Меню

Регулирование дпт током возбуждения

Управление возбуждением двигателей постоянного тока

Управление двигателями постоянного тока

По способу возбуждения двигатели постоянного тока подразделяются аналогично генераторам на двигатели независимого (рис.1), параллельного (рис.2), последовательного (рис.3) и смешанного (рис.4) возбуждения. При параллельном, последовательном и смешанном возбуждении напряжение на обмотке возбуждения зависит от напряжения на обмотке якоря, при независимой системе возбуждения, обмотка возбуждения питается от дополнительного источника постоянного тока и не зависит от режима работы и нагрузки двигателя.

Рис.1 Схема независимого возбуждения

Рис.2 Схема параллельного возбуждения

Рис.3 Схема последовательного возбуждения

Рис.4 Схема смешанного возбуждения

Для регулирования скорости двигателей постоянного тока применяют различные способы.
В общем случае скорость двигателя определяется выражением:

Как видно из выражения (1.1), регулировать скорость двигателя постоянного тока возможно двумя способами:

— Изменением питающего напряжения U

— Изменением магнитного потока машины Ф (изменением тока возбуждения)

Раньше регулирование питающего напряжения встречало трудности связанные с преобразованием напряжения постоянного тока, изменение скорости вращения двигателя осуществлялось с помощью включения в цепь якоря дополнительного регулировочного реостата. Основными недостатками этого метода являются потери в реостате, через который протекает ток полной нагрузки двигателя, неудобство управления.

Наиболее удобным, распространенным и экономичным способом регулирования скорости вращения двигателя постоянного тока, является изменение магнитного потока машины (изменение тока возбуждения). Экономия связана с тем, что в данном случае управлять можно не большим током якоря, а малым током возбуждения, что уменьшает потери и удешевляет систему управления. Однако этот способ позволяет лишь увеличивать скорость вращения двигателя.

Согласно выражению (1.1), с уменьшением Ф скорость возрастает (рис.5). Двигатели рассчитываются для работы при номинальном режиме с наибольшим значением Ф, т. е. с наименьшей величиной n. При таком регулировании к. п. д. двигателя остается высоким, так как мощность возбуждения мала, и потери при регулировании минимальны. Максимальная скорость вращения в данном случае ограничивается механической прочностью машины и условиями ее коммутации.

Рис.5 Характеристики ДПТ при регулировании тока возбуждения

Современные способы регулирования скорости двигателей постоянного тока

Сегодня основным средством управления двигателями постоянного тока становятся современные тиристорные регуляторы (назовем их “приводы постоянного тока”), их производят множество фирм, специализирующихся на приводной технике (например, Control Techniques, Siemens, Sprint-Electric и т.д.). Современные приводы постоянного тока позволяют управлять не только скоростью вращения двигателя, но и его моментом (например, на линиях намотки). За счет различных интерфейсов обмена сигналами с автоматизированной системой управления, изменять параметры работы двигателя достаточно просто и удобно.

Приводы постоянного тока могут работать как в одном квадранте, так и во всех четырех, при этом изменяя не только ток обмотки якоря, но и ток обмотки возбуждения — многие приводы имеют встроенные “контроллеры поля”, что дает возможность регулировать скорость двигателя в самом широком диапазоне.

Следует отметить, что “ослабление” поля при задании скорости двигателя выше номинальной, привод производит автоматически, контроллер поля представляет собой тот же тиристорный регулятор. Встроенные контроллеры поля имеют приводы Mentor, Mentor MP (Control Techniques), PL, PLX (Sprint-Electric). Остальные модели приводов постоянного тока этих брендов для питания обмотки возбуждения двигателей имеют неуправляемые выпрямители.

Номинальный ток контроллеров возбуждения приводов постоянного тока имеют следующие значения:
Sprint-Electric PL, PLX — 8A (для приводов с номинальным током якоря 12-123A), 16A (для приводов с номинальным током якоря 155-330A), 32A (для приводов с номинальным током якоря 430-630A).

Control Techniques Mentor — M25(R) — M210(R) — 8 А, остальные габариты с неуправляемым выпрямителем.
Control Techniques Mentor MP —
MP25Ax(R), MP45Ax(R), MP75Ax(R), MP105Ax(R), MP155Ax(R), MP210Ax(R) — 8А
MP350Ax(R), MP420Ax(R), MP550Ax(R), MP700Ax(R), MP825Ax(R), MP900Ax(R) — 10A
MP1200Ax(R), MP1850Ax(R) — 20А.

