0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электрическая схема двигателя постоянного тока независимого возбуждения

11 Схема включения и основные соотношения для двигателей постоянного тока независимого возбуждения

Модуль 2. Электромеханические и регулировочные свойства двигателей постоянного тока независимого возбуждения

2.1 Схема включения и основные соотношения для двигателей постоянного тока независимого возбуждения

Вплоть до последнего времени двигатели постоянного тока являлись основой для регулируемого электропривода различных механизмов. Несмотря на интенсивное внедрение регулируемого электропривода переменного тока в последние годы и тенденцию постепенной замены приводов постоянного тока регулируемым приводом переменного тока, регулируемый электропривод постоянного тока находит широкое применение в промышленности. Поэтому следует рассмотреть основные характеристики и режимы работы двигателей постоянного тока.

Двигатели постоянного тока могут иметь независимое, последовательное и смешанное возбуждение. В зависимости от схемы возбуждения будут различаться и механические характеристики двигателей.

Двигатели независимого возбуждения могут иметь электромагнитное возбуждение и возбуждение от постоянных магнитов. Последнее применяется для высоко динамичных двигателей мощностью до 20 кВт.

Схема включения двигателя независимого возбуждения с электромагнитным возбуждением приведена на рис. 2.1

На рисунке приняты следующие обозначения:

и — токи якоря и обмотки возбуждения;

U и – напряжение на зажимах двигателя и ЭДС двигателя;

Рекомендуемые файлы

и – угловая скорость и момент двигателя;

– дополнительные сопротивления в цепи якоря и обмотки возбуждения.

Rя, Lя – сопротивление и индуктивность обмотки якоря двигателя;

Rв,Lв – сопротивление и индуктивность обмотки возбуждения двигателя.

– полное сопротивление в якорной цепи двигателя;

Rдп,Rко – сопротивления обмотки дополнительных полюсов и компенсационной обмотки.

– напряжения питания обмотки якоря и обмотки возбуждения.

В схеме могут быть два, либо один источник напряжения. В последнем случае обмотка возбуждения подключена параллельно якорю (при U=220В или 440В). Однако, чаще применяют независимое питание обмотки возбуждения двигателя, особенно в схемах, где применяется регулирование скорости изменением напряжения якоря и тока возбуждения двигателя.

Прежде чем представить математическое описание двигателей постоянного тока, принимаем следующие допущения: в машине не проявляется действие реакции якоря, ток возбуждения однозначно определяет магнитный поток Ф (), т.е. магнитная система машины не насыщена, щетки расположены на геометрической нейтрале, т.е. коммутация идеальная и др.

В этом случае можно представить следующие уравнения для установившегося режима работы двигателя:

, (2.1)

, (2.2)

. (2.3)

где– конструктивный коэффициент двигателя постоянного тока;

– индуктивности обмотки якоря и обмотки возбуждения;

– полное сопротивление цепи якоря;

– число проводников и пар параллельных ветвей обмотки якоря;

– число пар полюсов машины постоянного тока.

Момент на валу двигателя отличается от электромагнитного момента из-за наличия механических потерь и потерь в стали. В двигательном режиме момент на валу будет всегда меньше, а в тормозном режиме – больше электромагнитного. Т.к. разность этих моментов составляет примерно 2÷5% от номинального момента, то приблизительно можно считать, что момент на валу двигателя Мв равен электромагнитному моменту Мэм.

Знак вращающего момента зависит от направления тока якоря и магнитного потока. Поэтому для изменения направления вращения (реверсирования) двигателя постоянного тока изменяют направление магнитного потока или тока якоря.

При работе в двигательном режиме в машине происходит преобразование электрической энергии в механическую. Для этого режима имеем:

P1=U·Iя – мощность, потребляемая двигателем из сети;

– потери, выделяемые двигателем в обмотке якоря;

Pэм=Е·Iя – электромагнитная мощность машины.

