Механические характеристики двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением. Режим электрического торможения

2015-03-20
2247

Возможны два режима электрического торможения: динамическое торможение и торможение противовключением. Рекуперативное торможение осуществить не возможно, так как э.д.с. вращения Е не может быть больше напряжения якорного источника U.

Динамическое торможение осуществляется двумя способами: с самовозбуждением и с независимым возбуждением. Схема включения двигателя и механические характеристики для первого случая приведены на рис. 2.10.

Рис. 2.10. а) схема включения двигателя в режиме динамического торможения с самовозбуждением;

б) характеристики двигателя в режиме динамического торможения с самовозбуждением.

Двигатель отключен от напряжения источника, а обмотка возбуждения переключена таким образом, чтобы направление тока I_В в ней было таким же как а в двигательном режиме (см. рис. 2.8). Это сохранение направления тока исключает уничтожение малого остаточного потока, связанного с намагничиванием статора двигателя. Этот поток и является причиной самовозбуждения: в обмотке якоря, вращающегося под действием инерционных сил в прежнем направлении, наводится э.д.с. Е, направление которой такое же, как и в двигательном режиме. Под действием Е в контуре динамического торможения появляется ток, что приводит к увеличению потока Ф, э.д.с. Е и тока I_Я. Поскольку ток I_Я по отношению к двигательному режиму имеет противоположное направление, момент двигателя становится тормозным. Двигатель из точки А в первом квадранте переходит в точку В или С на характеристике динамического торможения во втором квадранте. Вначале процесс самовозбуждения проходит очень интенсивно и это приводит к броску тормозного момента, способного вызвать удары в механической части привода. Поэтому чаще применяют динамическое торможение с независимым возбуждением. Схема включения двигателя и механические характеристики приведены на рис. 2.11.

Рис. 2.11. а) схема включения двигателя в режиме динамического

торможения с независимым возбуждением;

б) характеристики двигателя в режиме динамического

торможения с независимым возбуждением.

Зажимы якоря двигателя закорачиваются на сопротивление динамического торможения R_ДТ, а обмотка возбуждения подключается к напряжению источника через сопротивление R_В. Ток в ней направлен как и в двигательном режиме и устанавливается равным номинальному. Характеристики аналогичны характеристикам ДПТ с независимым возбуждением: они линейны, расположены во втором квадранте и проходят через начало координат.

Торможение противоключением, как и для ДПТ с независимым возбуждением, осуществляется в том случае, когда обмотки двигателя включены для одного направления вращения, а якорь двигателя под воздействием сил инерции или активного момента сопротивления вращается в противоположную сторону – против включения.

Реверсивная схема включения ДПТ с последовательным возбуждением приведена на рис. 2.12.

Рис. 2.12. Реверсивная схема включения ДПТ с последовательным возбуждением.

Назначение элементов такое же, как и на схеме рис. 2.5. При реверсе двигателя со стороны якоря направление тока в обмотке возбуждения LM сохраняется. Поэтому все процессы при торможении аналогичны происходящим в схеме рис. 2.5. Характеристики двигателя приведены на рис. 2.13.

Рис. 2.13.а) характеристики ДПТ с последовательным возбуждением в режиме торможения противоквлючением.

б) аналогичные характеристики при активном М_с.

Источник

3.6 Тормозные режимы двигателей последовательного возбуждения

Двигатель последовательного возбуждения в обычной схеме включения позволяет получить только 2 тормозных режима: противовключение и динамическое торможение. Торможение с рекуперацией энергии в сеть невозможно, т.к. у них ЭДС не может быть больше приложенного напряжения. Даже в идеальном случае, когда ток в якоре станет равным 0, (при ω=∞) ЭДС может быть лишь равной U сети.

Торможение противовключением является для ДПВ основным тормозным режимом и широко применяется для грузоподъемных механизмов, механизмов передвижения и поворота.