Для токов обмотки возбуждения имеющих значение свыше 8А, Control Techniques предлагает внешние контроллеры поля, которые связываются с приводом постоянного тока по цифровой шине — это контроллеры FXM-5 (до 90А) и FXMP-25 (до 25А).

На практике часто встречаются двигатели с низковольтными обмотками возбуждения с большими токами. В данном случае, для изменения тока можно применить приводы постоянного тока, при этом вместо обмотки якоря подключить обмотку возбуждения. Это может быть любой аналоговый или цифровой привод постоянного тока. При использовании в качестве регуляторов поля простых аналоговых преобразователей Sprint-Electric (модели 340, 680, 1220, 340i, 680i, 1220i, 370, 370E, 400E, 800E, 1200E, 400, 800, 1200, 400i, 1600i, 3200i, SL, SLE), производитель рекомендует настраивать их в режим управления моментом.
Привод Mentor MP (Control Techniques) имеет для этого специальный режим.

Читайте также:  Как пустить левый ток

Источник

Регулирование скорости вращения ДПТ

Из выражения механической характеристики (71) следует, что возможны три способа регулирования скорости вращения:

1) изменением магнитного потока главных полюсов;

2) изменением сопротивления цепи якоря;

3) регулированием напряжения питающей сети.

Рассмотрим регулирование скорости для двигателя параллельного возбуждения (рис.25).

Рис. 25. Схема включения ДПТ параллельного возбуждения

Механическая характеристика двигателя, снятая при неизменных номинальных значениях напряжения, тока и при номинальных значениях всех сопротивлений, называется естественной механической характеристикой. В противном случае – искусственной.

Для двигателя параллельного возбуждения механическая характеристика имеет вид линейной зависимости:

Рассмотрим все способы регулирования скорости вращения ДПТ.

1) Изменением магнитного потока.

Для изменения магнитного потока требуется изменять ток возбуждения. Для изменения тока возбуждения последовательно с обмоткой возбуждения (ОВ) включается регулировочный реостат, который может увеличивать сопротивление ОВ по отношению к номинальному значению, а значит только уменьшать ток и магнитный поток Ф. Тогда получается:

В выражении механической характеристики коэффициенты n и b будут при этом возрастать. На рис. 26 возросшим значениям магнитного потока соответствуют искусственные характеристики 1 и 2. Из характеристик следует, что изменением магнитного потока можно только увеличивать скорость вращения двигателя по сравнению с номинальной .

2) Изменением сопротивления цепи якоря.

Изменение сопротивления цепи якоря может осуществляться только в сторону увеличения сопротивления. Это можно сделать, включив последовательно с якорем регулировочный реостат.

Тогда общее сопротивление цепи якоря может только возрасти

(из- за последовательного соединения реостата), а, значит, возрастает коэффициент b при постоянном значении n:

Характеристики, соответствующие этому способу регулирования показаны на рис. 26. (линии 3, 4, 5).

Из характеристик следует, что изменением сопротивления якоря можно только уменьшать скорость вращения по сравнению с .

3) Изменением напряжения питающей сети.

Регулирование напряжения сети осуществляется с помощью регуляторов (например, тиристорных), и поэтому данный способ регулирования применяется в тех случаях, когда требуется специальное управление каким-либо технологическим процессом. В этом случае:

На рис. 26 такому способу регулирования соответствует характеристика 7.

Рис. 26. Регулировочные характеристики ДПТ

Вопросы для самопроверки

1. Для чего предназначены машины постоянного тока (МПТ)?

2. Для чего предназначен коллектор машины?

3. Какой обмоткой создается магнитное поле МПТ?

4. Какой физический закон лежит в основе принципа работы генератора постоянного тока?

5. Как создается магнитный момент в машине?

6. Запишите выражение ЭДС МПТ и поясните, какие величины в него входят.

7. Запишите выражение электромагнитного вращающего момента МПТ и поясните, какие величины в него входят.

8. Виды потерь в машине постоянного тока.

9. Определение коэффициента полезного действия машины. Зависимость КПД от нагрузки.