Электромагнитная мощность – это та часть потребляемой электрической мощности, которая преобразуется в механическую, поэтому можно принять

Последняя, в свою очередь, может быть определена следующим образом

При совпадении направлений момента и скорости вращения машина работает в двигательном режиме и преобразует электрическую энергию в механическую. Если же эти направления не совпадают, то машина работает в генераторном режиме и преобразует механическую энергию, поступаемую с вала машины, в электрическую.

КПД двигателя без учёта потерь на возбуждение и механические потери

Бесплатная лекция: «Послеродовой период» также доступна.

(2.5)

где P-потери в машине могут быть найдены

P= · R=U·Iя-E·Iя

Номинальное значение КПД двигателя может быть найдено по его номинальным величинам

(2.6)

Способы запуска электродвигателя постоянного тока

Хорошие тяговые характеристики электрических машин постоянного тока сделали их неотъемлемым элементом большинства устройств промышленной и бытовой механизации. Но вместе с тем возникает и существенная проблема значительных пусковых токов, в сравнении с асинхронными электродвигателями, работающих на переменном напряжении. Именно поэтому многие специалисты детально изучают способы запуска электродвигателя постоянного тока, прежде чем включить агрегат.

Прямой пуск

Из всех электродвигателей постоянного тока основная градация при выборе способа их запуска должна учитывать мощность устройства.

В целом выделяют три вида пуска:

  • малой мощности;
  • средней;
  • большой мощности.

Для прямого запуска подойдут только маломощные электродвигатели, которые потребляют до 1кВт электроэнергии в сети. При прямых запусках электродвигателя все напряжение сразу подается на рабочую обмотку. Это обуславливает возникновение максимального пускового тока из-за отсутствия естественной компенсации за счет ЭДС противодействия.

С физической точки зрения ситуация в обмотках ротора будет выглядеть следующим образом: в момент подачи напряжения сила тока в обмотках равна нулю, поэтому его значение будет определяться по формуле:

U – приложенная к выводам номинальное напряжение, Rобм – сопротивление катушки.

В этот момент величина токовой нагрузки электродвигателя постоянного тока является максимальной, он может отличаться от номинального значения в 1,5 – 2,5 раза. После этого протекание тока обуславливает генерацию ЭДС противодействия, которая компенсирует пусковую нагрузку до установки номинальной мощности, тогда ток станет:

В мощных устройствах сопротивление обмоток якоря может равняться 1 или 0,5 Ом, из-за чего ток при запуске электродвигателя может достигнуть 200 – 500 А, что в 10 – 50 раз будет превышать допустимые величины. Это, в свою очередь, может привести к термическому отпуску металла, деформации проводников, разрушению колец или щеток скользящего контакта. Поэтому двигатели постоянного тока средней и большой мощности должны вводиться в работу реостатным запуском или путем подачи заведомо пониженного напряжения, прямой пуск для них крайне опасен.

Пуск с помощью пускового реостата

В этом случае в цепь вводится переменное сопротивление, которое на начальном этапе обеспечивает снижение токовой нагрузки, пока вращение ротора не достигнет установленных оборотов. По мере стабилизации ампеража до стандартной величины в реостате уменьшается сопротивление от максимального значения до минимального.

Расчет электрической величины в этом случае будет производиться по формуле:

В лабораторных условиях уменьшение нагрузки может производиться вручную – посредством перемещения ползунка реостата. Однако в промышленности такой метод не получил широкого распространения, так как процесс не согласовывается с токовыми величинами. Поэтому применяется регулировка по току, по ЭДС или по времени, в первом случае задействуется измерение величины в обмотках возбуждения, во втором, на каждую ступень применяется выдержка времени.

Оба метода используются для запуска электродвигателей:

  • с последовательным;
  • с параллельным возбуждением;
  • с независимым возбуждением.

Запуск ДПТ с параллельным возбуждением

Такой запуск электродвигателя осуществляется посредством включения и обмотки возбуждения, и якорной к напряжению питания электросети, друг относительно друга они располагаются параллельно. То есть каждая из обмоток электродвигателя постоянного тока находятся под одинаковой разностью потенциалов. Этот метод запуска обеспечивает жесткий режим работы, используемый в станочном оборудовании. Токовая нагрузка во вспомогательной обмотке при запуске имеет сравнительно меньший ток, чем обмотки статора или ротора.

