Двигатель постоянного тока независимого возбуждения как генератор

Система генератор — двигатель постоянного тока

В различных станках часто требуется бесступенчатое регулирование частоты вращения привода в пределах более широких, чем те, которые может обеспечить регулирование посредством изменения магнитного потока двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением. В этих случаях применяют более сложные системы электропривода.

На рис. 1 представлена схема регулируемого электропривода по системе генератор — двигатель (сокращенно Г — Д). В этой системе асинхронный двигатель АД непрерывно вращает генератор Г постоянного тока с независимым возбуждением и возбудитель В, представляющий собой маломощный генератор постоянного тока с параллельным возбуждением.

Двигатель постоянного тока Д приводит в движение рабочий орган станка. Обмотки возбуждения ОВГ генератора и ОВД двигателя питаются от возбудителя В. Изменяя реостатом 1 сопротивление цепи возбуждения генератора Г, меняют напряжение, подводимое к якорю двигателя Д, и тем самым регулируют частоту вращения двигателя. Двигатель при этом работает с полным и неизменным потоком, так как реостат 2 выведен.

При изменении напряжения U меняется частота вращения n 0 идеального холостого хода двигателя Д. Так как поток двигателя и сопротивление цепи его якоря не меняются, то угловой коэффициент b остается постоянным. Поэтому прямолинейные механические характеристики, соответствующие разным значениям U, расположены одна под другой и параллельны друг другу (рис. 2).

Рис. 1. Система генератор — двигатель постоянного тока (дпт)

Рис. 2. Механические характеристики системы генератор — двигатель постоянного тока

Они имеют больший наклон, чем характеристики такого же электродвигателя, питаемого от сети постоянного тока, так как в системе Г — Д напряжение U при неизменном токе возбуждения генератора с увеличением нагрузки снижается согласно зависимости:

где Ег и r г— соответственно э. д. с. и внутреннее сопротивление генератора.

По аналогии с асинхронными двигателями обозначим

Эта величина характеризует уменьшение частоты вращения двигателя при повышении нагрузки от нуля до номинальной. Для параллельных механических характеристик

Эта величина возрастает по мере уменьшения n0. При больших значениях sн заданные режимы резания будут значительно изменяться при случайных колебаниях нагрузки. Поэтому диапазон регулирования напряжением обычно не превышает 5:1.

С уменьшением номинальной мощности двигателей падение напряжения в них увеличивается, и механические характеристики получают больший наклон. По этой причине снижают диапазон регулирования напряжением системы Г — Д по мере уменьшения мощности (при мощностях менее 1 кВт до 3:1 или 2:1).

С уменьшением магнитного потока генератора на его напряжении в большей степени сказывается размагничивающее действие реакции его якоря. Поэтому характеристики, относящиеся к низким частотам вращения двигателя, фактически имеют больший наклон, чем механические характеристики.

Расширение диапазона регулирования достигается уменьшением магнитного потока двигателя Д посредством реостата 2 (см. рис. 1), производимым при полном потоке генератора Этому способу регулирования скорости соответствуют характеристики, расположенные выше естественной (см. рис. 2).

Общий диапазон регулирования, равный произведению диапазонов регулирования обоими способами, достигает (10 — 15) : 1. Регулирование изменением напряжения является регулированием с постоянным моментом (поскольку магнитный поток двигателя остается неизменным). Регулирование изменением магнитного потока двигателя Д является регулированием с постоянной мощностью.

Читайте также:  Снять и поставить двигатель на ока

Перед пуском двигателя Д реостат 2 (см. рис. 1) полностью выводят, и поток двигателя достигает наибольшего значения. Затем реостатом 1 увеличивают возбуждение генератора Г. Это вызывает повышение напряжения, и скорость двигателя Д увеличивается. Если обмотку ОВГ включить сразу на полное напряжение UB возбудителя В, то ток в ней, как во всякой цепи, обладающей индуктивностью и активным сопротивлением, будет нарастать:

где rв — сопротивление обмотки возбуждения, LB — ее индуктивность (влиянием насыщения магнитопровода пренебрегаем).

На рис. 3, а (кривая 1) представлен график зависимости тока возбуждения от времени. Ток возбуждения нарастает постепенно; скорость нарастания определяется соотношением

где Тв — электромагнитная постоянная времени обмотки возбуждения генератора; имеет размерность времени.

Рис. 3. Изменение тока возбуждения в системе Г—Д

Изменение напряжения генератора при пуске имеет примерно такой же характер, как и изменение силы тока возбуждения. Это дает возможность автоматического прямого пуска двигателя с выведенным реостатом 1 (см. рис. 1).

