Те се определят главно от начина на включване на възбудителната намотка. В зависимост от това се разграничават електродвигателите:

1. с независима стимулация: намотката на възбуждане се захранва от външен източник постоянен ток(възбудител или токоизправител),

2. с паралелно възбуждане : възбуждащата намотка е свързана паралелно с намотката на котвата,

3.: възбуждащата намотка е свързана последователно с намотката на котвата,

4. със смесено вълнение: има две възбудителни намотки, едната свързана успоредно на намотката на котвата, а другата последователно с нея.

Всички тези електродвигатели имат едно и също устройство и се различават само по изпълнението на намотката на възбуждане. Възбуждащите намотки на тези електродвигатели се изпълняват по същия начин, както при.

електрически мотор постоянен токс независима стимулация

В този електродвигател (фиг. 1, а) намотката на котвата е свързана към главния източник на постоянен ток (DC мрежа, генератор или токоизправител) с напрежение U, а намотката на възбуждане е свързана към спомагателен източник с напрежение UB. Контролният реостат Rrv е включен във веригата на възбуждащата намотка, а пусковият реостат Rn е включен във веригата на намотката на котвата.

Регулиращият реостат се използва за регулиране на скоростта на въртене на котвата на двигателя, а пусковият реостат се използва за ограничаване на тока в намотката на котвата по време на стартиране. характерна особеностелектродвигател е, че неговият ток на възбуждане Iv не зависи от тока Ii в намотката на котвата (ток на натоварване). Следователно, пренебрегвайки размагнитващия ефект на реакцията на котвата, можем приблизително да приемем, че потокът на двигателя Ф не зависи от товара. Зависимостите на електромагнитния въртящ момент M и скоростта на въртене n от тока Il ще бъдат линейни (фиг. 2, а). Следователно механичната характеристика на двигателя също ще бъде линейна - зависимост n (M) (фиг. 2, b).

При липса на реостат със съпротивление Rn в арматурната верига скоростта и механичните характеристики ще бъдат твърди, т.е. с малък ъгъл на наклон към хоризонталната ос, тъй като спадът на напрежението IаΣRя в намотките на машината, включени в арматурната верига при номиналното натоварване е само 3-5 % от Unom. Тези характеристики (правите линии 1 на фиг. 2, а и б) се наричат ​​естествени. При включване на реостат със съпротивление Rn във веригата на котвата, наклонът на тези характеристики се увеличава, в резултат на което е възможно да се получи семейство реостатни характеристики 2, 3 и 4, съответстващи на различни значения Rn1, Rn2 и Rn3.

Ориз. 1. Принципни схеми на електродвигатели постоянен токс независимо (а) и паралелно (б) възбуждане

Ориз. 2. Характеристики на електродвигателите постоянен токс независимо и паралелно възбуждане: a - високоскоростен и въртящ момент, b - механичен, c - работен повече съпротива Rn, колкото по-голям е ъгълът на наклон на реостатната характеристика, т.е. толкова по-мека е тя.

Регулиращият реостат Rpv ви позволява да промените тока на възбуждане на двигателя Ib и неговия магнитен поток Ф. В този случай скоростта на въртене n също ще се промени.

Във веригата на възбуждащата намотка не са монтирани превключватели и предпазители, тъй като когато тази верига се счупи, магнитният поток на електродвигателя рязко намалява (в него остава само потокът от остатъчния магнетизъм) и възниква авариен режим. Ако електродвигателят работи на празен ход или с малко натоварване на вала, тогава скоростта се увеличава рязко (двигателят работи диво). В този случай токът в намотката на котвата Ia се увеличава значително и може да възникне всеобхватен пожар. За да се избегне това, защитата трябва да изключи двигателя от източника на захранване.

Рязкото увеличаване на скоростта на въртене при прекъсване на веригата на възбуждащата намотка се обяснява с факта, че в този случай магнитният поток Ф рязко намалява (до стойността на потока на Fost от остатъчния магнетизъм) и e. д.с. E и токът Iya се увеличава. И тъй като приложеното напрежение U остава непроменено, скоростта на въртене n ще се увеличи до e. д.с. E няма да достигне стойност, приблизително равна на U (което е необходимо за равновесното състояние електрическа веригаанкери, при които E= U - IаΣRя.

