Жесткости естественной

Известно, например, что скорость вала ротора синхронного двигателя не изменяется при увеличении момента сопротивления до определенного значения, т. е. он обладает абсолютно жесткой механической характеристикой. Жесткость механической характеристики подъемной лебедки крана (прямая 4 на 23.2) считают равной нулю.

чем больше сопротивления якорной цепи R'a = Ra + Кд, тем меньше частота вращения при заданном моменте М. Отсюда также следует, что частота врашения идеального холостого хода по при включении резистора Кд не изменится. Чем больше Кд, тем меньше жесткость механической характеристики. На 3.9,6 изображены естественная (при Кд=0) и искусственные механические характеристики двигателя при Кд1<Кд2<Кдз. Достоинство этого способа регулирования —• надежность и простота, недостатки — неэкономичность, обусловленная бесполезным нагревом добавочных резисторов; необходимость многоступенчатого реостата и громоздкой аппаратуры управления для получения плавного регулирования; уменьшение жесткости механических характеристик и стабильности частоты вращения; возможности регулирования частоты вращения только вниз от основной частоты.

Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения осуществляется с помощью источника управляемого напряжения. При уменьшении напряжения (см. формулу для частоты вращения якоря) пропорционально уменьшается частота вращения идеального холостого хода, при этом жесткость механической характеристики не изменяется ( 3.9, г). Напряжение, подаваемое на якорь двигателя, можно изменять индивидуальным генератором (система генератор —двигатель) или тиристорным преобразователем. Постепенно система генератор — двигатель вытесняется системой с тиристорным преобразователем. При таком способе регулирования частоты вращения диапазон регулирования D = 20:1, а при использовании ослабления магнитного поля двигателя D = 40:1. К недостаткам этих схем следует отнести громоздкость, сложность обслуживания и низкую надежность [3].

где Мк — момент двигателя при о) = 0; Р=—— —жесткость механической характеристики. ш°

Стабильность работы на заданной скорости характеризуется изменением угловой скорости при заданном отключении момента нагрузки и зависит от жесткости механической характеристики. Стабильность работы тем выше, чем больше жесткость механической характеристики.

Регулирование частоты вращения асинхронных корот-козамкнутых электродвигателей изменением скольжения может быть достигнуто за счет уменьшения напряжения на зажимах двигателя. При этом критический момент асинхронного двигателя уменьшается, жесткость механической характеристики также уменьшается, а скольжение ротора двигателя при том же моменте нагрузки возрастает. Происходит уменьшение частоты вращения электродвигателя. Регулирование асинхронного двигателя при этом способе возможно только в незначительном диапазоне скольжений, который ограничивается критическим моментом и скольжением ротора.

Это относится почти ко всем обычным электродвигателям, применяемым в промышленности, т. е. к двигателям постоянного тока независимого, последовательного и смешанного возбуждения, а также к асинхронным бесколлекторным и коллекторным двигателям переменного тока. Однако степень изменения скорости с изменением момента у разных двигателей различна и характеризуется так называемой жесткостью их механических характеристик. Жесткость механической характеристики электропривода — это отношение разности электромагнитных моментов, развиваемых электродвигательным устройством, к соответствующей разности угловых скоростей электропривода, т. е.

Первый член в правой части уравнения показывает, что механическая характеристика двигателя независимого возбуждения в этом генераторном режиме при М = 0 проходит через точку, соответствующую угловой скорости идеального холостого хода, как и в случае двигательного режима. Наклон (жесткость) механической характеристики определяется сомножителем второго члена уравнения 7?/?2Ф2, который по абсолютному значению (при заданном сопротивлении R) остается неизменным. Следовательно, наклон механической характеристики в рассматриваемом генераторном режиме будет таким же, как и в двигательном. Поэтому графически механические характеристики двигателя в режиме торможения с отдачей энергии в сеть являются продолжением характеристик двигательного режима в область квадранта // ( 3.5). Этот способ торможения возможен, например, в приводах транспортных и подъёмных механизмов при спуске груза и при некоторых способах регулирования скорости, когда двигатель, переходя к низшим скоростям, проходит значения со > со0. Такое торможение является весьма экономичным, поскольку оно сопровождается отдачей в сеть электрической энергии (за выче-

Жесткость механической характеристики и угловая скорость идеального холостого хода зависят от соотношения сопротивлений последовательного и шунтирующего резисторов. Если изменить сопротивления этих резисторов, то можно получить другой наклон характеристики.

