Расчет тормозных сопротивлений для двигателей постоянного тока.

Механические характеристики двигателя смешанного возбуждения (ДСВ) и его тормозные режимы.

У двигателя смешанного возбуждения, имеющего две обмотки возбуждения – одна параллельного (независимого), другая последовательного возбуждения, они обычно включаются согласно. Поэтому поток машины определяется суммой МДС:

.

При холостом ходе поток создается МДС обмотки независимого возбуждения. Поэтому скорость идеального холостого хода имеет конечное значение, равное:.

Вообще поток этого двигателя зависит от нагрузки на валу, следовательно, от тока якоря. Однако, в отличии от ДПВ зависимость за счет МДС параллельной обмотки смещена от начала координат на величину (см. кривую намагничивания). Ток якоря, соответствующий полностью размагниченному двигателю, может быть определен из выражения для F_B при F_B=0.

.

Соответственно, естественная электромеханическая характеристика ДСВ повторяет форму характеристики ДПВ, если ось координат сместить вправо на значение этого тока.

У ДСВ, выпускаемых промышленностью, соотношение МДС обмоток возбуждения при номинальном режиме такое: ,что соответствует .

При током соотношении поток холостого хода соответствует (0,75¸0,85)Ф_Н, а w0=(1,3¸1,6)w_Н. Естественные электромеханические характеристики ДСВ приводятся в каталогах. Их можно рассчитать по формулам электромеханической и механической характеристик ДПВ с использованием универсальной кривой намагничивания. Естественная и ряд искусственных механических характеристик ДСВ, соответствующих наличию в цепи якоря добавочного сопротивления, изображены на рис. При малых нагрузках, когда машина еще не насыщена, поток возрастает от прибавления к постоянному потоку параллельной обмотки потока последовательной обмотки и скорость значительна снижается. При больших нагрузках машина насыщается и хотя МДС последовательной обмотки растет, поток машины почти не меняется. Поэтому скорость снижается незначительно лишь за счет падения напряжения в цепи якоря.

При изменении подводимого к двигателю напряжения характеристики перемещаются параллельно самим себе. При реверсировании ДСВ в целях сохранения согласного действия обмоток возбуждения изменяется направление тока только в обмотке якоря ( изменяется полярность напряжения на зажимах якоря) согласно приведенной схеме.

ДСВ допускает все три способа торможения. При w>w₀ двигатель переходит в тормозной режим с рекуперацией энергии в сеть. Ток в якоре и последовательной обмотке возбуждения при этом меняет направление, что может размагнитить машину. С увеличением тока тормозной момент нарастает очень медленно, а при больших токах может даже уменьшаться. Наибольший тормозной момент составляет (0,3¸0,7)М_Н и имеет место при w=2w₀. Характеристики при этом во II квадранте, идут круто вверх (см. рис.).

Во избежание размагничивающего действия последовательной обмотки при переходе в данный тормозной режим ее шунтируют (отключают), превращая двигатель в генератор независимого возбуждения, поэтому механические характеристики во II квадранте превращаются в прямые (пунктир). Режим противовключения ДСВ применяется при спуске груза и для быстрой остановки двигателя при реактивном моменте сопротивления. В 1-м случае в цепь якоря вводится добавочное сопротивление, чтобы момент двигателя при w=0 был меньше М_С (см. график).

Двигатель будет останавливаться по АВС и перейдет в режим тормозного спуска на участке СД. Для торможения противовключением при реактивном М_С необходимо на ходу поменять полярность питания обмотки якоря как при реверсировании.

Для осуществления режима динамического торможения якорная цепь двигателя отключается от сети и замыкается на тормозное сопротивление. Поскольку ток в якоре и последовательной обмотке изменит направление, машина будет размагничиваться. Механические характеристики при этом будит иметь вид, изображенный на графике. Обычно при динамическом торможении ДСВ последовательную обмотку возбуждения отключают и торможение осуществляют только при одной обмотке независимого (параллельного) возбуждения. Механические характеристики в этом случае будут прямыми, проходящими через начало координат.

Величина тормозного сопротивления для ступени противовключения двигателя последовательного возбуждения, которое нужно ввести в цепь якоря для осуществления тормозного спуска груза, может быть определена из выражения допустимого тока якоря, который протекает по якорю в режиме противовключения. , откуда , где R_Д=R_ЯS - сопротивление якорной цепи двигателя, R_П – пусковое сопротивление.

Ступень противовключения в тормозном режиме соединяется последовательно с пусковым сопротивлением (см. схему.).

Величина Е_макс, соответствующая I_доп и максимально возможной скорости w_макс, определяется из выражения: .

Величина w_Е находится из естественной характеристики по допустимому току I_доп. Величина w_МАКС определяется из условий двигательного режима, предшествующего противовключению, по минимальной величине М_С.

Тормозное сопротивление для режима динамического торможения ДПВ с независимым возбуждением рассчитывается так же исходя из условий ограничения броска тока в начальный момент торможения до допустимого значения. Т.к. в этом режиме , ибо U=0,то подставляя вместо Е –максимально возможную ЭДС, а вместо I_я – допустимый ток I_доп получим, решив выражение относительно R_m: .

Е_макс определяется исходя из следующего: Сначала определяется исходя из двигательного режима ЭДС при номинальной скорости и номинальном токе . Т.к. при динамическом торможении с независимым возбуждением сопротивление в цепи возбуждения подбирается таким, чтобы в ней был номинальный ток, то Е_макс будет во столько раз больше Е_н, во сколько w_макс>w_н. Поэтому .

В случае торможения в 2 ступени они для 1-го и 2-го пиков тока рассчитываются соответственно по формулам: , где ;

, где .

Расчет сопротивления ступени противовключения для ДНВ выполняются так же, как и для ДПВ, с той лишь разницей, что максимальная скорость, с которой двигатель переводится в тормозной режим, принимается равной w₀. Поэтому и для нерегулируемых двигателей: .

Аналогично сопротивление динамического торможения для нерегулируемых ДНВ

Для регулируемых двигателей за начальную скорость торможения принимается набольшая скорость в двигательном режиме при наименьшем М_с. Тогда .

В случае торможения ДНВ с ослабленным потоком, необходимо учитывать, что до начала торможения двигатель работает с повышенной скоростью w_макс и ухудшенными условиями коммутации, приводящим к снижению величины I_доп. Поэтому в расчетные формулы вместо I_доп нужно подставлять .

Расчет тормозного сопротивления для режима динамического торможения двигателя смешанного возбуждения (ДСВ) с подпиткой последовательной обмотки ничем не отличается от расчета Rm для двигателя последовательного возбуждения. Если последовательная обмотка при торможении отключается (шунтируется), в выражении: , подставляется Е_макс, определяемая только потоком параллельной обмотки возбуждения, т.к. при вращении включенного в сеть ДСВ со скоростью w₀ его ЕДС=U_сети и через последовательную обмотку возбуждения тока не проходит. Поэтому , откуда .

w₀ берется из естественной характеристики двигателя, а w_макс – из той же характеристики по минимально возможному М_С.

Сопротивление включаемое в цепь якоря для режима генераторного торможения с рекуперацией энергии в сеть, в случае ДНВ, когда w>w0, определяется исходя из следующего: , откуда полное сопротивление якорной цепи: , где w_m – скорость, которую нужно иметь при тормозном спуске груза, а I_m тормозной ток, которым задаются.

Тормозное сопротивлении

Можно определить Rm задаваясь не тормозным током, а тормозным моментом Мm:

Подставляя сюда вместо w скорость, с которой желательно спускать груз, равную wm, а вместо M – величину тормозного момента, получим , откуда .