Когато натоварването на вала е близо до номиналното, електрическият двигател ще спре в случай на прекъсване на веригата на възбуждане, тъй като електромагнитен момент, който двигателят може да развие със значително намаляване на магнитния поток, намалява и става по-малък от момента на натоварване на вала. В този случай токът Ia също се увеличава рязко и машината трябва да бъде изключена от източника на захранване.

Трябва да се отбележи, че скоростта на въртене n0 съответства на идеалния празен ход, когато двигателят не консумира електрическа енергия от мрежата и неговият електромагнитен момент е нула. В реални условия, в режим на празен ход, двигателят консумира тока на празен ход I0 от мрежата, който е необходим за компенсиране вътрешни загубимощност, и развива определен момент M0, необходим за преодоляване на силите на триене в машината. Следователно в действителност скоростта на празен ход е по-малка от n0.

Зависимостта на скоростта на въртене n и електромагнитния въртящ момент M от мощността P2 (фиг. 2, c) на вала на двигателя, както следва от разгледаните зависимости, е линейна. Зависимостите на тока на намотката на котвата Iya и мощността P1 от P2 също са почти линейни. Токът Ia и мощността P1 при P2 = 0 са токът на празен ход I0 и мощността P0, консумирани по време на празен ход. Кривата на ефективност има характер, общ за всички електрически машини.

електрически мотор постоянен токс паралелно възбуждане

В този електродвигател (виж фиг. 1, б) намотките на полето и котвата се захранват от един и същ източник на електрическа енергия с напрежение U. Контролният реостат Rpv е включен във веригата на намотката на възбуждане и е включен стартовият реостат Rp във веригата на намотката на котвата.

В разглеждания електродвигател по същество, разделно храненевериги на котвата и намотките на възбуждане, в резултат на което токът на възбуждане Iv не зависи от тока на намотката на котвата Iv. Следователно моторът с паралелно възбуждане ще има същите характеристики като мотор с независимо възбуждане. Обаче паралелно възбуден двигател работи правилно само когато се захранва от източник на постоянно напрежение.

Когато електродвигателят се захранва от източник с променливо напрежение (генератор или управляван токоизправител), намаляването на захранващото напрежение U води до съответно намаляване на тока на възбуждане Iv и магнитния поток F, което води до увеличаване на намотката на котвата ток Ia. Това ограничава възможността за управление на скоростта на котвата чрез промяна на захранващото напрежение U. Следователно електрическите двигатели, проектирани да се захранват от генератор или контролиран токоизправител, трябва да бъдат независимо възбудени.

електрически мотор постоянен токс последователно възбуждане

За ограничаване на тока при стартиране в веригата на намотката на котвата е включен стартов реостат Rp (фиг. 3, а), а за контрол на скоростта може да се свърже регулиращ реостат Rrv паралелно с намотката на възбуждане.

Ориз. 3. Принципна схема на електродвигателя постоянен токс последователно възбуждане (а) и зависимостта на неговия магнитен поток Ф от тока Iа в намотката на котвата (б)

Ориз. 4. Характеристики на електродвигателя постоянен токс последователно възбуждане: a - висока скорост и въртящ момент, b - механично, c - работници.

Характерна особеност на този електродвигател е, че неговият ток на възбуждане Iv е равен или пропорционален (когато реостатът Rpv е включен) на тока на намотката на котвата Ia, следователно магнитният поток Ф зависи от натоварването на двигателя (фиг. 3, b ).

С ток на намотката на котвата I, по-малко (0,8-0,9) номинален ток Inom магнитната система на машината не е наситена и можем да приемем, че магнитният поток Ф се изменя правопропорционално на тока Iа. Следователно характеристиката на скоростта на електродвигателя ще бъде мека - с увеличаване на тока, I-та честота на въртене n рязко ще намалее (фиг. 4, а). Намаляването на скоростта на въртене n се дължи на увеличаването на спада на напрежението IяΣRя. в вътрешно съпротивлениеРая. вериги на намотката на котвата, както и поради увеличаване на магнитния поток F.

Електромагнитният момент M с увеличаване на тока Ia ще се увеличи рязко, тъй като в този случай магнитният поток F също се увеличава, т.е. моментът M ще бъде пропорционален на тока Ia. Следователно при ток Ia по-малък от (0,8 N-0,9) Inom скоростната характеристика има формата на хипербола, а моментната характеристика има формата на парабола.

