УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ Советский патент 1936 года по МПК H02P7/20 

Широко известно применение моторных реле, включаемых в цепь электрических двигателей и управляющих их регулировочными реостатами, для целей автоматического регулирования этих двигателей в зависимости от нагрузки.

Настоящее предложение относится к подобным устройствам для автоматического регулирования электрических двигателей, содержащим нагруженный установочной пружиной сервомотор (или реле), включенный последовательно в цепь регулируемого двигателя и управляющий регулировочным реостатом двигателя в зависимости от нагрузки последнего. Согласно изобретению, в предлагаемом устройстве в цепь сервомотора (или реле) включены реостат и переключатель направления тока; это сделано с той целью, чтобы осуществить работу двигателя на любой характеристике из разных семейств падающих или возрастающих характеристик. Это обстоятельство делает управляемый электрический двигатель универсальным по его характеристикам.

На чертеже фиг. 1-3 изображают электрические схемы включения предлагаемого устройства; фиг. 4-13 диаграммы и кривые, поясняющие сущность предложения.

Последовательно с регулируемым электрическим двигателем D включен сервомотор СМ (могущий быть шунтированным сопротивлением Р) или реле. Этот сервомотор используется для привода контактной рукоятки 3 регулировочного реостата 1, 2 в цепи двигателя, например, в цепи возбуждения двигателя (если последний является двигателем постоянного тока), как это показано на чертеже. На схемах показаны: Ш - обмотка возбуждения двигателя, РР - не автоматический регулировочный реостат, ПР - пусковой реостат. В цепи сервомотора СМ расположены регулировочный реостат 5 и не показанный на чертеже переключатель направления тока.

В устройстве на фиг. 2 сервомотор СМ выполнен по принципу ваттметра, т.е. имеет катушки тока и напряжения.

Для установки рычага 3 в определенное начальное положение подвижная система сервомотора нагружена установочной пружиной, закрепленной другим концом неподвижно (фиг. 1, 2) или на подвижной части второго такого же сервомотора СМ′ или реле (фиг. 3) с целью автоматического в зависимости от нагрузки изменения нажатия пружины 4.

Для надлежащего действия устройства необходимо, чтобы двигатель D работал на прямолинейной части кривой намагничения (фиг. 4), на которой имеется пропорциональность между ампервитками aω возбуждения и магнитной индукцией В или, что то же самое, между aω и числом оборотов n двигателя.

Совершенно очевидно, что в устройствах по фиг. 1-3 при изменении нагрузки I двигателя изменяется (в случае неизменного напряжения в сети) сила тока i в цепи сервомотора. Это приводит к тому, что равновесие между вращающими моментами пружины 4 и якоря сервомотора нарушится и контактный рычаг 3 займет новое положение, изменив тем самым сопротивление цепи обмотки возбуждения, что повлечет автоматическое изменение силы тока возбуждения и магнитного потока индукторов, а тем самым - и скорости двигателя. Таким образом, посредством предлагаемого устройства магнитный поток Ф становится функцией нагрузки. Можно выразить значение магнитного потока следующей формулой:

где

Значение и знак коэфициента m зависят от сопротивления цепи сервомотора СМ и от направления тока в ней; это сопротивление изменяется реостатом 5, а направление тока - переключателем (на чертеже не показанным).

Если движок реостата 5 поставить на холостой контакт, то Ф перестанет быть зависимым от I, что получается при m = 0. В этом случае двигатель D будет работать по шунтовой характеристике (фиг. 5), причем имеется возможность регулировки числа оборотов путем передвижения регулировочных реостатов от руки.

Подобрав соответственным образом сопротивление реостата 5, можно получить m = 1; двигатель будет работать по сериесной характеристике (фиг. 6).

При изменении сопротивления реостата 5 от величины R_c (при m = 1) до бесконечности можно получить всевозможные компаундные характеристики (фиг. 7); эти характеристики, следовательно, получаются при 0 < m < 1.

При сопротивлении реостата 5, меньшем значения R_c, получаются новые характеристики, называемые заявителем „ультрасериесными“ (фиг. 8); здесь m < 1.

Двигатель может давать еще и характеристики, соответствующие m < 0 (фиг. 9). Здесь с увеличением нагрузки обороты двигателя должны возрастать. Так как при работе на шунтовой характеристике (фиг. 5) число оборотов двигателя несколько падает с ростом нагрузки, то для достижения строго постоянного числа оборотов можно подобрать соответствующее m < 0. Для получения этих характеристик необходимо изменить направление тока в цепи сервомотора посредством не показанного на чертеже переключателя.

