Материал: Исследование двигателей постоянного тока с параллельным возбуждением (120
Рис. 10. Электрическая схема ДПТ |
Рис. 11. Динамическое тор- |
при динамическом торможении |
можение ДПТ |
Расчет характеристики n(M) при динамическом торможе-
нии. Требуется рассчитать и построить реостатную характеристику nт(M), соответствующую динамическому торможению и проходящую через точку с координатами Мт = – Mнt и nт = nD.
Расчет проводим в два этапа:
а) сначала характеристику nтЕ(M) при Rдоб = 0;
б) затем реостатную характеристику nт(M) (при Rдоб ≠ 0), проходящую через точку с заданными координатами Мт и nт.
Расчет характеристики nт(Mт) при Rдоб = 0.
Первый этап – расчет характеристики при Rдоб = 0. Уравнение механической характеристики nтЕ(M), соответст-
вующее динамическому торможению (при Rдоб = 0), принимает вид
nтЕ = –Mт(Rя + Rдоб.п) / (СЕСМФ2).
Полученное выражение соответствует прямой линии, проходящей через начало координат. Угол наклона ее к оси абсцисс равен углу наклона естественной характеристики n(M) ДПТ.
При динамическом торможении ДПТ, работающего, например, в номинальном режиме (n = nн) без добавочного сопротивления в цепи якоря (Rдоб = 0), возникнут ток якоря Iя и тормозной момент Мт, многократно превышающие их номинальные значения:
|Iя.т| = |–Е / (Rя + Rдоб.п)| Iя.н,
|Мт| = |СМФIя.т| Мн.
15
Второй этап – расчет реостатной характеристики nт(M) при
Rдоб ≠ 0.
Чтобы избежать аварии ДПТ, в цепь якоря вводят ограничивающее сопротивление Rдоб ≠ 0 (см. рис. 10). При этом получают
|Iя.т| = |–Е / (Rя + Rдоб.п + Rдоб)| < 2Iя.н;
nт = –Mт(Rя + Rдоб.п + Rдоб) / (СЕСМФ2).
Подставляя в полученное выражение для nт(Mт) числовые значения координат заданной точки (nт и Mт), через которую должна проходить реостатная характеристика, находим значение Rдоб.
На общем графике строим естественную характеристику n(M), соответствующую работе машины в двигательном режиме, и две тормозных характеристики: nтЕ(M) при Rдоб = 0 и реостатную nт(M)
при Rдоб 0 (см. рис. 11). На них показываем частоты вращения, соответствующие заданному Мт.
Далее показываем преимущества и недостатки рассмотренного метода торможения и делаем выводы о целесообразности его применения.
Торможение противовключением
Применяют две модификации торможения противовключением:
а) с использованием реостатной характеристики n(M); б) с изменением полярности напряжения в цепи якоря.
Торможение противовключением происходит, когда обмотки ДПТ включены для одного направления вращения, а якорь (ротор) под воздействием внешнего момента или сил инерции вращается в противоположном направлении.
Рис. 12. Торможение противовключением с использованием Rдоб
16
Торможение противовключением с ис-
пользованием Rя.доб. Схема включения ДПТ приведена на рис. 8. Рассмотрим, как происходит процесс торможения, с помощью графика (рис. 12).
Допустим, лебедка поднимает груз, который создает на валу двигателя актив-
ный момент сопротивления Мс = Mнt. Этому режиму на естественной характеристике n(M) соответствует точка 1. Потребовалось груз опустить. Момент сопротивления останется прежним и будет действовать в том же направлении, изменятся значение и направление частоты вращения (nт < 0). На графике (см. рис. 12) этому режиму соответствует точка 2 реостатной характеристики с координатами n = nт и M = Mс. Для получения необходимой реостатной характеристики в цепь якоря вводим добавочное сопротивление Rя.доб, обеспечивающее необходимый наклон зависимости n(M):
n = U / (СЕФ) – M(Rя + Rдоб.п + Rя.доб) / (СЕСМФ2).
Изменяя сопротивление Rя.доб, можно влиять на скорость опускания груза.
Для торможения включаем в цепь якоря добавочное сопротивление Rя.доб (см. рис. 8). В первый момент в силу инерции частота вращения ротора n остается неизменной, соответствующей точке 1, а двигатель начинает работать по реостатной характеристике в точке 3. Момент, создаваемый двигателем в точке 3, оказывается значительно меньше момента сопротивления Мс и двигатель начинает тормозиться, частота вращения n уменьшается, рабочая точка движется по реостатной характеристике вниз от позиции 3 к позиции 4.