При токове Il > Inom зависимостите на M и n от Il са линейни, тъй като в този режим магнитната верига ще бъде наситена и магнитният поток Ф няма да се промени при промяна на тока Il.

Механичната характеристика, т.е. зависимостта на n от M (фиг. 4, b), може да бъде изградена въз основа на зависимостите на n и M от Ib. В допълнение към естествената характеристика 1 е възможно да се получи семейство реостатни характеристики 2, 3 и 4 чрез включване на реостат със съпротивление Rp във веригата на намотката на котвата.Тези характеристики съответстват на различни стойности на Rn1, Rn2 и Rn3, докато колкото по-голям е Rn, толкова по-ниска е характеристиката.

Механичната характеристика на разглеждания двигател е мека и има хиперболичен характер. При малки натоварвания магнитният поток Ф силно намалява, скоростта на въртене n рязко се увеличава и може да надхвърли максимално допустимата стойност (двигателят излиза от предавка). Следователно такива двигатели не могат да се използват за задвижване на механизми, работещи в режим на празен ход и при ниско натоварване (различни машини, конвейери и др.).

Обикновено минимално допустимо натоварванеза двигатели с голяма и средна мощност е (0,2 .... 0,25) Inom. За да се предотврати работата на двигателя без натоварване, той е твърдо свързан към задвижващия механизъм (предавка или сляп съединител), използването на ремъчно задвижване или фрикционен съединител е неприемливо.

Въпреки този недостатък двигателите с последователно възбуждане се използват широко, особено когато има големи промени в въртящия момент на товара и трудни условия за стартиране: във всички тягови задвижвания (електрически локомотиви, дизелови локомотиви, електрически влакове, електрически автомобили, електрокари и др.), както и в задвижвания на товароподемни механизми (кранове, асансьори и др.).

Това се обяснява с факта, че при мека характеристика увеличаването на въртящия момент на товара води до по-малко увеличение на тока и консумацията на мощност, отколкото при двигатели с независимо и паралелно възбуждане, следователно двигателите с последователно възбуждане понасят по-добре претоварванията. В допълнение, тези двигатели имат голям начален въртящ момент от двигателите с паралелно и независимо възбуждане, тъй като с увеличаване на тока на намотката на котвата при стартиране, магнитният поток също се увеличава съответно.

Ако приемем например, че краткотрайният пусков ток може да бъде 2 пъти по-голям от номиналния работен ток на машината и пренебрегнем ефекта на насищане, реакцията на котвата и спада на напрежението във веригата на нейната намотка, тогава в a двигател с последователно възбуждане, началният въртящ момент ще бъде 4 пъти по-голям от номиналния (в Както токът, така и магнитният поток се увеличават 2 пъти), а при двигатели с независимо и паралелно възбуждане - само 2 пъти повече.

В действителност, поради насищането на магнитната верига, магнитният поток не се увеличава пропорционално на тока, но все пак стартовият момент на двигател с последователно възбуждане, при равни други условия, ще бъде значително по-голям от стартовия момент на същия двигател с независимо или паралелно възбуждане.

Зависимостите на n и M от мощността P2 на вала на двигателя (фиг. 4, c), както следва от горните разпоредби, са нелинейни, зависимостите на P1, Ip и η от P2 имат същата форма като за двигатели с паралелно възбуждане.

електрически мотор постоянен токсъс смесено вълнение

В този електродвигател (фиг. 5, а) магнитният поток Ф се създава в резултат на съвместното действие на две възбуждащи намотки - паралелни (или независими) и последователни, през които възбуждащите токове Iv1 и Iv2 \u003d Ib

Ето защо

където Фposl е магнитният поток на последователната намотка, зависещ от тока Il, Фpar е магнитният поток на паралелната намотка, който не зависи от товара (определя се от тока на възбуждане Iв1).

Механичната характеристика на електродвигател със смесено възбуждане (фиг. 5, б) се намира между характеристиките на двигатели с паралелно (права линия 1) и последователно (крива 2) възбуждане. В зависимост от съотношението на магнитодвижещите сили на паралелните и серийните намотки в номинален режим е възможно да се приближат характеристиките на двигател със смесено възбуждане до характеристика 1 (крива 3 с ниски ppm на серийната намотка) или до характеристика 2 (крива 4 за малък ppm).с паралелна намотка).

