Способы регулирования скорости в двигателе постоянного тока

    СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ В ДВИГАТЕЛЕ    

                             ПОСТОЯННОГО ТОКА

         Регулирование скорости вращения якоря изменением питающего напряжения обмотки якоря ( І зона регулирования).

         Пусть дпт с независимым возбуждением включен в сеть с номинальным напряжением якоря и номинальным напряжением возбуждения, при этом якорь вращается с номинальной скоростью.

        Uя=Uян                   n= nн

Uв=Uвн 

         Мс=Мн      

         Т.к  напряжение якоря уже имеет номинальное значение, то увеличивать  напряжение якоря  выше номинального не стоит. Следовательно, регулирование скорости вращения относительно номинального, варьированием напряжения якоря, -  І зона регулирования.

                           

           Ф ≠ f (Uя)

                       ↓ Fэ=Ф*↓ Iя            ↓ Мэ=2*↓ Fэ* R                                                      

            ↓ Iя                                              ↓ Мэ=  се*Ф*↓Iя

         Тогда из уравнения движения  ↓ Мэ – Мс =К*J*dn/dt , следовательно

dn/dt<0     n ↓ . Поэтому    Ея = се*Ф*↓n        

              Ф ≠ f (Uя)

                        ↑ Fэ=Ф* ↑ Iя            ↑ Мэ=2*↑  Fэ* R                                                       

            ↑ Iя                                                    ↑  Мэ=  се*Ф*↑ Iя

         Из чего следует, что при уменьшении напряжения якоря, которое привело к уменьшению электромагнитного момента, уменьшится скорость вращения якоря за счет свойств саморегулирования дпт. Уменьшение напряжения привело к увеличению тока якоря и к увеличению электромагнитного момента  и  скорость вращения якоря будет уменьшаться до тех пор,  пока увеличивающийся электромагнитный момент не выровняется с моментом нагрузки. При этом якорь вращается с установившейся скоростью, меньшей номинальной. 

         Тогда   ↑ Мэ – Мс =К*J*dn/dt,  dn/dt=0     n= nуст< nном

         На основании электромагнитных процессов рассмотрим семейств механических характеристик, соответствующих данному способу регулированию.

    Плюсы данного способа регулирования:

1.  плавная регулировка скорости вращения в широком диапазоне частот (ниже номинального значения);

2. изменение напряжения якоря не приводит к изменению жесткости механической характеристики (просадка по скорости постоянна).

     Минусы данного способа регулирования:

         1. уменьшение напряжения питания приводит к уменьшению установленной мощности дпт, следовательно, к увеличению весогабаритных показателей на единицу установленной мощности.

            Регулирование скорости вращения ротора изменением потока –      полюсное регулирование( ІІ зона ).

         Пусть дпт  включен в сеть с номинальным напряжением якоря и номинальным напряжением возбуждения, работает на номинальную, нагрузку при этом якорь вращается с номинальной скоростью.

        Uя=Uян                   n= nн

Uв=Uвн 

         Мс=Мн      

         Т.к  напряжение обмотки возбуждения  имеет номинальное значение, при котором поток номинальный. То из анализа вебер-амперной характеристики следует, что не целесообразно увеличивать ток возбуждения и напряжение возбуждения. Потому что изменение тока возбуждения приведет к незначительным изменениям потока. Из чего следует, что изменение потока за счет тока возбуждения следует производить в сторону уменьшения.

         Пусть уменьшим напряжение питания обмотки возбуждения или увечим сопротивление  цепи обмотки возбуждения. С целью автоматизации  управления скоростью лучше  поток уменьшить за счет напряжения  питания обмотки возбуждения.

                  

Т.к. момент нагрузки, напряжение питания обмотки якоря величины постоянные, то уменьшение  потока приведет:

             ↓ Ф

                        ↑↓ Fэ=↓Ф* ↑ Iя            ↑↓Мэ=2*↑ ↓ Fэ* R                                                      

            ↑ Iя =                               ↑↓Мэ=  се*Ф*↑↓ Iя               

         ↑↓ Мэ – Мс =К*J*dn/dt       dn/dt< >0     n ↓↑

         Т.к  влияние потока на электромагнитный момент, электромагнитную силу, за счет изменения тока возбуждения (единицы ампер), во много раз меньше, чем влияние тока якоря  (десятки – сотни ампер). Следовательно, уменьшение потока, которое привело к увеличению тока якоря, в конечном итоге приведет к увеличению электромагнитного момента (что соответствует уравнению механической характеристики).

                            

         Т.к.  при полюсном регулировании скорость вращения ротора изменяется в сторону увеличения  относительно номинальной, то это ІІ зона регулирования.