Читать еще:  Что такое отсечка двигателя на мотоцикле

Для контроля пусковых характеристик сопротивления вводятся в обе цепи:

Рис 1. Запуск ДПТ с параллельным возбуждением

На начальном этапе вращения вала позиции реостата обеспечивают снижение нагрузки на электродвигатель, а затем их обратно выводят в положение нулевого сопротивления. При затяжных запусках выполняется автоматизация и комбинация нескольких ступеней пусковых реостатов или отдельных резисторов, пример такой схемы включения приведен на рисунке ниже:

Рис. 2. Ступенчатый пуск двигателя параллельного возбуждения

  • При подаче напряжения питания на электродвигатель ток, протекающий через рабочие обмотки и обмотку возбуждения, за счет магазина сопротивлений Rпуск1, Rпуск2, Rпуск3 нагрузка ограничивается до минимальной величины.
  • После достижения порогового значения минимума токовой величины происходит последовательное срабатывание реле K1, K2, K3.
  • В результате замыкания контактов реле K1.1 шунтируется первый резистор, рабочая характеристика в цепи питания электродвигателя скачкообразно повышается.
  • Но после снижения ниже установленного предела замыкаются контакты K2.2 и процесс повторяется снова, пока электрическая машина не достигнет номинальной частоты вращения.

Торможение электродвигателя постоянного тока может производиться в обратной последовательности за счет тех же резисторов.

Запуск ДПТ с последовательным возбуждением

На рисунке выше приведена принципиальная схема подключения электродвигателя с последовательным возбуждением. Ее отличительная особенность заключается в последовательном соединении катушки возбуждения Lвозбуждения и непосредственно мотора, переменное сопротивление Rякоря также вводится последовательно.

По цепи обеих катушек протекает одинаковая токовая величина, эта схема обладает хорошими параметрами запуска, поэтому ее часто используют в электрическом транспорте. Такой электродвигатель запрещено включать без усилия на валу, а регулирование частоты осуществляется в соответствии с нагрузкой.

Пуск ДПТ с независимым возбуждением

Подключение электродвигателя в цепь с независимым возбуждением производится путем ее запитки от отдельного источника.

Рис. 4. Запуск ДПТ с независимым возбуждением

На схеме приведен пример независимого подключения, здесь катушка Lвозбуждения и сопротивление в ее цепи Rвозбуждения получают питание отдельно от обмоток двигателя током независимого устройства. Для обмоток двигателя также включается регулировочный реостат Rякоря. При этом способе запуска машина постоянного тока не должна включаться без нагрузки или с минимальным усилием на валу, так как это приведет к нарастанию оборотов и последующей поломке.

Пуск путем изменения питающего напряжения

Одним из вариантов снижения токовой нагрузки при запуске электродвигателя является уменьшение питающего номинала посредством генератора постоянного напряжения или управляемого выпрямителя.

С физической точки зрения установка реостата обеспечивает тот же эффект, но с увеличением мощности электродвигателя возрастает и постоянная токовая нагрузка, существенно повышаются потери на реостатах. Поэтому снижение постоянного напряжения выполняет отдельное устройство на базе микросхемы, пример которого приведен на рисунке ниже:

Рис. 5. Схема пуска с изменением питающего напряжения

Исследование работы системы автоматического управления двигателем постоянного тока с независимым (стр. 2 из 3)

Рисунок 3 – Структурная схема двигателя постоянного тока с числовыми значениями

Зная передаточные функции отдельных элементов, необходимо составить структурную схему всей системы в целом, собрать её в Matlab и определить параметры регуляторов при помощи пакета Nonlinear Control Design (NCD).

Виртуальная лабораторная установка для определения параметров регуляторов показана на рисунке 4.