Для перевода из двигательного режима, соответствующего подъему груза, в режим противовключения, соответствующий тормозному спуску, в цепь якоря вводится добавочное сопротивление. Момент двигателя становится меньше М_С (т. В на рис.3.6.1). В т. Д подъем груза прекращается. После остановки подъема под действием М_С груз начинает опускаться. При скорости, соответствующей т. С, момент М двигателя сравняется с М_С и спуск будет происходить с постоянной скоростью. При изменении направления вращения ЭДС двигателя изменит свой знак и станет действовать согласно с напряжением сети. Ток якоря увеличится, а момент М по отношению к моменту М_С, будет тормозным.

Для торможения механизмов с реактивным моментов сопротивления необходимо на ходу изменить полярность питания якоря, оставив без изменения направление тока в обмотке возбуждения согласно схеме рис. 3.6.2. Для ограничения первоначального броска тока и момента в цепь якоря должно быть введено значительное R_доб, т.к. без него ток может превысить номинальный в 30-40 раз.

Переход из двигательного в тормозной режим изображен на графике 3.6.3. При изменении полярности питания якоря двигатель переходит из т.А на характеристику в т.В и тормозится до остановки в т.С. Если после остановки его не отключить и момент двигателя в т.С больше М_С, двигатель будет разгоняться в противоположном направлении и новый установившийся режим наступит в т.Д.

Режим динамического торможения ДПВ может осуществляться 2-мя способами: с независимым возбуждением и с самовозбуждением. При динамическом торможении с независимым возбуждением двигатель отключается от сети, якорь замыкается на тормозное сопротивление, а обмотка возбуждения подключается к сети через сопротивление R_вд, ограничивающее ток в ней до I_В≤I_Н (рис. 3.6.4).

Т.к. в этом случае двигатель работает как генератор независимого возбуждения, его характеристики подобны характеристикам ДНВ при динамическом торможении. Все они пересекаются в начале координат и приведены на графике рис 3.6.5. Этот способ динамического торможения является основным.

При торможении с самовозбуждением двигатель отключается от сети и замыкается на тормозное сопротивление (рис. 3.6.6), работая генератором с самовозбуждением. Главным условием этого способа является наличие самовозбуждения. При вращении якоря за счет кинетической энергии механизма или груза в якоре от остаточного магнетизма будет наводиться ЭДС. При правильном соединении обмотки якоря и обмотки возбуждения ток, созданный ЭДС, усилит магнитный поток, а следовательно, и ЭДС, что приведет к дальнейшему увеличению тока. Это значит, что при переводе машины из двигательного режима в тормозной необходимо во-избежании ее размагничивания переключить полярность якоря или обмотки возбуждения таким образом, чтобы ток в последней имел такое же направление, что и в двигательном режиме. Иначе самовозбуждения не произойдет. Кроме того, чтобы возбуждение возникло, скорость двигателя должна быть достаточной и выполнялось условие: ЭДС якоря, определяемая величиной Ф и скоростью вращения была больше падения напряжения в сопротивлении тормозного контура, т.е. .

Возбудившись, машина создает тормозной момент. При некоторой скорости наступит равновесие. Режим работы двигателя определится точкой пересечения кривой при достигнутой скорости вращения с линией, характеризующей падение напряжения (рис. 3.6.7).

Для каждой данной машины кривая лежит тем выше, чем больше ω, а наклон прямой ΔU тем больше, чем больше. Поэтому выполнение этого условия при данной скорости, а значит и работа в тормозном режиме, возможны лишь при R (а следовательно и R_m), меньших, чем значения, соответствующие прямой, касательной к кривой в начале координат. Для возможности торможения, при больших сопротивленияхR необходимо увеличить скорость двигателя в режиме, предшествующем тормозному.

Наименьшая скорость, при которой еще возможно самовозбуждение, будет иметь место при замыкании машины накоротко, т.е. при . Скорость, при которой самовозбуждения уже не произойдет, называется критической. Ей соответствует сопротивление, также называемое критическим:.