Переход двигателя с одной рабочей характеристики на другую совершается исключительно просто - изменением величины сопротивления реостата 5.

Возможность работы двигателя с усиленными полями Ф позволяет преодолевать весьма значительные моменты сопротивления М при незначительном увеличении энергии и даже при уменьшении энергии. Это обстоятельство дает возможность работать в последнем случае на характеристиках, соответствующих

Эту возможность можно показать следующим образом. Пусть имеем два режима работы двигателя:

1) и М₁ - вращающий момент;

2) и М₂ - вращающий момент.

Положим, что

М₂ > М₁ Ф₂ > Ф₁ и I₂ < I₁.

Тогда

Отсюда

а так как Ф₂ > Ф₁, то это возможно лишь при

На этих характеристиках (фиг. 10) преодоление возрастающих моментов сопротивлення производится понижающимся током за счет преимущественного возрастания силового поля. Как частный случай использования такой характеристики возможна работа двигателя, когда характеристики почти вертикальны (фиг. 11).

Для осуществления этого достаточно соответственно ослабить нажатие пружины 4 и изменить сопротивление реостата 5. Для возможности автоматического получения характеристик необходимо применить второй сервомотор СМ′, управляющий нажатием пружины 4 и имеющий самостоятельное ответвление тока, подобное сервомотору СМ, также со своим реостатом 6 (фиг. 3).

Из изложения свойств двигателя, регулируемого предлагаемым устройством, вытекает следующее:

1. Двигатель получает свойство работать с разными значениями коэфициента m. Разные же условия работы определяют целесообразность работы по различным наивыгоднейшим для данного случая характеристикам. Так, например, различный профиль пути и род состава в электровозной тяге диктует необходимость работать в различных условиях по разным рабочим характеристикам. Предлагаемое устройство, как это было показано, чрезвычайно просто настраивает двигатель на работу по любой из вышеуказанных характеристик. В обычных же моторных установках совершенно исключена (конструктивно) самая возможность работы на различных характеристиках.

2. Двигатель получает возможность работать на трех новых характеристиках: а) „ультра-сериесной“ при m > 1, дающей возможность преодолевать возросшие моменты сопротивления за счет преимущественного возрастания силового поля и сравнительно более слабого возрастания силы тока, но сопровождающегося значительным понижением числа оборотов. В ряде случаев эта характеристика может явиться весьма экономичной и предупреждает станцию и сеть от толчков тока; в) характеристике m < 0 (увеличение оборотов с ростом нагрузки), которая практически может быть применена для поддержания идеально постоянного числа оборотов; с) характеристике на которой преодоление возрастающих моментов имеет место при уменьшающихся расходах энергии.

3) Плавная, широкая и происходящая без потерь регулировка числа оборотов в широких пределах представляет собой большое преимущество по сравнению с обычными моторными установками, так как в последнем случае достижение регулировки в данных пределах приводит к необходимости применять неэкономические приемы или значительно усложнять схему дорогим дополнительным устройством, причем регулировка сериесного двигателя происходит скачкообразно по ступеням.

4. Наличие возможности работать на большом силовом поле позволяет преодолевать громадные моменты сопротивления при малых увеличениях силы тока или совсем без такового. Этим же путем достигается преодоление моментов при незначительной силе тока и преодоление очень больших моментов при сравнительно небольшом увеличении силы тока.

5. Возможна простейшая рекуперация электрической энергии: она производится автоматически без всяких переключений с отдачей энергии в сеть (как у обычных шунтовых двигателей).

6. Возможно простейшее электрическое торможение без всяких дополнительных устройств; оно может производиться путем перехода на усиленные силовые поля.

7. Возможность в разных условиях работать по наивыгоднейшей характеристике говорит об экономичности моторной установки, оборудованной предлагаемым устройством.

На фиг. 12 и 13 показаны образцы характеристик (моментов и оборотов), которые могут быть получены от электрического двигателя, оборудованного предлагаемым устройством.

1. Устройство для автоматического регулирования электрического двигателя, состоящее из нагруженного установочной пружиной сервомотора или реле, включенного последовательно в цепь регулируемого двигателя и управляющего регулировочным реостатом двигателя в зависимости от нагрузки последнего, отличающееся тем, что в цепь сервомотора или реле включены реостат 5 и переключатель направления тока, с целью осуществления работы двигателя на любой характеристике из разных семейств падающих или возрастающих характеристик.

2. В устройстве по п. 1 применение второго такого же сервомотора или реле для автоматического изменения нажатия установочной пружины.