Регулирование скорости вращения двигателей постоянного тока

1. Проанализируйте способы регулирования скорости вращения двигателей постоянного тока

двигатель ток магнитный реостат Двигатели постоянного тока обладают возможностью плавно и экономично регулировать частоту вращения в широких пределах.

Из уравнения механической характеристики.

следует, что возможны три способа регулирования скорости вращения двигателей постоянного тока:

• — путём изменения потока ;
• — добавлением в цепь якоря регулируемого сопротивления;
• — регулированием напряжения цепи якоря.

Изменение потока. Магнитный поток зависит от тока в обмотке возбуждения, то есть данный способ регулирования подразумевает регулирование тока возбуждения.

В двигателях параллельного и смешанного возбуждения для изменения тока включают регулировочный реостат, а в двигателях последовательного возбуждения для этой цели шунтируют обмотку возбуждения каким-либо регулируемым сопротивлением, вследствие чего через обмотку возбуждения будет протекать только часть тока якоря. Обычно регулировочный реостат имеет несколько ступеней с сопротивлениями, которые позволяют получать несколько ступеней регулирования тока возбуждения двигателя.

Если реостат включается параллельно обмотке возбуждения, то магнитный поток уменьшается от номинального до минимального и скорость вращения увеличивается. Если реостат включается параллельно обмотке якоря, то магнитный поток увеличивается, а частота вращения уменьшается. Двигатели рассчитываются для работы при номинальном режиме с наибольшим значением потока, то есть с наименьшей скоростью. Поэтому практически можно только уменьшать поток.

Этот способ регулирования прост и экономичен. Однако в этом случае регулирование частоты вращения можно осуществлять только в сравнительно небольшом диапазоне. Нижний предел ограничивается насыщением магнитной цепи машины, которое не позволяет увеличивать в значительной степени магнитный поток, верхний предел — условиями устойчивости (при сильном уменьшении Ф двигатель идет вразнос), а также тем, что при глубоком ослаблении возбуждения сильно увеличивается ток якоря, что приводит к возрастанию реактивной ЭДС и искажающего действия реакции якоря. При этом повышается опасность возникновения искрения на коллекторе и появления кругового огня. По этой причине двигатели, предназначенные для работы в режимах глубокого ослабления возбуждения, обязательно должны иметь компенсационную обмотку и пониженное значение реактивной ЭДС при номинальном режиме.

Включение реостата в цепь обмотки якоря. При включении реостата в цепь обмотки якоря увеличение сопротивления ведёт к падению частоты вращения якоря двигателя. Такой способ регулирования прост и позволяет осуществлять плавное регулирование частоты вращения в широком диапазоне. Однако при этом возникают большие потери энергии в регулирующем реостате (), а соответственно резко уменьшается КПД двигателя, вследствие чего его практически применяют только при кратковременных режимах работы двигателя (например, при пуске). Другим недостатком рассматриваемого способа регулирования является то, что частота вращения регулируется лишь на понижение, без возможности его увеличить.

Регулировочный реостат должен быть рассчитан на длительное прохождение тока через него, в отличие, например, от пускового реостата.

Изменение питающего напряжения. При изменении питающего напряжения частота вращения изменяется пропорционально этому напряжению. Следовательно, подавая на обмотку якоря различные напряжения, можно получить семейство механических характеристик, у которых при любой нагрузке сохраняется условие равенства отношений частот вращения и напряжений. При уменьшении питающего напряжения механические характеристики двигателя смещаются в область меньших частот вращения и располагаются параллельно. Для осуществления указанного способа регулирования частоты вращения двигатель должен быть подключен к источнику постоянного тока с регулируемым напряжением: к генератору с независимым возбуждением или выпрямителю.

Несмотря на то, что рассмотренный способ требует довольно сложного оборудования, он широко распространён, так как обеспечивает плавное и экономичное (без потерь энергии в реостатах) регулирование частоты вращения в очень широких пределах. Следует отметить, что для электродвигателей с параллельным возбуждением указанный способ регулирования применять нельзя, так как при уменьшении питающего напряжения соответственно уменьшался бы магнитный поток двигателя и увеличивался ток обмотки якоря. В этом случае двигатель должен быть переведен на независимое возбуждение.

По проведённому описанию составим сравнительную таблицу способов регулирования (таблица 1).

Таблица 1 Сравнение способов регулирования двигателей постоянного тока.