Семейство электромеханических и механических характеристик, соответствующих различным значениям тормозного сопротивления R_m, изображено на графиках рис. 3.6.8. Из них видно, что при каждом данном R_m торможение осуществляется в относительно узкой зоне скоростей. С целью торможения до достаточно малых скоростей необходимо по мере снижения скорости уменьшать R_m.

Отметим, что динамическое торможение с самовозбуждением используется как аварийное.

Источник

ТОРМОЖЕНИЕ ДПТ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Для ДПТ последовательного возбуждения возможны два варианта тормозного режима: при его работе генератором последовательно с сетью (режим торможения противовключением) и независимо от сети (режим динамического торможения).

Торможение противовключением ДПТ последовательного возбуждения, как и для ДПТ независимого возбуждения, может быть осуществлено двумя путями. Один из них связан с изменением полярности напряжения на обмотке якоря при сохранении того же направления тока в обмотке возбуждения. Одновременно с этим для ограничения переходного тока в цепь якоря ДПТ вводится дополнительный резистор R_д.

В результате выполнения этих операций ДПТ (рис. 381) перейдет с естественной характеристики 1 на характеристику 2, участок bс которой соответствует режиму торможения противовключением.

Торможение противовключением также реализуется в том случае, когда ДПТ последовательного возбуждения будет нагружен активным моментом М_с, превышающим момент короткого замыкания М_к,з. Рассмотрим этот способ с помощью рис. 3.81.

Допустим, что ДПТ в исходном режиме работает в точке а на характеристике 1, преодолевая активный момент нагрузки М_с. Если теперь, не изменяя полярность напряжения на ДПТ, ввести в его якорную цепь дополнительный резистор R_д, то ДПТ будет иметь характеристику вида 3. Так как момент ДПТ при этом стал меньше момента нагрузки, то он начнет вначале тормозиться, а затем и разгоняться в противоположном направлении, пока в точке d моменты нагрузки М_с и ДПТ не сравняются. Двигатель при этом будет работать в режиме торможения противовключением.

Динамическое торможение ДПТ последовательного возбуждения реализуется в двух схемах его включения.

В первой схеме (рис. 3 82, а) обмотка возбуждения ОД через дополнительный резистор R_в подключается к источнику постоянного тока, а обмотка якоря замыкается на резистор R_д. Получается схема, типичная для ДПТ независимого возбуждения, в которой ДПТ последовательного возбуждения имеет характеристики, изображенные на рис. 3.82, б.

Специфичным для ДПТ последовательного возбуждения является динамическое торможение с самовозбуждением, которое реализуется по схеме рис. 3.83. Для возникновения и существования режима самовозбуждения необходимо выполнение следующих условий: 1) наличие остаточного магнитного потока в ДПТ Ф_ост; 2) совпадение по направлению Ф_ост и магнитного потока Ф, создаваемого током возбуждения; 3) замкнутая цепь якоря; 4) скорость ДПТ должна быть отличной от нуля;

5) наводимая в якоре ЭДС должна быть равна суммарному падений напряжения в резисторах якорной цепи, т.е. E=IR.

При выполнении этих условий торможение самовозбуждением происходит следующим образом Вследствие наличия остаточного магнитного поля при вращении якоря в нем наводится ЭДС, под действием которой по якорю и обмотке возбуждения ДПТ протекает ток. Этот ток создает основной магнитный поток Ф, который, совпадая по направлению с остаточным потоком Ф_ост, приведет к увеличению ЭДС. Это, в свою очередь, повлечет за собой увеличение тока в ДПТ, и такой процесс самовозбуждения ДПТ будет продолжаться до тех пор, пока ЭДС не станет равной суммарному падению напряжения в цепи якоря.

Статические характеристики ДПТ последовательного возбуждения в этом режиме можно получить графоаналитическим способом, использовав условие E=IR. Для этого на одной плоскости (рис. 3.84, а) совмещаются характеристики холостого хода Е(I), представляющие собой зависимость ЭДС машины от тока возбуждения при фиксированной скорости якоря w=const, и вольт-амперная характеристика цепи якоря IR(I).