10. Способы возбуждения в МПТ. Схемы и определения.

11. Что такое реакция якоря в МПТ, каковы ее последствия и способы снижения ее влияния?

12. Запишите основные уравнения, определяющие работу двигателя постоянного тока.

13. Определение, аналитическое выражение и вид механической характеристики двигателей различного типа возбуждения.

14. Условия пуска двигателя постоянного тока.

15. Проблемы пуска двигателя постоянного тока (ДПТ).

16. Как ограничивают пусковой ток в ДПТ?

17. Перечислите способы регулирования скорости вращения ДПТ.

18. Как регулируется скорость вращения двигателя за счет изменения магнитного потока главных полюсов?

19. Как регулируется скорость вращения двигателя постоянного тока при изменении сопротивления цепи якоря?

Задача 2.Двигатель постоянного тока параллельного возбуждения имеет следующие данные: номинальная мощность , напряжение питания номинальная скорость вращения n , сопротивление цепи якоря ,сопротивление цепи возбуждения ,номинальный коэффициент полезного действия .

1.Номинальный ток, потребляемый двигателем, номинальный ток якоря и ток возбуждения.

2. Сопротивление пускового реостата , при котором начальный пусковой ток в цепи якоря составлял 2,5 .

3. Начальный пусковой момент двигателя при заданной кратности пускового тока.

4. Номинальный вращающий момент двигателя.

5. Построить в одной системе координат естественную механическую характеристику и искусственную (при введении пускового реостата ) механическую характеристику. Определить диапазон изменения частоты вращения при номинальной нагрузке.

Таблица 2 Тип двигателя и его данные

Тип двигателя n
кВт В об/мин % Ом Ом
2ПН225МУХЛ4 79,5 0,202 62,25

Решение

1. Номинальный ток двигателя, номинальный ток якоря и обмотки возбуждения.

Номинальный ток двигателя определяется из соотношений: ;

Отсюда номинальный ток двигателя:

Номинальный ток возбуждения:

В двигателе параллельного возбуждения токи связны уравнением (рис. 25): , где — номинальные токи обмотки якоря и возбуждения соответственно.

2. Сопротивление пускового реостата , при котором начальный пусковой ток цепи якоря составляет .

Пусковой ток двигателя при наличии реостата в цепи якоря равен:

Читайте также:  Выпрямители переменного тока электротехника

По условию , следовательно:

3. Начальный пусковой момент двигателя при заданной кратности пускового тока.

Заданная кратность пускового тока .

В двигателе постоянного тока параллельного возбуждения момент

Так как при изменении сопротивления цепи якоря, а , то момент пропорционален току якоря.

Тогда можно записать

Отсюда пусковой момент:

– номинальный момент двигателя.

Номинальный момент двигателя определим из следующих соображений. Так как из (69) , и из (52) и (53) и , можно записать откуда

Тогда для номинального момента

4. Естественная механическая характеристика двигателя.

Механическая характеристика линейна, поэтому для ее построения достаточно определить координаты 2-х точек.

Координаты одной точки уже определены: ( ). То есть (175,1Н·м; 600 об/мин).

Вторая точка соответствует холостому ходу двигателя, т.е. при М=0.

Из уравнения механической характеристики следует, что скорость холостого хода равна

В номинальном режиме:

Рассмотрим отношение: , откуда

Механическая характеристика строится по точкам:

(175,1Н·м; 600 об/мин) и (0; 634,6 об/мин) ( рис.27).

5. Искусственная механическая характеристика при введении пускового реостата в одной системе координат с естественной (п.4).

Искусственная механическая характеристика также линейна. Кроме того, скорость холостого хода при номинальном напряжении сети не зависит от значения сопротивления цепи якоря. То есть одна точка, соответствующая холостому ходу двигателя, остается от предыдущего расчета.

Для определения второй точки искусственной характеристики воспользуемся выражениями

где – скорость двигателя при введении пускового реостата.

6. Диапазон изменения скорости при номинальной нагрузке.

Диапазон определяется из графика (рис.27): от (380,8 до 600) об/мин.