Ориз. 5. Принципна схема на електродвигател със смесено възбуждане (а) и неговите механични характеристики (б)

Предимството на двигателя постоянен токсъс смесено възбуждане е, че имайки мека механична характеристика, той може да работи на празен ход, когато Fposl = 0. В този режим честотата на въртене на котвата му се определя от магнитния поток Фпар и е с ограничена стойност (двигателят не се развихря).

1.док

(модул 5)

„Двигател с постоянен ток с последователно възбуждане. Задаване на елементи. Принцип на работа"

гр.ТП-07

Асмолкова О. А.

I семестър 2009г
DC двигател с последователно възбуждане. Задаване на елементи. Принцип на действие
1. Устройство и предназначение на елементите на DC двигателя .

DC двигател - електрическа машина , DC машина, трансформиране електрическа енергия DC in механична енергия. Състои се, както всички машини за постоянен ток, от неподвижен статор с полюси и въртящ се ротор (котва) с колектор.

статор DC машината се състои от цилиндрична рамка (корпус), полюси с намотка за възбуждане и крайни щитове ( ориз. 2.1.). На леглото главните (основните) полюси са подсилени за възбуждане на основния магнитен поток и допълнителни за подобряване на превключването в двигателя. Основният полюс се състои от полюсна сърцевина, изработена от листова стомана и завинтена към рамката, и възбудителна намотка. Сърцевината в свободния край е снабдена с полюс, за да създаде необходимото разпределение на магнитната индукция по обиколката на арматурата. легло 3 частта, която затваря магнитната верига на главния поток Ф. Изработена е от лята стомана, тъй като магнитният поток в нея е относително постоянен. Допълнителни стълбове са монтирани на рамката между основните. Тяхната намотка е свързана последователно с намотката на котвата. Целта на тези полюси е да създават допълнително магнитно поле. Това е необходимо, за да не искрят четките на колектора.

котва (ротор) се нарича част от машината, в чиято намотка, когато се върти спрямо главния магнитно полеИндуцира се ЕМП. котва 5 Двигателят с постоянен ток се състои от стоманен вал, стоманена назъбена сърцевина, намотка, положена в жлебовете й, и колектор, монтиран върху вала на котвата ( ориз. 2.1.). Намотките на полето са необходими, за да се осигури оптимално взаимодействие между магнитните полета на ротора и статора (т.е. максимален въртящ моментна ротора). характерна част на двигателя (или друга електрическа машина) DC е колекторът. Това е кух цилиндър, сглобен от клиновидни медни пластини, изолирани една от друга. Плочите на колектора също са изолирани от вала на двигателя. Те са свързани с проводници към нишките за навиване, поставени в жлебовете на арматурата. Въртящата се намотка е свързана към външната верига чрез плъзгащ се контакт между четките и комутатора. Колекторът в машините с постоянен ток служи за коригиране на променливата ЕМП, индуцирана във въртящата се намотка на котвата, и за получаване на постоянен електромагнитен момент в посоката.

Ориз. 2. 1. DC моторно устройство:

1 - намотка на възбуждане;2 - стълбове;3 - легло;4 - полюсен накрайник;5 - котва;6 - проводници за анкерна намотка;

7 - назъбена анкерна сърцевина;8 - въздушна междина на машината

2. Принцип на работа на DC мотор

2.1 Обща информация

Когато намотката на котвата се върти във фиксирано магнитно поле, в нея се индуцира променлива ЕМП, променяща се с честота:

Където н- скорост на въртене на котвата.

Когато арматурата се върти, променлива ЕМП действа между всеки две точки на намотката на котвата. Въпреки това, между неподвижните контактни четки действа ЕМП, постоянна по големина и посока д, равна на сумата от моментните стойности на ЕМП, индуцирани във всички последователно свързани завои на арматурата, разположена между тези четки.