Точки пересечения этих характеристик соответствуют установившемуся режиму при данных параметрах цепи якоря ДПТ и его скорости. Так, при суммарном сопротивлении цепи якоря R₁ точками установившегося режима являются точки 1 2 и 3, а при другом, большем сопротивлении цепи якоря R₂>R₁ – точки 4 и 5.

Если теперь использовать координаты этих точек установившегося режима, а именно значения скорости и тока, то можно получить искомые статические электромеханические характеристики ДПТ. На рис. 3.84, б выполнено это построение, в результате которого получены электромеханические характеристики для двух принятых значений суммарного сопротивления цепи якоря R₁ и R₂. Механические характеристики ДПТ последовательного возбуждения могут быть получены из электромеханических характеристик при использовании универсальных характеристик.

Отметим, что для режима торможения с самовозбуждением существует определенное критическое сочетание параметров, соответствующее границе этого режима. Такому критическому сочетанию на рис. 3.84, а при сопротивлении цепи якоря R₁ соответствует скорость w₄=w_кр1 (при сопротивлении R₂–скорость w₃=w_кр2). При меньших скоростях самовозбуждение ДПТ не наступает.

Режим торможения с самовозбуждением используется для интенсивного электрического торможения в электроприводах транспортных в грузоподъемных машин.

Источник

Режим динамического торможения двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

Главное меню

• Главная
• Паровые машины
• Двигатели внутреннего сгорания
• Электродвигатели
• Автоматическое регулирование двигателей
• Восстановление и ремонт двигателей СМД
• Топливо для двигателей
  • Реактивные и дизельные топлива
  • Очистка топлива
  • Топливо для судовых двигателей
  • Испытания и обслуживание фильтров
  • Расчет топливных сепараторов
• Карта сайта

Судовые двигатели

• Судовые двигатели внутреннего сгорания
• Судовые паровые турбины
• Судовые газовые турбины
• Судовые дизельные установки

Главная Электродвигатели Электродвигатели с последовательным возбуждением Электрическое торможение электродвигателя последовательного возбуждения

При естественной схеме включения двигателя последова­тельного возбуждения из трех известных тормозных режимов, применяются два: режим противовклю­чения и режим динамического торможения. Генераторный же режим при обычной схеме включения электродвигателя невоз­можен, так как при уменьшении момента и тока в двигатель­ном режиме, предшествующем переходу в генераторный режим, Ф ? 0, а п .

Режим противовключения . Наиболее часто режим противо­включения используется для ускорения реверса или остановки электродвигателя последовательного возбуждения, но может также использоваться и для торможения во время спуска гру­зов. Для .перевода электродвигателя в режим противовключе­ния при спуске груза приходится включать значительное до­полнительное сопротивление в цепь якоря, что намного увели­чивает непроизводительные потери энергии.

Допустим, электродвигатель механизма подъема крана ра­ботает на подъем груза на естественной характеристике а (рис. 24), уравнение которой

Электродвигатель работает устойчиво в точке 1 (М=М _с ) и поднимает груз с постоянной скоростью n ₁ . Когда груз будет поднят на необходимую высоту и потребуется его спустить, в цепь якоря может быть включено значи­тельное дополнительное сопротив­ление R, благодаря чему электро­двигатель перейдет на искусствен­ную характеристику b, уравнение которой

В первоначальный момент электро­двигатель, как известно, должен пе­рейти на работу, соответствующую точке 2 на характеристике b, но работать устойчиво в этой точке не может, так как развиваемый им в этой точке вращающий момент меньше момента сопротивления. Скорость электродвигателя начнет снижаться и в точке 3 станет равной нулю, после чего электродвигатель под действием груза начнет вращаться в про­тивоположную сторону, развивая тормозной момент. Устойчиво электродвигатель будет работать теперь в точке 4, опуская груз со скоростью —n ₄ . Рассмотренный способ перевода электродвигателя последо­вательного возбуждения в режим противовключения применим лишь в том случае, если направление момента сопротивления не зависит от направления вращения электродвигателя, как это имеет место при работе механизма подъема груза. Характе­ристики, соответствующие режиму противовключения, располага­ются в IV квадранте и являются продолжением характеристик двигательного режима.