Рис. 27. Механические характеристики двигателя

Источник

Регулирование скорости двигателей постоянного тока

Регулирование скорости двигателей постоянного токаИз уравнения электромеханической характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения следует, что возможны три способа регулирования его угловой скорости:

1) регулирование за счет изменения величины сопротивления реостата в цепи якоря,

2) регулирование за счет изменения потока возбуждения двигателя Ф,

3) регулирование за счет изменения подводимого к обмотке якоря двигателя напряжения U . Ток в цепи якоря I я и момент М, развиваемый двигателем, зависят только от величины нагрузки на его валу.

Рассмотрим первый способ регулирования скорости двигателя постоянного тока изменением сопротивления в цепи якоря . Схема включения двигателя для этого случая представлена на рис. 1 , а электромеханические и механические характеристики — на рис. 2 , а.

Схема включения двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Рис. 1. Схема включения двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Механические характеристики двигателя постоянного тока при различных сопротивлениях цепи якоря (а) и напряжениях (б)

Рис. 2. Механические характеристики двигателя постоянного тока при различных сопротивлениях цепи якоря (а) и напряжениях (б)

Изменяя сопротивление реостата в цепи якоря можно получить при номинальной нагрузке различные угловые скорости электродвигателя на искусственных характеристиках — ω1, ω2, ω3.

Проведем анализ данного способа регулирования угловой скорости двигателей постоянного тока с помощью основных технико-экономических показателей. Так как при данном способе регулирования изменяется жесткость характеристик в широких пределах, то при скоростях менее половины номинальной стабильность работы двигателя резко ухудшается. По этой причине диапазон регулирования скорости ограничен ( D = 2 — З).

Скорость при данном способе можно регулировать в сторону уменьшения от основной, о чем свидетельствуют электромеханические и механические характеристики. Высокую плавность регулирования трудно обеспечить, так как потребовалось бы значительное количество ступеней регулирования и соответственно большое число контакторов. Полное использование двигателя по току (нагреву) в этом случае достигается при регулировании с постоянным моментом нагрузки.

Недостатком рассматриваемого способа является наличие значительных потерь мощности при регулировании, которые пропорциональны относительному изменению угловой скорости. Достоинством рассмотренного способа регулирования угловой скорости являются простота и надежность схемы управления.

Учитывая большие потери в реостате при малых скоростях, данный способ регулирования скорости применяется для приводов с кратковременным и повторно-кратковременным режимами работы.

Регулирование скорости двигателей постоянного токаПри втором способе регулирование угловой скорости двигателей постоянного тока независимого возбуждения осуществляется изменением величины магнитного потока за счет введения в цепь обмотки возбуждения дополнительного реостата. При ослаблении потока угловая скорость двигателя как при нагрузке, так и при холостом ходе возрастает, а при усилении потока — уменьшается. Практически возможно изменение скорости только в сторону увеличения ввиду насыщения двигателя.

При увеличении скорости ослаблением потока допустимый момент двигателя постоянного тока изменяется по закону гиперболы, а мощность остается постоянной. Диапазон регулирования скорости для данного способа D = 2 — 4 .

Механические характеристики для различных значений потока двигателя приведены на рис. 2 , а и 2 , б, из которых видно, что характеристики в пределах номинального тока имеют высокую степень жесткости.

Обмотки возбуждения двигателей постоянного тока независимого возбуждения обладают значительной индуктивностью. Поэтому при ступенчатом изменении сопротивления реостата в цепи обмотки возбуждения ток, а следовательно, и поток будут изменяться по экспоненциальному закону. В связи с этим регулирование угловой скорости будет осуществляться плавно.

Читайте также:  Определение тока короткого замыкания по номинальному току

Существенными преимуществами данного способа регулирования скорости являются его простота и высокая экономичность.

Данный способ регулирования используют в приводах в качестве вспомогательного, обеспечивающего повышение скорости при холостом ходе механизма.

Третий способ регулирования скорости заключается в изменении напряжения, подводимого к обмотке якоря двигателя. Угловая скорость двигателя постоянного тока независимо от нагрузки изменяется прямо пропорционально напряжению, подводимому к якорю. Поскольку все регулировочные характеристики являются жесткими, а степень их жесткости остается для всех характеристик неизменной, работа двигателя является стабильной на всех угловых скоростях и, следовательно, обеспечивается широкий диапазон регулирования скорости независимо от нагрузки. Этот диапазон равен 10 и может быть расширен за счет специальных схем управления.

