Regulacja prędkości silnika prądu stałego

Z elektromechanicznego równania charakterystycznego silnik stały niezależne wzbudzenie, wynika z tego, że istnieją trzy możliwe sposoby kontrolowania jego prędkości kątowej:

1) regulacja poprzez zmianę wartości rezystancji opornika w obwodzie twornika,

2) regulacja poprzez zmianę strumienia wzbudzenia silnika F,

3) regulacja poprzez zmianę napięcia przyłożonego do uzwojenia twornika silnika U... Prąd obwodu twornika AzI i moment M wytwarzany przez silnik zależą tylko od wielkości obciążenia jego wału.

Rozważ pierwszą metodę kontrolowania prędkości silnika prądu stałego poprzez zmianę rezystancji w obwodzie twornika ... Schemat obwodu silnika dla tego przypadku pokazano na ryc. 1, a charakterystykę elektromechaniczną i mechaniczną pokazano na ryc. 2, A.

Ryż. 1. Schemat obwodu silnika prądu stałego z niezależnym wzbudzeniem

Ryż. 2. Charakterystyki mechaniczne silnika prądu stałego przy różnych rezystancjach obwodu twornika (a) i napięciach (b)

Zmieniając rezystancję reostatu w obwodzie twornika, przy nominalnym obciążeniu można uzyskać różne prędkości kątowe silnika elektrycznego za pomocą sztucznych charakterystyk — ω1, ω2, ω3.

Przeanalizujmy tę metodę sterowania prędkością kątową silników prądu stałego za pomocą głównych wskaźników technicznych i ekonomicznych. Ponieważ ten sposób regulacji zmienia sztywność charakterystyki w szerokim zakresie, to przy prędkościach poniżej połowy nominalnej stabilność pracy silnika gwałtownie się pogarsza. Z tego powodu zakres regulacji prędkości jest ograniczony (e = 2 — H).

Dzięki tej metodzie prędkość można zmniejszyć w stosunku do podstawowej, co potwierdzają właściwości elektromechaniczne i mechaniczne. Trudno jest zapewnić wysoką płynność regulacji, ponieważ wymagana będzie znaczna liczba stopni sterujących i odpowiednio duża liczba styczników. Pełne wykorzystanie prądu (grzanie) silnika w tym przypadku uzyskuje się przy stałej regulacji momentu obciążenia.

Wadą tej metody jest występowanie znacznych strat mocy podczas regulacji, które są proporcjonalne do względnej zmiany prędkości kątowej. Zaletą rozważanej metody regulacji prędkości kątowej jest prostota i niezawodność układu sterowania.

Ze względu na duże straty w oporniku przy niskich prędkościach obrotowych, ta metoda regulacji prędkości obrotowej jest stosowana w przypadku napędów o krótkotrwałych i przerywanych krótkich cyklach pracy.

W drugiej metodzie sterowanie prędkością kątową silników prądu stałego o niezależnym wzbudzeniu odbywa się poprzez zmianę wielkości strumienia magnetycznego w wyniku wprowadzenia dodatkowego reostatu w obwód uzwojenia wzbudzenia. Gdy przepływ jest osłabiony, prędkość kątowa silnika zarówno pod obciążeniem, jak i na biegu jałowym wzrasta, a gdy natężenie przepływu wzrasta, maleje. Praktycznie możliwa jest zmiana prędkości tylko w górę ze względu na nasycenie silnika.

Gdy prędkość wzrasta poprzez osłabienie strumienia, dopuszczalny moment obrotowy silnika prądu stałego zmienia się zgodnie z prawem hiperboli, podczas gdy moc pozostaje stała. Zakres regulacji prędkości dla tej metody e = 2 — 4.

Charakterystyki mechaniczne dla różnych wartości strumienia silnika pokazano na ryc. 2i i 2, b, z których widać, że charakterystyki w zakresie prądu znamionowego mają wysoki stopień sztywności.

Uzwojenia pola niezależnie wzbudzonych silników prądu stałego mają znaczną indukcyjność. Dlatego przy skokowej zmianie rezystancji reostatu w obwodzie uzwojenia pola prąd, a tym samym strumień, zmieni się wykładniczo. W związku z tym regulacja prędkości kątowej będzie przebiegać płynnie.

Głównymi zaletami tej metody regulacji prędkości jest jej prostota i wysoka efektywność.

Ta metoda sterowania jest stosowana w napędach jako pomocnicza, zapewniająca zwiększenie prędkości biegu jałowego mechanizmu.

Trzecim sposobem kontrolowania prędkości jest zmiana napięcia przykładanego do uzwojenia twornika silnika.Prędkość kątowa silnika prądu stałego, niezależnie od obciążenia, zmienia się wprost proporcjonalnie do napięcia przyłożonego do twornika. Ponieważ wszystkie charakterystyki sterowania są sztywne, a ich stopień sztywności pozostaje niezmieniony dla wszystkich charakterystyk, praca silnika jest stabilna przy wszystkich prędkościach kątowych, a zatem zapewniony jest szeroki zakres regulacji prędkości niezależnie od obciążenia. Zakres ten wynosi 10 i można go rozszerzyć za pomocą specjalnych schematów sterowania.

Dzięki tej metodzie prędkość kątową można zmniejszać i zwiększać w stosunku do podstawowej. Przyspieszenie jest ograniczone przez możliwości źródła napięcia AC i Unomeru silnika.

Jeśli źródło zasilania zapewnia możliwość ciągłej zmiany napięcia przykładanego do silnika, wówczas regulacja prędkości silnika będzie płynna.

Ten sposób sterowania jest ekonomiczny, ponieważ regulacja prędkości kątowej niezależnie wzbudzonego silnika prądu stałego odbywa się bez dodatkowych strat mocy w obwodzie zasilania twornika. Dla wszystkich powyższych wskaźników ta metoda regulacji jest najlepsza w porównaniu z pierwszą i drugą.