Данная схема содержит:

1) Пропорционально–интегральный регулятор (ПИ-регулятор), отображаемый параллельно соединенными пропорциональным звеном с коэффициентом пропорциональности kp и интегрирующим звеном с коэффициентом ki;

2) Широтно–импульсный регулятор (PWR);

3) Двигатель постоянного тока, включающий в себя блоки W, kf, Jsum и контур обратной связи с блоком kf1;

4) Контур обратной связи и звено сравнения Sum;

5) Источник входного сигнала в виде единичного скачка (Step);

6) NCD-блок типа NCD Output, подключенный к выходу системы.

Рисунок 4 – Модель системы для определения параметров ПИ-регулятора.

В данном случае контролируемым сигналом является реакция системы на единичный скачок, то есть ее переходная функция. Оптимизируемыми параметрами являются коэффициенты kp, ki, а ограничения, накладываемые на переходную функцию, были сформированы в задании к курсовой работе.

Для оптимизации параметров регулятора необходимо воспользоваться блоком Signal Constraint. В графической части окна этого блока показаны границы контролируемого сигнала. Для изменения границ сигнала необходимо переместить вертикальные и горизонтальные линии ограничений до положений, соответствующих заданным требованиям.

После настройки ограничений сигнала и указания переменных, подлежащих оптимизации можно приступать к процессу поиска нужных значений коэффициентов регулятора.

Результат работы блока Signal Constraint представлен на рисунке 5:

Рисунок 5 – Показания блока Signal Constraint

Для достижения необходимого качества переходного процесса параметры Kp, Ki должны быть следующими:

Рисунок 6 – Реакция оптимизированной системы управления на единичный ступенчатый сигнал

На рисунке 7 представлена полная структурная схема системы управления двигателем постоянного тока независимого возбуждения.

Рисунок 7 – Структурная схема системы управления двигателем постоянного тока независимого возбуждения.

Данная схема содержит:

1) Пропорционально–интегральный регулятор (ПИ-регулятор), отображаемый параллельно соединенными пропорциональным звеном с коэффициентом пропорциональности kp = 0.1213 и интегрирующим звеном с коэффициентом ki = 1.31.

2) Нелинейный блок ограничения Saturation.

3) Широтно–импульсный регулятор (PWR).

4) Двигатель постоянного тока, включающий в себя блоки W, kf, Jsum и контур обратной связи с блоком kf1.

5) Контур обратной связи и звено сравнения Sum.

6) Блок элементов, реализующий изменение скорости вращения двигателя постоянного тока, который является входным сигналом системы, по следующему закону

7) Источник момента нагрузки Mn задается константой, так как не должен меняться во время работы схемы.

Работа модели системы управления по структурной схеме представлена на рисунках 8 – 10:

Рисунок 8 – Временная зависимость заданной и текущей скорости вращения w(t).

Рисунок 9 – Временная зависимость Ia(t).

Рисунок 10 – Временная зависимость Мдв(t)

После исследования схемы по полученным графикам, можно сказать, что система автоматического управления соответствует всем заданным требованиям: максимальное перерегулирование менее 5%, время переходного процесса составляет 2,8 секунды, что не превышает заданных 3 секунд. Моделирование данной системы автоматического управления при помощи её структурной схемы дает нам представление лишь об идеальной работе нашей автоматизированной системы без каких-либо погрешностей, которые могут проявляться при ее реальной работе. Поэтому для более полного представления о работе нашей системы соберем модель её электрической схемы.

В соответствии со структурной схемой системы управления (рисунок 1) сигнал с выхода регулятора должен поступать на ШИП, который включает в себя: источник постоянного напряжения, силовой полупроводниковый ключ (Mosfet транзистор), обратный диод и схему управления силовым ключом. Для управления силовым транзистором необходимо получить последовательность импульсов регулируемой длительности. Для этого сигнал управления, сформированный регулятором, должен сравниваться с сигналом генератора пилообразного напряжения.