На рис. 25 показана схема и даны характеристики, соответ­ствующие режиму противовключения при реверсе и торможе­нии. Очевидно, что при включенных контактах 1В и 2В (рис. 25, а) электродвигатель работает на характеристике а , b или с (рис. 25, б ), уравнения которых:

Следовательно, на характеристике а электродвигатель ра­ботает при замкнутых контактах У и П (естественная характе­ристика), на характеристике b— три разомкнутых контактах У, а на характеристике с — при разомкнутых контактах П, причем R _пр >R ₁ . При размыкании контактов 1В, 2В и замы­кании контактов 1 H , 2Н электродвигатель будет работать на характеристиках а’, b’ или с’ в зависимости от состояния контактов У и П. Обычно в мо­мент размыкания контактов 1В, 2В и замыкания контактов 1Н, 2Н, контакты П раз­мыкаются и в цепь электродвигателя вво­дится значительное до­полнительное сопро­тивление R _пр ., которое должно уменьшить толчок тока, имеющий место в момент перево­да электродвигателя в режим противовключения. Если до пере­ключения указанных контактов электродви­гатель работал на ес­тественной характери­стике а в точке 1, то при размыкании контактов 1В, 2В и П и замыкании контактов 1Н, 2Н электродви­гатель перейдет на работу, соответствующую точке 2 искусствен­ной характеристики с‘, уравнение которой

При этом электродвигатель будет развивать значительный тор­мозной момент и его скорость будет резко уменьшаться. В точ­ке 3 скорость меняет свой знак и начинается разгон электродви­гателяв противоположную сторону. В этот момент для уско­рения разгона обычно контакт П замыкают, а контакт У размы­кают и в цепь якоря электродвигателя оказывается включенным сопротивление R ₁ вместо ранее включенного сопротивления R _пр . При этом электродвигатель переходит на искусственную харак­теристику b 1 уравнение которой

Следовательно, разгон электродвигателя в противоположную сторону начинается с точки 4 на характеристике b 1 . Когда же электродвигатель разовьет некоторое число оборотов, контак­ты У можно замкнуть и электродвигатель перейдет на естест­венную характеристику а 1 . Устойчиво он будет работать в точке, соответствующей равенству момента сопротивления и вращающе­го момента, развиваемого электродвигателем (точка 7).

Рассмотренный способ торможения электродвигателей по­следовательного возбуждения прост, не требует сложных пере­ключений и особенно часто применяется для механизмов горизонтального передвижения мостов и тележек кранов и механиз­мов поворота. Однако значительные толчки тока и момента, возникающие при переводе электродвигателя в режим противовключеиия, неблагоприятно сказываются на работе соседних потребителей, вызывают нарушение коммутации электродви­гателя и его повышенный нагрев. Это заставляет, как уже ука­зывалось, вводить в цепь якоря значительное дополнительное сопротивление, что приводит к повышению непроизводительных потерь энергии и к увеличению габаритов пускорегулировочной аппаратуры. К недостаткам режима противовключения следует также отнести возможность случайного реверса после останов­ки механизма, если электродвигатель не будет своевременно отключен. Но при необходимости быстрых остановок крановых механизмов при интенсивной их работе режим противовключе­ния является наиболее подходящим тормозным режимом и в этих случаях применяется очень часто.

Режим динамического торможения . Как указывалось, для перевода электродвигателя в режим противов,ключения его якорь необходимо отключить от сети и замкнуть на сопротивле­ние, при этом его обмотка возбуждения должна оставаться под питанием. Это заставляет в случае электродвигателей последо­вательного возбуждения, у которых обмотка возбуждения пи­тается через обмотку якоря, принимать дополнительные меры с тем, чтобы при переводе электродвигателя в режим динамиче­ского торможения обмотка возбуждения получила нормальное питание.