При данном способе угловую скорость можно уменьшать и увеличивать относительно основной. Повышение скорости ограничено возможностями источника энергии с регулируемым напряжением и U ном двигателя.

Если источник энергии обеспечивает возможность непрерывного изменения подводимого к двигателю напряжения, то регулирование скорости двигателя будет плавным.

Данный способ регулирования является экономичным, так-так регулирование угловой скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения осуществляется без дополнительных потерь мощности в силовой цепи якоря. По всем перечисленным выше показателям данный способ регулирования по сравнению с первым и вторым наилучший.

Источник



Регулирование скорости оборотов двигателя постоянного тока

Моторчик

С точки зрения регулирования скоростью вращения электродвигателей, интересно уравнение для электромеханических характеристик, соответствующее Второму закону Кирхгофа:

ω = U/C×Φ – ΥЯ /( C×Φ) 3 ×M

При описании технических характеристик электродвигателя скорость, выражаемая оборотами в минуту, зачастую называется частотой вращения ν по известному соотношению:

ω = 2p/T = 2pn

Поэтому эти две разноименные величины часто применяются в одном и том же смысле. Скорость w (частота ν) находится в прямой зависимости от напряжения питания U и в обратной от магнитного потока Ф. Исходя из приведенной выше формулы, возникает вывод, что скоростью можно управлять, регулируя сопротивление якоря, магнитный поток и напряжение питания.

1

Методы регулировки

Итак, различают три основных варианта регулирования скоростью:

  1. Изменением напряжения сети. Меняя подводимое питание можно управлять частотой вращения двигателя;
  2. Добавлением пускового реостата в цепь якоря. Регулируя сопротивление, можно уменьшить скорость вращения;
  3. Управлением магнитного потока. Двигатели с электромагнитами дают возможность регулировать поток путем изменения тока возбуждения. Однако нижний предел ν min ограничен насыщением магнитной цепи двигателя, что не позволяет увеличивать в большой степени магнитный поток.

К каждому из вариантов соответствует определённая зависимость механических характеристик.

Методы регулирования применительны к двигателям с различными:

  • типами возбуждения;
  • величиной мощности.

На практике в современных электрических моторах, в связи с недостатками и ограниченности диапазонов, рассмотренные методы не всегда применяются.

Это еще связано с тем, что машины отличаются довольно небольшими КПД, и к тому же не позволяют плавно увеличивать или уменьшать частоту вращения.

Электронные же схемы управления с регуляторами частоты, работающими от аккумуляторной батареи на 12 В, напротив, широко используются. Например, они очень актуальны для управления низковольтными электродвигателями 12 вольт в приборах автоматики, детских игрушках, электрических велосипедах, аккумуляторных детских автомобилях.

2

Принципиальной особенностью метода является то, что ток в цепи якоря и момент, развиваемый электродвигателем, зависят лишь от величины нагрузки на его валу. Регулировка осуществляется с помощью регулятора оборотов электродвигателя.

В течение очень долгого времени тиристорные преобразователи являлись единственным коммерчески доступными регуляторами двигателей. К слову сказать, они по-прежнему самые распространенные на сегодняшний день. Однако с появлением силовых транзисторов стали наиболее популярными регуляторы оборотов двигателя постоянного тока с широтно-импульсной модуляцией. Приведём для примера ниже схему, работающую от источника постоянного тока 12 В.

2

Схема на практике даёт возможность, к примеру, увеличивать либо уменьшать яркость свечения ламп накаливания на 12 вольт.

Последовательно-параллельное управление используется в ситуациях, когда два или более агрегата постоянного тока соединены механически. Схема с последовательным соединением электродвигателей, в которой общее напряжение делится на всех, используется для низкоскоростных приложений. Схема с параллельным соединением машин, имеющих одинаковое напряжение, используется в высокоскоростных применениях.

Заключение

Рассмотренный метод регулировки напряжения сети считается самым эффективным и экономичным вариантом, так как:

  • им обеспечивается широкий диапазон изменения скоростей (wmin / wmax) и лучшие энергетические характеристики (КПД);
  • он работает без каких-либо потерь мощности в силовой цепи якоря.

Управление осуществляется плавно, и по точности регулировка частоты вращения является весьма высокой.

Источник