Нарастание тока возбуждения генератора часто ускоряют (форсируют), прикладывая в начальный момент к обмотке возбуждения напряжение, превышающее номинальное. Процесс нарастания возбуждения будет при этом протекать по кривой 2 (см. рис. 3, а). Когда сила тока в обмотке достигнет величины Iв1 равной установившейся силе тока возбуждения при номинальном напряжении, напряжение на обмотке возбуждения уменьшают до номинального. Время нарастания тока возбуждения до номинального уменьшается.

Для форсирования возбуждения генератора напряжение возбудителя В (см. рис. 1) выбирают в 2—3 раза превышающим номинальное напряжение обмотки возбуждения генератора и вводят в схему добавочный резистор 4. Замыкая на время пуска этот резистор накоротко контактом 5, на обмотку возбуждения подают повышенное напряжение.

Система генератор — двигатель позволяет осуществить торможение с рекуперацией. Для торможения необходимо, чтобы ток в якоре изменил свое направление. Момент при этом также изменит знак и вместо движущего станет тормозным. Торможение возникает при увеличении магнитного потока электродвигателя реостатом 2 или при уменьшении напряжения генератора реостатом 1. В обоих случаях э. д. с. Е двигателя становится выше напряжения U генератора. При этом двигатель Д работает в генераторном режиме и приводится во вращение кинетической энергией движущихся масс, а генератор Г работает в двигательном режиме, вращая со сверхсинхронной скоростью машину АД, которая при этом переходит в режим генератора и отдает энергию в сеть.

Торможение с рекуперацией можно осуществить и без воздействия на реостаты 1 и 2. Можно просто разомкнуть цепь возбуждения генератора (например, переключателем 3). При этом ток в замкнутой цепи, состоящей из обмотки возбуждения генератора и резистора 6, будет постепенно уменьшаться

где R — сопротивление резистора 6.

График, соответствующий этому уравнению, приведен на рис. 3, б. Постепенное уменьшение тока возбуждения генератора в данном случае равносильно увеличению сопротивления реостата 1 (см. рис.1) и вызывает рекуперативное торможение. В данной схеме резистор 6, включенный параллельно обмотке возбуждения генератора, является разрядным. Он предохраняет изоляцию обмотки возбуждения от пробоя в случае внезапного аварийного обрыва цепи возбуждения.

Читайте также:  Какое масло нужно использовать для дизельного двигателя

При обрыве цепи возбуждения магнитный поток машины резко уменьшается, наводит в витках обмотки возбуждения э. д. с. самоиндукции настолько большую, что она может вызвать пробой изоляции обмотки. Разрядный резистор 6 создает контур, в котором э. д. с. самоиндукции обмотки возбуждения вызывает ток, замедляющий уменьшение магнитного потока.

Падение напряжения на разрядном резисторе равно напряжению на обмотке возбуждения. Чем меньше величина разрядного сопротивления, тем меньше будет напряжение на обмотке возбуждения при разрыве цепи. Вместе с тем при уменьшении величины сопротивления разрядного резистора возрастают непрерывно протекающий по нему в нормальном режиме ток и потери в нем. При выборе величины разрядного сопротивления должны быть учтены оба указанных положения.

После отключения обмотки возбуждения генератора на его зажимах вследствие остаточного магнетизма сохраняется некоторое небольшое напряжение. Оно может вызвать медленное вращение двигателя с так называемой ползучей скоростью. Для устранения этого явления обмотку возбуждения генератора после отключения от возбудителя присоединяют к зажимам генератора так, чтобы напряжение от остаточного магнетизма вызвало в обмотке возбуждения генератора размагничивающий ток.

Для реверса электродвигателя Д меняют направление тока в обмотке возбуждения ОВГ генератора Г посредством переключателя 3 (или иного аналогичного устройства). Вследствие значительной индуктивности обмотки ток возбуждения при этом постепенно уменьшается, меняет направление, а затем постепенно нарастает.

Процессы пуска, торможения и реверса двигателя в рассматриваемой системе отличаются высокой экономичностью, так как их осуществляют без применения реостатов, включенных в цепь якоря. Двигатель пускают и тормозят с помощью легкой и компактной аппаратуры, управляющей лишь небольшими токами возбуждения. Поэтому данную систему «генератор — двигатель постоянного тока» целесообразно использовать для работы с частыми пусками, торможениями и реверсами.