Зависимост от ЕМП дот магнитния поток на машината и скоростта на въртене на котвата има формата:

При свързване на намотката на котвата към мрежа с напрежение U, ЕМП дще бъде приблизително равен на напрежението Uи скорост на ротора:

Следователно, поради наличието на колектор, когато DC машина работи в двигателен режим, скоростта на ротора не е строго свързана с честотата на мрежата, но може да варира в широк диапазон чрез промяна на напрежението Uи магнитен поток Е. Оста на симетрия, разделяща полюсите на машина с постоянен ток, се нарича нейната геометрична неутрална.

При отворена външна верига токът в намотката на котвата няма да тече, тъй като ЕМП, индуцирана в две части на намотката на котвата, разположени от двете страни на геометричната неутрала, са насочени противоположно и взаимно се компенсират. За да се подаде максимално напрежение от намотката на котвата към външната верига, тази верига трябва да бъде свързана към две точки на намотката на котвата, между които действа най-голямата потенциална разлика, където трябва да се монтират четките. Когато арматурата се върти, точките се преместват от геометричната неутрална позиция, но все повече и повече нови точки на навиване ще се приближат до четките, между които действа ЕМП д, така че ЕМП във външната верига ще бъде непроменена по големина и посока. За да се намалят пулсациите на ЕМП по време на прехода на четките от една колекторна плоча към друга, обикновено се включват най-малко 16 активни проводника във всеки паралелен клон на намотката на котвата.

На арматурата, през чиято намотка протича ток аз, електромагнитният момент действа:

Когато машината работи в двигателен режим, електромагнитният момент се върти.

2.2 Реакция на котвата на DC мотор

На празен ход магнитният поток в двигателя се създава само от HC ^Fвъв възбудителните намотки. В този случай магнитният поток Е вс постоянна въздушна междина между арматурата и сърцевината на главния полюс (което е характерно за много машини за постоянен ток), тя се разпределя симетрично по отношение на надлъжната ос на машините.

Когато машината работи под товар, през намотката на котвата преминава ток, а NS на котвата създава собствено магнитно поле. Ефектът на полето на котвата върху магнитното поле на машината се нарича реакция на котва. магнитен поток Е aqсъздаден от na anchor Е aqв двуполюсна машина, когато монтирате четки на неутрално, тя е насочена по дължина напречна осмашини, така че магнитното поле на арматурата се нарича напречно. В резултат на потока Е aq симетричното разпределение на магнитното поле на машината е изкривено и полученият поток Е разрезсе концентрира главно в краищата на главните полюси. В този случай физически неутрален б-б(линията, свързваща точките на арматурната окръжност, в които индукцията е нула) се измества спрямо геометричната неутрален а-адо някакъв ъгъл β (фиг.2.2). В двигателите физическата неутрала се измества срещу посоката на въртене.

Въз основа на закона пълен ток NS арматура, действаща във въздушната междина на разстояние x от оста на главните полюси, се определя от израза:

Следователно, NS котви Е aqварира линейно по обиколката си; под средата на главния полюс тя е равна на нула, а в точките, където са монтирани четките, има максимална стойност. Магнитна индукция във въздуха

^ Фиг.2.2 - Магнитното поле на постояннотоков двигател: а) от възбудителната намотка; б) от намотката на котвата; в) резултат (F в - магнитен поток при x.x.; Е aq - магнитен поток, създаден от арматурата на NS; Е разрез - получен поток; a-a - геометрична неутрална; b-b - физически неутрален; β – неутрален ъгъл на изместване b-b)

Клирънс с ненаситена магнитна система:

Къде е стойността на въздушната междина в точка x.

2.3 DC въртящ момент на двигателя

Ако възбуждащата намотка и арматурата на двигателя са свързани към постояннотокова мрежа с напрежение ^uтогава има електромагнитен въртящ момент М Ем. Полезен въртящ момент Мна вала на двигателя е по-малък от електромагнитния със стойността на противодействащия момент, създаден в машината от силите на триене и равен на момента М хв режим x.x., т.е. М = М Ем -М х .

