Характеристики двигателей при изменении возбуждения

Способы изменения возбуждения. У двигателей последовательного возбуждения изменение возбуждения можно осуществить различными способами:

- шунтированием обмотки возбуждения;

- секционированием обмотки возбуждения;

- регулированием возбуждения с помощью специального возбудителя;

- импульсным регулированием возбуждения.

Принципиальная схема шунтирования обмотки воз­буждения представлена на рис. 12.

Рис. 12. Схема шунтирования обмотки Рис. 13. Схема секционирования

Возбуждения двигателя обмотки возбуждения

В этом случае параллельно обмотке возбуждения ОВ подключается регулируемый реостат R_ш. Индуктивный шунт ИШ служит для сглаживания бросков тока при резком изменении напряжения в контактной сети. Если правильно подобран шунтирующий контур, то всегда сохраняется равенство:

При нормальном возбуждении контактор Р разомкнут, и ток якоря I равен току возбуждения I_в. Для ослабления возбуждения контактор Р замыкается, и через обмотку возбуждения ОВ будет протекать только часть тока якоря I_в = I - I_ш. Следовательно, уменьшится магнитный поток СФ и увеличится скорость. Этим способом можно получить необходимое число ступеней ослабления возбуж­дения.

При секционировании обмотки возбуждения изменение возбуждения осуществляется отключением части обмотки возбуждения путем включения контактора Р1 (рис. 13). Этот способ не получил распространения, так как имеет ряд существенных недостатков. Основными из них являют­ся: усложнение конструкции тягового двигателя, связан­ное с изготовлением отпаек на обмотке возбуждения; наличие такого переходного момента, когда замкнуты оба контакта Р1 и Р2, т. е. часть обмотки возбуждения ОВ практически замкнута накоротко, что может привести к нарушению коммутации и возникновению кругового огня.

Система регулирования воз­буждения с помощью специаль­ного возбудителя (рис. 14) со­стоит в том, что параллельно обмотке возбуждения ОВ через разделительный резистор R подключается специальный воз­будитель В. Изменяя возбужде­ние возбудителя, т. е. напряже­ние на нем, можно изменять в широких пределах ток возбуж­дения двигателя М. Такой воз­будитель может быть как электромашинный, так и тиристорный. Эта схема нашла применение при необходимости изменения возбуждения двигателей последовательного возбуждения в режиме рекуперации. Резистор R необходим, чтобы от одного возбудителя возможно было осуществлять питание не­скольких обмоток возбуждения параллельно соединенных двигателей.

Рис. 14 Регулирование возбуждения с помощью возбудителя

При импульсном регулировании возбуждения парал­лельно обмотке возбуждения подключается импульсный тиристорный регулятор, который действует как шунти­рующее сопротивление. Благодаря своему быстродейст­вию импульсный регулятор позволяет сохранить четкое деление тока якоря между обмоткой возбуждения и регу­лятором в переходных режимах, что важно для хорошей коммутации двигателя.

Степень изменения возбуждения в двигателях после­довательного возбуждения характеризуется коэффициен­том регулирования возбуждения β, который выражается отношением м. д. с. при измененном возбуждении, к м. д. с. при полном возбуждении. Если изменение воз­буждения осуществляется шунтированием обмотки воз­буждения ОВ (см. рис. 12), то

(38)

Где I_в – ток возбуждения при измененном возбуждении;

I – ток возбуждения при полном возбуждении.

Если изменение возбуждения осуществляется секционированием обмотки возбуждения (см. рис. 13), ток возбуждения остается неизменным и равен току якоря, но число витков обмотки возбуждения ОВ изменяется. В этом случае коэффициент регулирования возбуждения

(39)

где ω_си - число витков обмотки возбуждения при измененном воз­буждении; ω_c - число витков обмотки возбуждения при полном возбуждении.

Сопротивление цепи возбуждения при измененном возбуждении:

При β<1 получаем ослабленное возбуждение, а при β> I - усиленное.

Расчет скоростной характеристики при регулировании возбуждения производится по формуле

(40)

где v' - скорость при измененном возбуждении и токе якоря I; r' - полное сопротивление двигателя при измененном возбуж­дении: r' = r_я + r_дп + βr_в, r_я, r_дп, βr_в - сопротивления обмоток якоря, дополнительных полюсов и обмотки возбуждения при измененном возбуждении; СФ' - магнитный поток при токе якоря I и м. д. с, соответствующей току возбуждения βI

Для расчета скоростной характеристики при изме­ненном возбуждении должна быть известна зависимость СФ' = f(I_в) для различных токов якоря. Если таких зависи­мостей нет, расчет скоростной характеристики можно произвести приближенным способом на основании ско­ростной характеристики v(1) для режима полного возбуж­дения.

Предположим, что в режиме полного возбуждения ток якоря равен βI, очевидно, такой же ток βI будет протекать и по обмотке возбуждения. Рассмотрим режим измененного возбуждения, при котором ток возбуждения будет βI, но в этом случае ток якоря будет равен I. Тогда скорость подвижного состава при полном возбуждении и токе якоря βI

, (41)

а скорость подвижного состава при измененном возбуждении, когда через якорь протекает ток I, а через обмотку возбуждения βI,

(42)

Разделив выражение (42) на (41) получим:

(43)

Это выражение можно упростить. По условию потоки СФ и СФ' создаются одними и теми же токами βI, но вследствие различной реакции якоря поток СФ будет несколько больше потока СФ'. Таким образом, первая дробь СФ/СФ' в правой части формулы (43) будет немного больше единицы. Числитель и знаменател! второй дроби будут отличаться на значение падения напряжения в двигателе.

