Регулирование скорости МПТ изменением напряжения на якоре

Для реализации этого способа регулирования скорости якорная цепь машин независимого возбуждения подключается к индивидуальному регулируемому источнику постоянного напряжения. При использовании промышленной сети переменного тока (см. рис. 4.8,а) между сетью и двигателем включается специальное устройство – преобразователь П нерегулируемого напряжения переменного тока в регулируемое напряжение постоянного тока (управляемый выпрямитель). Он может выполняться на основе другой электрической машины (электромеханический преобразователь), либо на основе мощных тиристоров или транзисторов (полупроводниковый преобразователь). Обмотка возбуждения питается от отдельного неуправляемого источника постоянного напряжения U _в (неуправляемого выпрямителя).

Основные свойства преобразователя в статическом режиме работы могут быть охарактеризованы ЭДС Е _п, внутренним соротивлением R _п и коэффициентом усиления , где U _у – входной управляющий сигнал. Выходное напряжение преобразователя, прикладываемое к якорю двигателя, зависит от потребляемого тока

(4.18)

Подставляя это выражение в (2.21), получаем уравнение электромеханической характеристики

, (4.19)

а при подстановке его в (2.19), уравнение механической характеристики

(4.20)

Из рассмотрения (4.19) и (4.20) видно, что при неизменном потоке Ф скорость идеального холостого хода w₀ пропорциональна ЭДС преобразователя Е _п, а следовательно и величине U _у

, (4.21)

Поэтому скорость w₀ изменяется при установке соответствующего значения U _у. Вместе с тем, из сравнения (4.20) и (4.21) с (2.22) и (2.23) следует, что статическое падение угловой скорости, равное

, (4.22)

из-за наличия R _п возрастает по сравнению с его значением на естественной характеристике при том же значении тока якоря.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что при изменении ЭДС преобразователя получаем семейство параллельных между собой электромеханических или механических характеристик с несколько большим наклоном, чем наклон соответствующих естественных характеристик.

В качестве примера на рис. 4.9,а приведены механические характеристики двигателя для ряда значений ЭДС преобразователя Е _п1> Е _п2> Е _п3> Е _п4. Там же для сравнения пунктиром приведена естественная характеристика при условии, что значение Е _п1 равно номинальному напряжению на якоре двигателя U _н. Как видно, при разных значениях ЭДС преобразователя и некотором активном моменте статической нагрузки на валу М _с получаем соответствующий ряд значений скорости w₁> w₂>w₃>w₄, причем нижнее значение скорости получено при изменении знака выходного напряжения преобразователя.

Оценивая рассматриваемый способ регулирования по сформулированным выше критериям, отметим следующее.

1. Регулирование скорости однозонное, вниз от основной скорости, поскольку увеличение ЭДС преобразователя выше номинального напряжения двигателя недопустимо,.

2. Диапазон регулирования скорости для двигателей средней мощности в разомкнутой структуре управления (без обратных связей) обычно ограничен значением D _w≈10:1. Однако, в более совершенных замкнутых структурах управления он может достигать до D _w≈1000:1 и более.

3. Плавность регулирования высокая, практически равна единице, т.е. r®1.

4. Стабильность регулирования из-за снижения жесткости регулировочных характеристик ниже, чем на естественной характеристике. Однако учитывая, что реально выходное сопротивление преобразователя R _п обычно соизмеримо с сопротивлением якорной цепи двигателя R _я, снижение жесткости незначительно. Поэтому можно считать, что стабильность регулирования скорости достаточно высокая, которая при необходимости может быть повышена в замкнутых структурах управления.

5. При неизменном магнитном потоке, равном номинальному значениюдлительно допустимая нагрузка на любойрегулировочной характеристике равна моминальному моменту.

6. Эксплуатационные издержки невелики, поскольку регулирование ведется в маломощных цепях управления преобразователя. Однако они больше, чем при работе на естественной характеристике при том же токе якоря из-за возросшего суммарного сопротивления силовой цепи двигателя. Капитальные затраты, определяющиеся стоимостью преобразователя и управления им, больше, чем при других способах регулирования.

Схема включения двигателя постоянного тока последовательного возбуждения, обеспечивающая изменение напряжения, показана на рис. 4.8,б. Если пренебречь выходным сопротивлением преобразователя, то номинальному выходному напряжению преобразователя соответствует естественная механическая характеристика, показанная на рис. 4.9,б пунктиром.

При снижении напряжения в соответствии с (2.28) и (2.29) скорость снижается и характеристики располагаются ниже естественной. Поскольку они нелинейны, их строят по точкам, аналогично реостатным характеристикам. В начале строят исскуственные электромеханические характеристики по уравнению , которое получено с использованием уравнения естественной характеристики и уравнения исскуственной характеристики при нониженном напряжении . Механические характеристики строятся с использованием зависимости М (I _я). Примерный их вид при изменении напряжения показан на рис. 4.9,б. Показатели регулирования в основном соответствуют таковым для электропривода с двигателями независимого возбуждения.

Таким образом, этот способ регулирования в целом обладает вполне благоприятными технико-экономическими показателями, благодаря чему широко применяется в современных электроприводах. В силу того, что при изменении напряжения на якоре жесткость получаемых электромеханических и механических характеристик близка к жесткости естественных характеристик, в разомкнутых структурах управления для регулирования момента этот способ не используется.