Регулювання швидкості двигунів постійного струму

З рівняння електромеханічної характеристики двигуна постійного струму незалежного збудження слід, що можливі три методу регулювання його кутової швидкості:

1) регулювання за рахунок зміни величини опору реостата в ланцюзі якоря,

2) регулювання за рахунок зміни потоку збудження двигуна Ф,

3) регулювання за рахунок зміни підводиться до обмотки якоря двигуна напруги U. Струм в ланцюзі якоря I я і момент М, що розвивається двигуном, залежать тільки від величини навантаження на його валу.

Розглянемо 1-ий метод регулювання швидкості мотора незмінного струму конфігурацією опору в ланцюзі якоря. Схема включення мотора для цього варіанта представлена ​​на рис. 1, а електромеханічні і механічні властивості - на рис. 2, а.

Мал. 1. Схема включення мотора незмінного струму незалежного збудження

Мал. 2. Механічні характеристики двигуна постійного струму при різних опорах ланцюга якоря (а) і напружених (б)

Змінюючи опір реостата в ланцюзі якоря можна отримати при номінальному навантаженні різні кутові швидкості електродвигуна на штучних властивості - ω1, ω2, ω3.

Проведемо аналіз даного методу регулювання кутової швидкості двигунів постійного струму за допомогою основних техніко-економічних характеристик. Тому що при цьому методі регулювання змінюється твердість рис в широких межах, то при швидкостях менше половини номінальної стабільність роботи мотора різко погіршується. З цієї причини спектр регулювання швидкості обмежений (D = 2 - З).

Швидкість при цьому методі можна регулювати в сторону зменшення від основної, про що свідчать електромеханічні і механічні властивості. Вищу плавність регулювання важко забезпечити, тому що треба було б значну кількість ступенів регулювання і відповідно велика кількість контакторів. Повний впровадження мотора по току (нагрівання) в даному випадку досягається при регулюванні з незмінним моментом навантаження.

Недоліком даного методу є наявність значних втрат потужності при регулюванні, які пропорційні відносного зміни кутової швидкості. Перевагою розглянутого методу регулювання кутової швидкості є простота і надійність схеми управління.

Беручи до уваги величезні втрати в реостате при малих швидкостях, даний метод регулювання швидкості застосовується для приводів з короткостроковим і повторно-короткочасним режимами роботи.

При другому методі регулювання кутової швидкості двигунів постійного струму незалежного збудження здійснюється зміною величини магнітного потоку за рахунок введення в ланцюг обмотки збудження додаткового реостата. При ослабленні потоку кутова швидкість двигуна як при навантаженні, так і при холостому ході зростає, а при посиленні потоку - зменшується. Фактично може бути зміна швидкості виключно в бік зростання з огляду на насичення мотора.

При збільшенні швидкості ослабленням потоку допустимий момент мотора незмінного струму змінюється за законом гіперболи, а потужність залишається незмінною. Спектр регулювання швидкості для даного методу D = 2 - 4.

Механічні властивості для різних значень потоку мотора наведені на рис. 2, а і 2, б, з яких видно, що властивості в межах номінального струму мають вищу ступінь жорсткості.

Обмотки збудження двигунів постійного струму незалежного збудження мають значної індуктивністю. Тому при ступінчастому зміні опору реостата в ланцюзі обмотки збудження струм, а отже, і потік будуть змінюватися за експоненціальним законом. У зв`язку з цим регулювання кутової швидкості буде здійснюватися плавно.

Суттєвими перевагами даного методу регулювання швидкості є його простота і висока економічність.

Даний метод регулювання вживають в приводах як допоміжний, що забезпечує збільшення швидкості при холостому ході механізму.

3-ий метод регулювання швидкості полягає в зміні напруги, що підводиться до обмотки якоря двигуна. Кутова швидкість мотора незмінного струму незалежно від навантаження змінюється прямо пропорційно напрузі, що підводиться до якоря. Так як всі регулювальні властивості є жорсткими, а ступінь їх жорсткості залишається для всіх рис постійної, робота мотора є розміреним на всіх кутових швидкостях і, як слід, забезпечується широкий спектр регулювання швидкості незалежно від навантаження. Цей спектр дорівнює 10 і може бути розширений за рахунок особливих схем управління.

При цьому методі кутову швидкість можна зменшувати і збільшувати щодо основної. Збільшення швидкості обмежена здібностями джерела енергії з регульованою напругою і Uном мотора.

Якщо джерело енергії забезпечує можливість безперервного конфігурації підводиться до двигуна напруги, то регулювання швидкості мотора буде плавним.

Даний метод регулювання є економним, так-так регулювання кутової швидкості двигуна постійного струму незалежного збудження здійснюється без додаткових втрат потужності в силовому ланцюзі якоря. За всіма перерахованими вище показниками даний метод регулювання в порівнянні з першим і другим кращий.

Школа для електрика