Силовое напряжение, сформированное ШИП, должно поступать на якорную обмотку двигателя постоянного тока независимого возбуждения.

Читать еще:  Глохнет на холостом ходу двигатель горит чек

Так как по заданию необходимо обеспечить изменение скорости вращения двигателя постоянного тока по следующему закону

Виртуальная лабораторная установка электрической схемы системы управления показана на рисунке 11:

Рисунок 11 – Электрическая схема системы управления двигателем постоянного тока независимого возбуждения

Данная схема содержит:

1) Блок элементов, реализующий функцию изменения скорости вращения двигателя постоянного тока.

2) Пропорционально–интегральный регулятор (ПИ-регулятор), отображаемый параллельно соединенными пропорциональным звеном с коэффициентом пропорциональности kp = 0.1213, интегрирующим звеном с коэффициентом ki = 1.31.

3) Генератор пилообразного напряжения (Repeating Sequence).

4) Релейный элемент (Relay).

5) Силовой транзисторный модуль на MOSFET – транзистор с обратным диодом (Mosfet).

6) Обратный диод (Diode).

7) Двигатель постоянного тока (DC Machine).

8) Источники постоянного напряжения цепи якоря (460V) и цепи возбуждения (230V).

9) Источник для задания момента нагрузки Мн задается константой, так как не должен меняться во время работы схемы.

10) Блоки для наблюдения (измерения) мгновенных значений угловой скорости ротора (w), тока якорной цепи (Ia), тока цепи возбуждения (If), развиваемого двигателем электромагнитного момента Мдв (обозначенного на модели как Te).

11) Блок Demux для разделения сигналов.

Окно настройки параметров силового полупроводникового модуля (Mosfet) показано на рисунке 12.

В полях настойки заданы:

1) Динамическое сопротивление полупроводникового транзистора в открытом состоянии в Омах (Ron, Ohms).

2) Индуктивность транзистора в открытом состоянии в Генри (Lоn, Н).

3) Сопротивление обратного диода в открытом состоянии в Омах (Rd, Ohms).

4) Начальный ток в модуле (Ic).

5) Параметры демпфирующих цепей (Snubber resistance Rs, Snubber capacitance Cs).

Рисунок 12 – Окно настройки параметров силового модуля.

Окно настройки параметров генератора пилообразного напряжения показано на рисунке 13.

В полях настойки заданы:

1) Диапазон изменения времени (период пилообразного напряжения ТГПН = 0,04 с).

2) Диапазон изменения выходного сигнала за период (амплитуда выходного сигнала UГПН = 10 В).

Рисунок 13 – Окно настройки параметров генератора пилообразного напряжения.

Окно настройки параметров двигателя постоянного тока показано на рисунке 14.

В полях настойки заданы:

1) Сопротивления и индуктивность якорной цепи (Ra, La).

2) Сопротивления и индуктивность цепи возбуждения (Rf, Lf).

3) Взаимная индуктивность обмоток якоря и возбуждения (Laf).

4) Момент инерции (J).

5) Коэффициент вязкого трения (Bm).

6) Момент сухого трения (Tf).

7) Начальная скорость (Initial speed).

Рисунок 14 – Окно настройки параметров двигателя постоянного тока

Результат работы электрической модели нашей системы автоматического управления двигателем постоянного тока независимого возбуждения показан на рисунках 15 – 17. Момент нагрузки двигателя постоянен и не изменяется во время работы схемы.

Достоинства и недостатки

Достоинства:

  • простота устройства и управления;
  • практически линейные механическая и регулировочная характеристики двигателя;
  • легко регулировать частоту вращения;
  • хорошие пусковые свойства (большой пусковой момент);
  • компактнее других двигателей (если использовать сильные постоянные магниты в статоре);
  • так как ДПТ являются обратимыми машинами, появляется возможность использования их как в двигательном, так и в генераторном режимах.

Недостатки :

  • дороговизна изготовления;
  • необходимость профилактического обслуживания коллекторно-щёточных узлов;
  • ограниченный срок службы из-за износа коллектора.