Но так как падение напряжения мало по сравнении: с приложенным напряжением U_д, им можно пренебречь и приближенно считать правую часть формулы (43) равной единице, т. е.

v' = v. (44)

Следовательно, скорость подвижного состава v' при из измененном возбуждении и токе якоря I двигателя приблизительно равна скорости v при полном возбуждении и токе якоря βI.

Имея скоростную характеристику v(1) при полном возбуждении, можно графическим методом построить скоростные характеристики при измененном возбуждении. Как видно из рис.15 построение характеристик при ослабленном возбуждении ОВ сводится по существу к увеличению абсцисс кривой v(1) при полном возбуждении ПВ в 1/β раз.

Рис. 15. Построение скоростной характеристики

при ослаблении возбуждения

Построение характеристики к. п, д. η^|при изменен­ном возбуждении можно произвести по выражению

(45)

Где - соответственно магнитные, механические потери и потери в передаче при токе якоря I и измененном возбуждении.

Магнитные и механические потериопределяются по соответствующему току возбуждения βI и скорости v' по кривым потерь холостого хода при различных токах возбуждения и скоростях. Если таких кривых нет, то потери при измененном воз­буждении ΔР^/ могут быть найдены приближенно по потерям при полном возбуждении ΔР и токе якоря βI:

(46)

Допустим, что в обоих режимах магнитные и механи­ческие потери одинаковы (так как одинаковы скорости и магнитные потоки), следовательно, потери при измененном возбуждении можно выразить

(47)

Вычитая уравнение (46) из уравнения (47), получим

(48)

При одинаковых скоростях (v = v') потери в передаче ΔР₃ пропорциональны силе тяги и току якоря. При полном возбуждении ток якоря равен βI, тогда потери в передаче ΔР₃ = βI,.

При измененном возбуждении ток якоря равен I, следовательно, ΔРз = I.

Разделив правые и левые части друг на друга, получим

(49)

Вычтем из обеих частей выражения (49) ΔР₃:

(50)

Выразив полные потери в зубчатой передаче ΔР₃ через относительные Δp₃ получим

(51)

Подставив выражение (51) в выражение (48) иучитывая, что при полном возбуждении и токе якоря βI к.п.д , получим

(52)

Теперь по формулам (45) и (52) определим к. п. д. при измененном возбуждении

(53)

Характеристику силы тяги при измененном возбужде­нии F'(I) рассчитывают после того, как получены кривые v'(I) и η'(I) при измененном возбуждении по формуле

(54)

На рис. 16 представлены характеристики на ободе движущего колеса двигателя последовательного возбуж­дения при номинальном напряжении на двигателе U_д и полном и ослабленном возбуждениях. Кривая к. п. д. при ослабленном возбуждении проходит ниже, чем при полном в области малых нагрузок, вследствие увеличения магнитных и механических потерь. В области средних и больших нагрузок к.п.д η' увеличивается вследствие уменьшения сопротивления цепи возбуждения двигателя. Сила тяги F' при ослабленном возбуждении уменьшается, так как уменьшается магнитодвижущая сила.

Рис. 16. Электромеханические характеристики Рис. 17. Характеристики двигателя

на ободе движущего колеса двигателя согласно-смешанного возбуждения при

последовательного возбуждения при полном коэффициентах регулирования β и β₁

ослабленном возбуждении

Характеристики двигателя смешанного возбуждения при изменении возбуждения.У двигателей смешанного возбуждения регулирование возбуждения осуществляется изменением тока возбуждения I_ш параллельной обмотки. Коэффициентом регулирования возбужде­ния этой обмотки называется отношение магнитодвижущей силы при определенной ступени регулирования к маг­нитодвижущей силе при наибольшем токе возбуждения:

(55)

Отношение м. д. с. параллельной обмотки при наиболь­шем токе возбуждения к м.д.с. последовательной обмотки при часовом токе называется коэффициентом компаундирования:

(56)

Суммарная м. д. с. при токе якоря I а с учетом выражения (55)

(57)

Вынесем за скобку ω_с и, воспользовавшись выражени­ем (56), получим

(58)

т. е. суммарная м. д. с. в двигателе смешанного возбужде­ния при коэффициенте регулирования возбуждения β равна м. д. с, которая имела бы место только при одной последовательной обмотке возбуждения, по которой проте­кает некоторый эквивалентный ток, равный .

Так как для любого значения β по формуле (58) можно определить магнитодвижущую силу для различ­ных токов якоря, то при заданной зависимости СФ от м. д. с. для различных токов якоря характеристики v(I) и F(I) могут быть рассчитаны по общим для всех двигателей постоянного тока выражениям. При этом значения ΔF следует определять по кривым зависимости магнитных и механических потерь от м. д. с. при различных скоростях.

На рис. 17 представлены характеристики двигателя смешанного возбуждения для коэффициентов регулирова­ния β и β₁, причем β < β_1.

j

ЛЕКЦИИ 10 - 14