Стартов въртящ моментдвигателят трябва да е по-голям от статичната спирачка М t в състояние на покой на ротора, в противен случай арматурата на двигателя няма да започне да се върти. В стабилно състояние (при n = const) има равновесие на въртящите се M и спирачните M t моменти:

М = М Ем – М х = М T

От механиката е известно, че механична мощностдвигател може да се изрази като въртящ момент и ъглова скорост

Следователно, полезният въртящ момент на двигателя ^М(N m), изразено като нетна мощност Р(kW) и скорост н(об/мин),

M=9550P/n

Нека обсъдим някои важни въпроси за стартиране и работа на постояннотокови двигатели. От уравнението на електрическото състояние на двигателя следва, че

аз аз = (U -- E)/R аз

В работен режим токът на котвата I I е ограничен e. д.с. д, ако n е приблизително равно на н наз. В момента на изстрелване n = 0, e. д.с. E = 0и стартов ток аз П = U/ Р аз 10-30 пъти повече от номинала. Следователно директното стартиране на двигателя, т.е. директното свързване на арматурата към мрежовото напрежение, е неприемливо. За да се ограничи високият пусков ток на котвата, преди пускането на котвата последователно се свързва пусков реостат. Р Пс малко съпротивление. В този случай, когато E = O

аз П =U/(R аз - Р П ) << U/R аз

Съпротивление на реостат РПсе избира според допустимия ток на котвата.

Докато двигателят ускорява до номиналната скорост e. д.с. дсе увеличава, а токът намалява и пусковият реостат постепенно и напълно се отстранява (пусковите реостати са изчислени за краткотрайно включване). Регулиращ реостат Р регвъв верига на възбуждане с относително високо съпротивление (десетки и стотици ома), преди стартиране на двигателя, той се отстранява напълно, така че при стартиране токът на възбуждане и магнитният поток на статора Ебяха номинални. Това води до увеличаване на стартовия въртящ момент, което осигурява бързо и лесно ускоряване на двигателя.

След стартиране и ускорение настъпва постоянна работа на двигателя, при която спирачният момент на вала ^ Mtще се балансира от момента, развиван от двигателя М Ем , т.е. М Ем == М T (при н = коnst. )

DC двигателите могат да възстановят стабилното състояние на работа, нарушено от промяна в спирачния момент, т.е. те могат да развият въртящ момент М, равна на новата стойност на спирачния момент М Tсъс съответно нова скорост н".

Наистина, ако спирачният момент на товара M t е по-голям от въртящия момент на двигателя М Ем, тогава скоростта на котвата ще намалее. При постоянно напрежение Uи поток Етова ще доведе до намаляване. д.с. дкотва, увеличавайки тока на котвата и въртящия момент до достигане на равновесие, при което М Ем = М T и н" < н. Когато спирачният момент се намали до M t, постоянният режим на работа се установява по подобен начин при М Ем = М T"и н"> н" . По този начин двигателите с постоянен ток имат свойството да се саморегулират - може да развие въртящ момент, равен на спирачния момент.

2.4 Регулиране на честотата

Скоростта на котвата на DC двигател се определя въз основа на уравнението на електрическото състояние U= ЕР аз аз аз след заместване на e в него. д.с. E = sfн:

Падане на напрежението на котвата Р аз аз азмалък: при номинално натоварване не надвишава 0,03 - 0,07 U наз .

По този начин скоростта на DC мотор е право пропорционална на приложеното мрежово напрежение и обратно пропорционална на магнитния поток на статора . Има два начина за регулиране на скоростта на двигателя: чрез промяна на статорния поток F или напрежението U, подадено към двигателя. Регулирането на скоростта чрез промяна на магнитното поле на машината се осъществява с помощта на регулиращ реостат във веригата за възбуждане на двигателя. Напрежението, подадено към двигателя, се променя чрез регулиране на напрежението на източника.

Можете да добавите допълнителен реостат към веригата на котвата. В този случай стартовият реостат се заменя с баласт Р и т.нТакъв реостат изпълнява функциите както на стартов реостат, така и на регулиращ реостат. В този случай уравнението на честотата на въртене на котвата за DC двигател има формата

От това следва, че регулирането на скоростта на двигателя може да се извърши чрез промяна на мрежовото напрежение, съпротивлението на баластния реостат или статорния поток.

Реверсиране на двигателя. От уравнението на въртящия момент на двигателя М Ем = кЕаз азот това следва, че реверсирането, т.е. промяната на посоката на въртене на котвата, може да се извърши чрез промяна на посоката на тока във възбудителната намотка (поток Е) или ток на котвата.