(Последние два недостатка на современном этапе развития ДПТ почти не ощутимы).

Классификация двигателей.Свойства двигателей постоянного тока как генераторов в основном определяются способом питания обмотки возбуждения. В связи с этим различают двигатели с параллельным, независимым, последовательным и смешанным возбуждением. Схемы включения двигателей отличаются от схем включения соответствующих генераторов только наличием пускового реостата, который вводится для ограничения тока при пуске.

Обратимость электрической машины.Машина постоянного тока с независимым или параллельным возбуждением, подключенная к сети с постоянным напряжением, может работать как в генераторном, так и в двигательном режиме и переходить из одного режима работы в другой.

Для контура «обмотка якоря — сеть», согласно второму закону Кирхгофа,

EU = Σ ,

= (EU)/Σ .

Если Е > U, то ток Iа совпадает по направлению с ЭДС Е, и машина работает в генераторном режиме (рис. 8.58, а). При этом электромагнитный момент М противоположен направлению вращения п, т. е. является тормозным. Уравнение (8.79) для генераторного режима имеет вид

U = E — Iа Σ .

U = E + Iа Σ,

если за положительное направление тока Iа для двигательного режима принять его направление, встречное с ЭДС Е.

Таким образом, генераторы с независимым и параллельным возбуждением, подключенные к сети с напряжением U, автоматически переходят в двигательный режим, если их ЭДС Е меньше напряжения сети U. Эти двигатели автоматически переходят в генераторный режим, когда их ЭДС Е больше U. (8.83) (8.84)

При работе машины постоянного тока в двигательном режиме ЭДС Е и вращающий момент М определяются теми же формулами, что и в генераторном режиме:

Е = сеФп;
М = сМФ ,

но момент имеет противоположное направление. Из (8.83) и (8.82) можно получить формулу для определения частоты вращения

п = Е/(се Ф) = (U Σ )/(се Ф).

Двигатель с параллельным возбуждением. В этом двигателе (рис. 8.59, а) обмотка возбуждения подключена параллельно с обмоткой якоря к сети. В цепь обмотки возбуждения включен регулировочный реостат Rр.в., а в цепь якоря — пусковой реостат Rп . Характерной особенностью двигателя является то, что его ток возбуждения Iв не зависит от тока якоря Iа (тока нагрузки), так как питание обмотки возбуждения по существу независимое. Следовательно, пренебрегая размагничивающим действием реакции якоря, можно приближенно считать, что и поток двигателя не зависит от нагрузки. При этом условии согласно (8.84) и (8.85) получаем, что зависимости М = f(Ia ) и n = f(Ia) (моментная и скоростная характеристики) линейные (рис. 8.59,б). Следовательно, линейна и механическая характеристика двигателя n = f(M) (рис. 8.60, а).

Если в цепь якоря включен добавочный резистор или реостат Rп , то

п = [U + Rп )]/(сеФ) = п0 — Δn,

Рис. 8.59. Схема двигателя с параллельным возбуждением и его моментная и скоростная характеристики
Рис. 8.60. Механические и рабочие характеристики двигателя с параллельным возбуждением

где n0 = U/(сеФ) — частота вращения при холостом ходе; Δп = (ΣRа + Rп )Iа /(сеФ) — снижение частоты, обусловленное суммарным падением напряжения во всех сопротивлениях, включенных в цепь якоря двигателя.

Величина Δп , зависящая от суммы сопротивлений ΣRа + Rп , определяет наклон скоростной n = f(Ia) и механической n = f(M) характеристик к оси абсцисс. При отсутствии в цепи якоря добавочного сопротивления Rп указанные характеристики жесткие (естественные характеристики 1 на рис. 8.59,б и 8.60,а), так как падение напряжения Iа ΣRа в обмотках машины, включенных в цепь якоря, при номинальной нагрузке составляет лишь 3 — 5% от Uном. При включении добавочного реостата угол наклона этих характеристик возрастает, вследствие чего образуется семейство реостатных характеристик 2, 3, 4, соответствующих различным сопротивлениям реостата Rпl. Rп2 и Rп3. Чем больше сопротивление Rп , тем больший угол наклона имеет реостатная характеристика, т. е. тем она мягче.