Основными недостатками системы генератор — двигатель постоянного тока являются относительно низкий коэффициент полезного действия, высокая стоимость и громоздкосгь, определяемые наличием в системе большого числа электрических машин. Стоимость системы превышает стоимость одного короткозамкнутого асинхронного двигателя такой же мощности в 8 — 10 раз. Кроме того, такая система электропривода требует много места.

Источник

Способы возбуждения машин постоянного тока

Согласно третьему закону электромеханики все электрические машины обратимы. Иначе говоря, они могут работать и как генератор, и как двигатель. Этой способностью электрические машины выгодно отличаются от других преобразователей энергии. Например, от дизельных двигателей или двигателей внутреннего сгорания. Ярким примером работы электромашины в разных режимах является двигатель электровоза. При движении электровоза его двигатель забирает электроэнергию из сети, как и любой другой электродвигатель. Но при торможении он наоборот отдает электроэнергию в сеть. То есть, работает в генераторном режиме.

Электрические машины постоянного тока тоже не являются исключением из этого правила. К примеру, если по обмоткам возбуждения и якоря пропустить постоянный ток, то ротор будет вращаться. (Чем отличается ротор от якоря можно прочитать здесь .) То есть, электрическая машина постоянного тока в данном случае будет электродвигателем.

Однако, если к обмотке возбуждения подключить источник постоянного тока и при этом вращать ротор, то в обмотке якоря создается переменная ЭДС. Иначе говоря, по обмотке якоря начинает протекать переменный электрический ток . Это ток снимают посредством проводников с щетками подключенными к контактным кольцам ротора. Если контактные кольца заменить полукольцами, то появляется возможность снимать выпрямленный электрический ток. То есть, в этом случае электромашина постоянного тока будет работать в режиме генератора.

Читайте также:  Двигатель не развивает обороты выше 4000

Наличие магнитного поля позволяет обеспечивать работу электрических машин. Обычно магнитное поле у машин постоянного тока создается обмоткой возбуждения. Разумеется, что обмотка возбуждения питается постоянным током. От того, каким образом подключается в цепь обмотка возбуждения, по большому счету зависят основные свойства машины постоянного тока. Иначе говоря, электрические машины постоянного тока подразделяются по способу возбуждения.

1) Электрические машины постоянного тока последовательного возбуждения. То есть, это такие машины, у которых обмотка возбуждения и обмотка якоря соединяются последовательно. Двигатель постоянного тока, у которого обмотки подключены подобным образом может выдерживать перегрузки. Потому как даже при небольшом увеличении силы тока в якоре вращающий момент на валу сильно возрастает.

2) Электрические машины постоянного тока с параллельным возбуждением. Иначе говоря, в таких машинах обмотка якоря и обмотка возбуждения соединяются параллельно. У двигателей постоянного тока с подобным подключением обмоток скорость вращения мало изменяется при изменении механической нагрузки на валу.

3) Электрические машины постоянного тока со смешанным возбуждением. В таких машинах имеются две обмотки возбуждения. Одна из обмоток возбуждения подключается последовательно с обмоткой якоря. Другая обмотка возбуждения включается параллельно с обмоткой якоря. У двигателей с таким подключением обмоток существует умеренная зависимость скорости вращения от силы тока в обмотке якоря.

4) Электрические машины постоянного тока независимого возбуждения. Это — машины, у которых питание обмотки возбуждения происходит от источника постоянного тока, электрически не связанного с обмоткой якоря. Другими словами, у обмотки якоря и у обмотки возбуждения — разные источники питания.

5) Электрические машины постоянного тока с возбуждением постоянными магнитами. Такие машины отличаются от других электромашин постоянного тока. У всех других машин постоянного тока происходит электромагнитное возбуждение. То есть, магнитное поле создается электрическим током, когда он протекает по обмотке возбуждения. А у машин с возбуждением постоянными магнитами магнитное поле создается непосредственно этими магнитами. Стоит отметить, что подобные электрические машины имеют небольшую мощность. А также довольно простое устройство. Подробнее о принципе их работы можно прочитать здесь .

Генераторы постоянного тока обычно применяются в случае необходимости иметь самостоятельный источник питания. К примеру, для электродвигателей, а также для питания некоторых видов электромагнитов. Электродвигатели постоянного тока нужны там, где необходимо плавно изменять скорость вращения. Применяются в электровозах, троллейбусах и некоторых видах подъемных кранов.

Для вашего удобства подборка публикаций

Спасибо за посещение канала, чтение заметки, упоминание в социальных сетях и других интернет — ресурсах, а также подписку, лайки, дизлайки и комментарии ( Лайки и дизлайки можно ставить не регистрируясь и не заходя в аккаунт )

Источник

Adblock
detector