Различают режим динамического торможения рассматрива­емых электродвигателей при независимом возбуждении и при самовозбуждении.

Для осуществления режима динамического торможения при независимом возбуждении якорь электродвигателя необходимо отключить от сети и замкнуть на сопротивление, а обмотку возбуждения оставить включенной в сеть.

Из схемы на рис. 26, а видно, что для этого необходимо контакты Л отключить, а контакты Т включить. Тогда якорь от сети будет отключен и замкнут на сопротивление динамического торможения, а обмотка возбуждения будет получать питание от сети через дополнительное сопротивление R _в , которое необходимо для снижения тока в обмотке возбуждения до величины, при которой магнитный поток электродвигателя ос­тается таким же, как и в случае двигательного режима. Обычно сопротивление R _в выбирают таким, чтобы ток возбуждения был равен номинальному току электродвигателя, т. е. I _в = I _н .

В данном случае скоростные и механические характеристики электродвигателя последовательного возбуждения совершенно не отличаются от соответствующих характеристик электродви­гателя параллельного возбуждения в режиме динамического торможения и подчиняются уравнениям (46) и (47).

Так как обмотка возбуждения от якоря в данном случае от­ключена, то магнитный поток электродвигателя Ф=соnst. Сле­довательно, характеристики электродвигателя последователь­ного возбуждения в режиме динамического торможения при не­зависимом возбуждении прямолинейны, проходят через начало координат и располагаются во II и IV квадрантах, наклон их определяется величиной сопротивления R _д (рис. 26, б). Чем выше величина этого сопротивления, тем больше наклон, т. е. тем мягче характеристика электродвигателя в рассматриваемом режиме. Анализ характеристик, приведенных на рис. 26, б, показывает, что данный способ динамического торможения мо­жет применяться как для ускоренной остановки электродвигате­ля, так и для спуска грузов с устойчивыми скоростями.

Режим динамического торможения при самовозбуждении осуществляется несколько иначе. В данном случае для пере­вода электродвигателя в режим динамического торможения контакты Л (рис. 26,в), как и в первом случае, размыкаются, а контакты Т замыкаются. При этом якорь и обмотка возбужде­ния от сети отключаются и замыкаются на сопротивление R _д , причем обмотка возбуждения соединяется с обмоткой якоря таким образом, чтобы ток через обмотку возбуждения протекал в ту же сторону, в которую он протекал в двигательном режиме, в противном случае электродвигатель будет размагничен.

Скоростные и механические характеристики при динамиче­ском торможении с самовозбуждением могут быть построены по уравнениям (46) и (47). Однако в данном случае величина магнитного потока Ф ? const, поэтому характеристики, хотя они и проходят через начало координат, непрямолинейны (рис. 26, г) и являются значительно более мягкими, чем при динамическом торможении с независимым возбуждением, что затрудняет по­лучение пониженных скоростей при спуске тяжелых грузов.

Нужно иметь в виду, что при работе электродвигателя в режиме динамического торможения с самовозбуждением ток и момент электродвигателя уменьшаются значительно быстрее, чем в случае независимого возбуждения, что объясняется сни­жением магнитного потока в процессе торможения. В резуль­тате этого торможение с самовозбуждением оказывается менее интенсивным при тех же условиях. Но по экономическим сооб­ражениям данный способ выгоднее, так как электродвигатель не потребляет электроэнергии из сети и торможение возможно даже в случае перерыва в электроснабжении установки.

Наиболее часто динамическое торможение электродвига­телей последовательного возбуждения применяется там, где нужно обеспечить большую точность остановки и надежность действия, так как данный способ торможения не может вызвать случайного реверса механизма после его остановки, даже если электродвигатель не был своевременно отключен (это не отно­сится лишь к механизмам подъема кранов, реверс которых воз­можен под действием веса поднятого груза). Кроме того, ди­намическое торможение действует независимо от величины на­пряжения сети и не связано с потерями электроэнергии в случае использования торможения с самовозбуждением.

Источник