Если требуется прекратить подъем груза, т. е. остановить двигатель, то необходимо в точке 4 отключить двигатель от сети.
Если ДПТ не отключать от сети, движение рабочей точки продолжится по реостатной характеристике вниз до точки 2. В точке 2 вращающий момент двигателя М станет равным моменту сопротивления Мс, создаваемого грузом, двигатель будет вращаться с постоянной отрицательной скоростью n = nт < 0, груз – равномерно опускаться.
Работе ДПТ в режиме торможения противовключением с введением добавочного сопротивления Rя.доб в цепь якоря соответствует уравнение
nт = U / (СЕФ) – Mт(Rя + Rдоб.п + Rя.доб) / (СЕСМФ2).
Подставляя в уравнение числовые значения координат рассматриваемой точки 2 (nт = –пнh2 < 0; Мт = Mнt ), определяем значение Rя.доб, обеспечивающего необходимый наклон реостатной характеристики n(M).
17
На одном графике для сопоставления строим две характеристики n(M) ДПТ при изменении момента от 0 до 1,5Мн (см. рис. 12):
–естественную n(M) (при Rя.доб 0);
–реостатную тормозную nт(M) (при Rя.доб 0).
На построенных характеристиках n(M) следует показать расчетные точки, соответствующие заданному тормозному моменту Мт.
Далее следует отметить преимущества и недостатки данного метода торможения и сделать выводы о целесообразности его применения.
Торможение противовключением при изменении полярности напряжения в цепи якоря. Другой способ торможения противовключением заключается в изменении во время работы двигателя направления вращающего момента М на противоположное путем изменения полярности источника напряжения в цепи якоря.
По закону Ампера сила F, действующая на проводник с током I, вычисляется по формуле F [I B]L. Здесь B – индукция маг-
нитного поля; L – активная длина проводника с током I. Как следует из формулы, изменить направление действующей силы F на противоположное можно, изменив направление тока I, либо магнитного поля В.
На рис. 13 приведена электрическая схема, позволяющая с помощью переключателя П менять полярность источника напряжения U в цепи якоря ДПТ. При этом в обмотке якоря изменяется направление тока Iя.
Предположим, первоначально двигатель работал на естественной характеристике n(M) в первом квадранте (точка 1 на рис. 14) (Rя.доб 0). Необходимо выполнить электрическое торможение ДПТ.
С помощью переключателя П (см. рис. 13) меняем направление тока Iя в обмотке якоря. При этом меняются на противоположное направления силы, действующей на обмотку якоря, и вращающего момента двигателя. Этому соответствует нижняя ветвь механической характеристики n(M) (см. рис. 14), проходящая через точку с координатами n –n0 и М 0 и параллельная исходной естественной характеристике с точкой 1. Если при этом не принять дополнительных мер, произойдет большой скачок тока Iя (–U – E) / (Rя + Rдоб.п) со всеми вытекающими последствиями.
18
Рис. 13. Электрическая схема ДПТ |
Рис. 14. Торможение противо- |
при использовании торможения |
включением при изменении на- |
противовключением с изменением |
правления тока якоря |
направления тока якоря |
|
Для ограничения тока Iя в цепь якоря вводят добавочное сопротивление Rдоб.
Вместе с током якоря (Iя < 0) меняет направление и вращающий момент М = СМФIя (точка 2 на рис. 14). Он становится тормозным (М = Мт < 0), так как теперь действует против направления вращения ротора двигателя. Подбором Rдоб можно регулировать значение Iя и, соответственно, тормозной момент Мт.
Рассмотрим с помощью механической характеристики n(M) (см. рис. 14), как осуществляется процесс торможения.
Вначале двигатель работал в точке 1 с некоторой постоянной скоростью n. При изменении полярности напряжения U на обмотке якоря двигатель переходит в точку 2 на реостатной характеристике n(M), соответствующей измененной полярности U.
Поскольку момент, развиваемый двигателем, становится тормозным, частота вращения ротора уменьшается, рабочая точка перемещается по реостатной характеристике из точки 2 к точке 3, при которой n = 0. Если в это время двигатель не отключить от сети, то ротор начнет разгоняться в противоположную сторону в соответствии с направлением действующего вращающего момента.
Рассмотрим, как рассчитать реостатную характеристику, соответствующую торможению противовключением описываемым методом и проходящую через заданную точку с параметрами
Mт = (–Mнt) и nт = nD.
19