Анализ (6.3) показывает, что при коэффициенте усиления &с = kykn -> с» жесткость механической характеристики в рассматриваемой системе не превосходит жесткости естественной характеристики двигателя (характеристика 1 на 6.2, б), подключенного к сети с постоянным напряжением ?/д = ссо0. Следовательно, в такой системе наибольший диапазон регулирования будет обусловливаться падением напряжения в якорной цепи собственно двигателя; статизм в замкнутой системе регулирования при нагрузке, равной Мном, может быть определен как отношение перепада угловой скорости по уравнению (6.3) к текущему значению угловой скорости идеального холостого хода:

что уменьшение сигнала угловой скорости компенсируется соответствующим увеличением сигнала скольжения. Пропорционально увеличению сигнала скольжения растет ток двигателя. Коэффициент пропорциональности подобран таким, чтобы жесткость механической харак-

Двигатели независимого и параллельного возбуждения имеют «жесткую» естественную механическую характеристику, вследствие чего их применяют, когда требуется незначительное изменение частоты вращения при изменении нагрузки. Следует заметить, что многие из указанных двигателей снабжаются дополнительно последовательной обмоткой возбуждения, небольшая МДС которой направлена встречно по отношению к основной обмотке возбуждения. Наличие такой обмотки приводи! к некоторому увеличению «жесткости» естественной механической характеристики.

нально напряжению. Так как сопротивление цепи якоря остается неизменным, то жесткость семейства механических характеристик, не отличается от жесткости естественной механической характеристики при U = UHOM.

= 0,5(Mnmax+Alnmin), вследствие чего двигатель разгоняется с некоторым постоянным ускорением. Таким же образом пускается в ход двигатель с последовательным возбуждением ( 7.11, б). Число ступеней пускового реостата зависит от жесткости естественной характеристики и требований, предъявляемых к плавности пуска (допустимой разности (Mnmax—Afnmin).

откуда следует, что угловую скорость можно регулировать в широких пределах, изменяя е, а жесткость механических характеристик при регулировании угловой скорости постоянна и равна жесткости естественной характеристики. Это является достоинством данного способа регулирования угловой скорости. Однако высокая жесткость свойственна характеристикам лишь в области непрерывного тока якоря. Если же в период выключенного состояния ключа К. ток якоря успевает снизиться до нуля и в кривой тока содержится пауза, то имеет место режим прерывистых токов, где жесткость механических характеристик ( 4.18, е) резко падает. Основным средством сужения зоны прерывистых токов, уменьшения пульсаций тока якоря (момента) и угловой скорости относительно среднего значения и, следовательно, дополнительных потерь в обмотках якоря является увеличение частоты коммутации ключа К- Обычно частота коммутации составляет 800 — 1200 Гц. Увеличению ее препятствует рост потерь в ключе (транзисторе, тиристоре) и его предельные динамические параметры.

Анализ (6.3) показывает, что при коэффициенте усиления &с = kykn -> с» жесткость механической характеристики в рассматриваемой системе не превосходит жесткости естественной характеристики двигателя (характеристика 1 на 6.2, б), подключенного к сети с постоянным напряжением ?/д = ссо0. Следовательно, в такой системе наибольший диапазон регулирования будет обусловливаться падением напряжения в якорной цепи собственно двигателя; статизм в замкнутой системе регулирования при нагрузке, равной Мном, может быть определен как отношение перепада угловой скорости по уравнению (6.3) к текущему значению угловой скорости идеального холостого хода:

вследствие чего двигатель разгоняется с некоторым постоянным ускорением. Таким же способом пускается в ход двигатель с последовательным возбуждением ( 11.53, б). Количество ступеней пускового реостата зависит от жесткости естественной характеристики и требований, предъявляемых к плавности пуска (допустимой разности

Жесткость характеристик в системе преобразователь — двигатель меньше жесткости естественной характеристики, так как в сопротивление Кя якорной цепи входит соизмеримое с сопротивлением якоря двигателя ^?я,д сопротивление преобразователя R^

С изменением подводимого напряжения частота вращения идеального холостого хода «о в соответствии с приведенным ранее выражением изменяется пропорционально напряжению. Так как сопротивление цеп» якоря остается неизменным, то жесткость семейства механических характеристик не отличается от жесткости естественной механической характеристики при о — сном-Преимуществом рассмотренного способа регулирования является широкий диапазон изменения частоты вращения без увеличения потерь мощности. К недостаткам данного способа следует отнести то, что при этом необходим источник регулируемого питающего напряжения, а это приводит к увеличению массы, габаритов и стоимости установки.

С изменением подводимого напряжения частота вращения электродвигателя при идеальном холостом ходе «о в соответствии с приведенным ранее выражением изменяется пропорционально напряжению. Так как сопротивление цепи якоря остается неизменным, то жесткость семейства механических характеристик не отличается от жесткости естественной механической характеристики при

На основании графика ( 2-7,6) можно утверждать, что число ступеней пускового реостата зависит от разности токов 1\ и 1.2 и жесткости естественной скоростной характеристики двигателя. При меньшей разности токов и большей жесткости естественной характеристики пу-40