За да обърнете двигателя "в движение", посоката на тока на котвата се променя (чрез превключване на проводниците на котвата), а намотката на възбуждане не се превключва, тъй като има голяма индуктивност и прекъсването на веригата й с ток е неприемливо. Реверсирането на изключен двигател също се извършва чрез промяна на посоката на тока в намотката на възбуждането (превключване на неговите изходи).
3. Двигател с последователно възбуждане

В двигател с последователно възбуждане ( фиг.2.3а) токът на възбуждане е равен на тока на котвата: аз в =Аз а, така че магнитният поток Ф е функция на тока на натоварване аз а. Естеството на тази функция варира в зависимост от големината на натоварването. При аз а <(0,8...0,9) I назкогато магнитната система е ненаситена, f=k f аз а, и коефициентът на пропорционалност Да се fв значителен диапазон от натоварвания остава почти постоянна. При по-нататъшно увеличаване на натоварването потокът Ерасте по-бавно от аз а > аз наз) можем да предположим, че F=конст. В съответствие с това се променят и зависимостите. n=f(I а ), M=f(I а) (ориз. 2.3.б).

Ориз. 2.3. - а) схема на двигателя с последователно възбуждане; б) зависимостта на неговия въртящ момент и скорост на въртене от тока на котвата (I аз – ток на котвата; аз в – ток на възбуждане;r н – устойчивост на натоварване;
н- скорост на въртене; един - естествена характеристика; 2,3 - реостатични характеристики, съответстващи на различни стойности на допълнително съпротивление r н ).

В допълнение към естествените характеристики 1 е възможно да се получи семейство от реостатни характеристики 2, 3 и 4 чрез включване на допълнителни съпротивления r n във веригата на котвата.Колкото по-голяма е стойността на r n, толкова по-ниска е характеристиката.

При малки натоварвания скоростта n рязко се увеличава и може да надхвърли максимално допустимата стойност (двигателят преминава в "разстояние"). Следователно такива двигатели не могат да се използват за задвижване на механизми, работещи в режим на празен ход и при ниско натоварване.

При твърда характеристика скоростта на въртене n почти не зависи от момента M, следователно мощността:

, където ОТ 4 - постоянен.

При мека характеристика на двигателя n е обратно пропорционално, в резултат на което:

, където е константа.

Следователно, когато товарният момент се променя в широк диапазон, мощността Р 2 , а оттам и властта Р 1 и ток аз апромяна за двигатели с последователно възбуждане в по-малка степен, отколкото за двигател с паралелно възбуждане, освен това те понасят по-добре претоварвания.

В този двигател намотката на възбуждането е свързана последователно към веригата на котвата (фиг. 29.9, а), Ето защо магнитен потокЕ зависи от тока на натоварване I = I a = I in . При малки натоварвания магнитната система на машината не е наситена и зависимостта на магнитния поток от тока на натоварване е правопропорционална, т.е. F = k f I а (к f- коефициент на пропорционалност). В този случай намираме електромагнитния момент:

Формулата за честотата на въртене ще приеме формата

. (29.15)

На фиг. 29,9, bпредставени данни за ефективността M = F(I) и n= (I) сериен двигател с възбуждане. При високи натоварвания се получава насищане на магнитната система на двигателя. В този случай магнитният поток практически не се променя с увеличаване на натоварването и характеристиките на двигателя стават почти праволинейни. Характеристиката на скоростта на двигателя с серийно възбуждане показва, че скоростта на двигателя се променя значително с промени в натоварването. Тази характеристика се нарича мека.

Ориз. 29.9. Мотор с последователно възбуждане:

а- електрическа схема; b- експлоатационни характеристики; c - механични характеристики; 1 - естествена характеристика; 2 - изкуствена характеристика

С намаляване на натоварването на двигателя с последователно възбуждане, скоростта на въртене се увеличава рязко и при натоварване по-малко от 25% от номиналната стойност може да достигне стойности, които са опасни за двигателя („превишение“ “). Следователно работата на двигател с последователно възбуждане или стартирането му с натоварване на вала по-малко от 25% от номиналното е неприемливо.

За по-надеждна работа валът на двигателя с последователно възбуждане трябва да бъде твърдо свързан с работния механизъм чрез съединител и предавка. Използването на ремъчно задвижване е неприемливо, тъй като ако коланът е счупен или нулиран, двигателят може да „изтече“. Като се има предвид възможността за работа на двигателя при повишени обороти, двигателите със серийно възбуждане, съгласно GOST, се изпитват за 2 минути, за да превишат скоростта с 20% над максималната, посочена на фабричния щит, но не по-малко от 50% над номиналната.