                              

              Ф ≠ f (n) – const (Ф < Ф ном)

                        ↓ Fэ=Ф* ↓ Iя            ↓ Мэ=2*↓  Fэ* R                                                      

            ↓ Iя                                                     ↓  Мэ=  се*Ф*↓ Iя

         Уменьшение потока за счет тока возбуждения, которое привело к увеличению электромагнитного момента и как следствие, к увеличению скорости вращения якоря, которая приводит к уменьшению электромагнитного момента (процесс саморегулирования в дпт) будет происходить до тех пор, пока уменьшающийся электромагнитный момент  опять не выровняется с моментом нагрузки на валу двигателя.

         ↓ Мэ – Мс =К*J*dn/dt,  dn/dt=0     n= nуст> nном

         Из анализа электромагнитных процессов при полюсном регулировании следует, что

1.  при уменьшении потока, увеличивается скорость вращения якоря за счет увеличения скорости идеального холостого хода;

2.  при уменьшении потока, жесткость механической характеристики уменьшается (за счет увеличения просадки по скорости)  

    Плюсы данного способа регулирования:

1.  слаботочная силовая часть цепи обмотки возбуждения, возникает возможность регулировать скорость вращения якоря в диапазоне выше номинального;

2.  почти линейная зависимость между скоростью вращения и потоком;

3.  плавная регулировка скорости вращения.

    Минусы данного способа регулирования:

1.  невозможность регулировки скорости вращения в первой зоне

(когда n<nном);

         Данный способ в основном применяется для стабилизации скорости вращения якоря при изменении нагрузки на валу. Т.е. если возникает необходимость в регулировании скорости вращения якоря в широком диапазоне скоростей и стабилизации с требуемой точностью на заданном уровне, то целесообразно применять двузонное регулирование:

         І зона – за счет изменения напряжения якоря, которая  позволит обеспечить плавную регулировку  в широком диапазоне скоростей.

         ІІ зона – за счет изменения потока, обеспечение стабилизации скорости вращения.

 Регулирование скорости вращения изменением сопротивления пускового

          реостата, включенного последовательно в цепь обмотки якоря.

Пусть дпт включен под номинальное напряжение обмотки якоря и обмотки возбуждения, работает на номинальную нагрузку, при этом ротор вращается с номинальной скоростью.

        Uя=Uян                   n= nн

Uв=Uвн 

         Мс=Мн      

         Пусть с помощью электромеханических или электронных коммутаторов увеличим сопротивление пускового реостата.

                                      

       Ф ≠ f (Rп) – const

                        ↓ Fэ=Ф* ↓ Iя            ↓ Мэ=2*↓  Fэ* R                                                      

            ↓ Iя                                                     ↓  Мэ=  се*Ф*↓ Iя

Тогда ↓ Мэ – Мс =К*J*dn/dt,  dn/dt < 0     n↓. За счет  процесса саморегулирования получим , что

                                

       Ф ≠ f (n) – const

                        ↑ Fэ=Ф* ↑ Iя             ↑ Мэ=2*↑  Fэ* R                                                      

            ↑ Iя                                                     ↑  Мэ=  се*Ф*↑ Iя

         Т.е. увеличение  пускового сопротивления привело к уменьшению электромагнитного момента, следовательно,  и к уменьшению скорости вращения якоря, что привело к увеличению электромагнитного момента. Это будет происходить до тех пор пока электромагнитный момент не станет равный моменту нагрузки на валу двигателя. При этом  ротор будет вращаться с установившейся скоростью.

               ↑ Мэ – Мс =К*J*dn/dt,  dn/dt=0     n= nуст< nном

         Изменение пускового сопротивления не приводит к изменению скорости идеального холостого хода, а изменяет лишь просадку по скорости, т.е. регулирование скорости вращения якоря за счет изменения пускового сопротивления обуславливается изменением жесткости механической характеристики при изменении пускового сопротивления. 

    Плюсы  данного способа регулирования:

         1. плавная регулировка скорости ротора в широком диапазоне скоростей.

    Минусы данного способа регулирования:

1.  т.к. пусковое сопротивление включается в цепь обмотки якоря, то при введении сопротивления (Rп>0) увеличиваются потери на пусковом сопротивлении;

2.   что приводит к уменьшению установленной мощности дпт;

3.  увеличивается массогабаритный показатель на единицу установленной мощности;

4.  уменьшение кпд привода вцелом.

         Т.к. регулировка скорости вращения якоря необходима в І зоне, то к наиболее оптимальному из всех способов для нашего привода можно отнести регулирование скорости вращения якоря изменением напряжения питания обмотки якоря. При этом возможна плавная регулировка скорости вращения в широком диапазоне скоростей,  нет изменения жесткости механической характеристики при изменении напряжения питания обмотки якоря.