше номинального значения I _вн также неэффективно, т.к. вследствие насыщения вызывает относительно малые приращения потока DФ. Поэтому на практике при данном способе регулирования поток, как правило, только уменьшают (ослабляют) относительно номинального значения.

На рис. 4.11,а и рис. 4.11,б показаны естественные (при потоке Ф=Ф_н) и исскуственные электромеханические и механические характеристики двигателя для двух значений потока Ф₂ <Ф₁. Как следует из (2.23), скорость идеального холостого хода w₀ при ослаблении магнитного потока Ф растет (w_0е<w₀₁<w₀₂), ток короткого замыкания I _кз, в соответствии с (2.26) не зависящий от потока, остается без изменений, а момент короткого замыкания М _кз, пропорциональный потоку, как следует из (2.27), по мере ослабления потока уменьшается (М _кзе> М _кз1 > М _кз2). Поэтому естественная и все исскуственные электромеханические характеристики имеют общую точку с координатами w=0, I _я = I _кз, а наклон искусственных электромеханических характеристик по мере ослабления потока увеличивается. При этом, в силу отмеченных обстоятельств, при одинаковом изменении потока наклон механических характеристик увеличивается в большей степени, чем наклон электромеханических характеристик.

Следует отметить, что с повышением скорости выше номинального значениия кратковременно допустимое значение тока якоря снижается вследствие ухудшения условий коммутации в коллекторе из-за возрастающей реактивной ЭДС. Важным обстоятельством является то, что при ослаблении потока ограничены и значения длительно допустимых нагрузок на валу двигателя М _сдоп, что следует из выражения Учитывая, что при изменении магнитного потока выражение (4.7) имеет вид

, получаем . Тогда допустимая выходная мощность двигателя равна и не зависит от скорости. Поэтому иногда говорят, что при ослаблении магнитного потока обеспечивается постоянство выходной мощности двигателя.

Проведем оценку данного способа регулирования.

1. Регулирование однозонное, вверх от основной скорости.

2. Диапазон регулирования обычно достигает (6-8):1.

3. Регулирование плавное, поскольку оно осуществляется в маломощной цепи обмотки возбуждения и технически достижимо плавное изменение тока возбуждения даже по схеме рис. 4.10,а.

4. Стабильность скорости ниже, чем на естественных характеристиках, но учитывая, что реально ток короткого замыкания значительно превышает его номинальное значение, наклон исскуственных характеристик изменяется несущественно. Поэтому можно считать, что всеже стабильность регулирования скорости остается достаточно высокой.

5. Длительно допустимая нагрузка ниже, чем на естественной характеристике, ипадает по мере ослабления магнитного потока.

6. Из-за меньшей мощности цепи обмотки возбуждения по сравнению с мощностью якорной цепи капитальные затраты при данном способе регулированияниже, чем при изменении напряжения на якоре. Эксплуатационные издержки ввиду отсутствия в силовой якорной цепи дополнительных элементов малы.

Оценивая этот способ регулирования в целом, можно утверждать, что он обладает достаточно высокими технико-экономическими показателями, что делает его весьма перспективным для многих применений. Как правило, этот способ регулирования на практике используют в сочетании с изменением напряжения на якоре для дополнительного расширения диапазона регулирования (в металлорежущих станках, в прокатных станах и т.п.).

В двигателях последовательного возбуждения регулирование потока осуществляется шунтированием обмотки возбуждения. Схема включения двигателя показана на рис. 4.12,а, а механические характеристики на рис. 4.12,б. В соответствии с первым законом Кирхгофа ток возбуждения I _в в приведенной схеме является лишь частью тока якоря I _я, вторая часть которого I _ш протекает по параллельно включенному резистору R _ш, т.е. I _я = I _в + I _ш.

Для ослабления потока необходимо уменьшать сопротивление резистора R _ш. При этом ток I _ш увеличивается, а ток I _в, соответственно, уменьшается. При нагрузках, близких к номинальной, это приводит к росту скорости, но вследствие снижения жесткости характеристик, диапазон регулирования невелик. Остальные показатели регулирования примерно соответствуют таковым для двигателя независимого возбуждения.