Механични характеристикисериен двигател с възбуждане n=f(M) са представени на фиг. 29,9, в.Рязко падащи криви на механичните характеристики ( естествено 1 и изкуствено 2 ) осигуряват на двигателя с последователно възбуждане стабилна работа при всякакво механично натоварване. Свойството на тези двигатели да развиват голям въртящ момент, пропорционален на квадрата на тока на натоварване, е важно, особено при трудни стартови условия и по време на претоварване, тъй като с постепенно увеличаване на натоварването на двигателя мощността на неговия вход нараства по-бавно отколкото въртящия момент. Тази характеристика на двигателите с последователно възбуждане е една от причините за тяхното широко приложениекато тягови двигатели в транспорта, както и кранови двигатели в подемни инсталации, т.е. във всички случаи на електрическо задвижване с трудни стартови условия и комбинация от значителни натоварвания на вала на двигателя с ниска скорост.

Номинална промяна на скоростта на двигателя с серийно възбуждане

, (29.16)

където н - скорост на въртене при натоварване на двигателя 25% от номиналното.

Скоростта на въртене на серийно възбуждащите двигатели може да се контролира чрез промяна на двете напрежение U, или магнитния поток на възбудителната намотка. В първия случай, коригиране реостат R rg (фиг. 29.10, а). С увеличаване на съпротивлението на този реостат напрежението на входа на двигателя и честотата на неговото въртене намаляват. Този метод на управление се използва главно в двигатели с малка мощност. В случай на значителна мощност на двигателя, този метод е неикономичен поради големи загуби на енергия в R rg . Освен това, реостат R rg , изчислено върху работния ток на двигателя, се оказва тромаво и скъпо.

Когато няколко двигателя от един и същи тип работят заедно, скоростта на въртене се регулира чрез промяна на схемата на тяхното включване един спрямо друг (фиг. 29.10, b). Така че, когато двигателите са свързани паралелно, всеки от тях е под пълно мрежово напрежение, а когато два двигателя са свързани последователно, всеки двигател отговаря на половината от мрежовото напрежение. При едновременна работа на по-голям брой двигатели са възможни по-голям брой възможности за превключване. Този метод за регулиране на скоростта се използва в електрически локомотиви, където са монтирани няколко еднакви тягови двигатели.

Възможно е да се промени напрежението, подавано към двигателя когато двигателят се захранва от източник на постоянен ток с регулирано напрежение (например съгласно схема, подобна на фиг. 29.6, а). С намаляване на напрежението, подадено към двигателя, неговите механични характеристики се изместват надолу, практически без промяна на тяхната кривина (фиг. 29.11).

Ориз. 29.11. Механични характеристики на двигател с последователно възбуждане с промяна на входното напрежение

Има три начина за регулиране на скоростта на двигателя чрез промяна на магнитния поток: чрез шунтиране на намотката на възбуждане с реостат r rg , разделяне на намотката на възбуждане и шунтиране на намотката на котвата с реостат r w . Включване на реостана r rg , шунтиране на намотката на възбуждане (фиг. 29.10, в), както и намаляването на съпротивлението на този реостат води до намаляване на тока на възбуждане I in \u003d I a - I rg и следователно до увеличаване на скоростта на въртене. Този метод е по-икономичен от предишния (виж Фиг. 29.10, а), се използва по-често и се оценява чрез коефициента на регулиране

.

Обикновено съпротивлението на реостата r rg взети така че krg >= 50% .

При разделяне на намотката на възбуждането (фиг. 29.10, Ж) изключването на част от завъртанията на намотката е придружено от увеличаване на скоростта на въртене. При шунтиране на намотката на котвата с реостат r w (виж фиг. 29.10, в) токът на възбуждане се увеличава I в \u003d I a + I rg , което води до намаляване на скоростта на въртене. Този метод на регулиране, въпреки че осигурява дълбоко регулиране, е неикономичен и се използва много рядко.

Ориз. 29.10. Регулиране на скоростта на въртене на двигатели с последователно възбуждане