Читать еще:  Как установить защита двигателя polo

Реакция якоря, уменьшая несколько поток машины Ф при нагрузке, стремится придать естественной механической характеристике отрицательный угол наклона, при котором частота вращения n возрастает с увеличением момента М. Однако двигатель с такой характеристикой в большинстве электроприводов устойчиво работать не может. Поэтому современные двигатели большой и средней мощностей с параллельным возбуждением часто имеют небольшую последовательную обмотку возбуждения, которая придает механической характеристике необходимый наклон. МДС этой обмотки при токе Iном составляет около 10% от МДС параллельной обмотки.

Регулировочный реостат Rp.в позволяет изменять ток возбуждения двигателя Iв и его магнитный поток Ф. Как следует из (8.86), при этом изменяется и частота вращения n. В цепь обмотки возбуждения выключатели и предохранители не устанавливают, так как при разрыве этой цепи и небольшой нагрузке на валу частота вращения двигателя резко возрастает (двигатель идет в «разнос»). При этом сильно увеличивается ток якоря и может возникнуть круговой огонь.

Рабочие характеристики рассматриваемого двигателя (рис. 8.60,б) представляют собой зависимости потребляемой мощности Р1 тока Ia ≈ Iн частоты вращения n, момента М и КПД η от отдаваемой мощности Р2 на валу двигателя при U = const и Iв = const. Характеристики n = f(P2) и М = f(P2) являются линейными, а зависимости Р1 = f(P2), Ia = f(P2) и η = f(P2) имеют характер, общий для всех электрических машин. Иногда рабочие характеристики строят в зависимости от тока якоря Ia.

Если в двигателе обмотка якоря и обмотка возбуждения подключены к источникам питания с различными напряжениями, то его называют двигателем с независимым возбуждением. Такие двигатели применяют в электрических приводах, у которых питание обмотки якоря осуществляется от генератора или полупроводникового преобразователя. Механические и рабочие характеристики двигателя с независимым возбуждением аналогичны характеристикам двигателя с параллельным возбуждением, так как у них ток возбуждения Iв также не зависит от тока якоря Ia .

Рис. 8.61. Схема двигателя с последовательным возбуждением и его моментная и скоростная характеристики

Двигатель с последовательным возбуждением. В этом двигателе (рис. 8.61, а) ток возбуждения Iв = Ia, поэтому магнитный поток Ф является некоторой функцией тока якоря Ia. Характер этой функции изменяется в зависимости от нагрузки двигателя. При Ia Iном ) можно считать, что Ф ≈ const. В соответствии с этим изменяются в зависимости n = f(Ia) и М = f(Ia).

При Ia Iном скоростная характеристика становится линейной, так как частота вращения

n =U — Ia ∑Ra=UIa ∑Ra= C’1U — C’2Ia
ceФceФce Ф

где С‘1 и С‘2 — постоянные.

Аналогично можно получить зависимость электромагнитного момента от тока якоря М = f(Ia). При Ia Iном моментная характеристика линейная, так как

М = сМФIa = C’3,

где C’3 — постоянная. Механические характеристики n = f(М) (рис. 8.62, а) можно построить на основании зависимостей n = f(Ia) и М = f(Ia). При Ia Iном зависимость n = f(М) становится линейной.

Рис. 8.62. Механические и рабочие характеристики двигателя с последовательным возбуждением

Включая в цепь якоря пусковые реостаты с сопротивлениями Rп1, Rп2 и Rп3 кроме естественной характеристики 1 можно получить семейство реостатных характеристик 2, 3 и 4, причем, чем больше Rп , тем ниже располагается характеристика.

Рабочие характеристики двигателя с последовательным возбуждением приведены на рис. 8.62, б. Зависимости n = f(Р2) М = f(Р2) являются нелинейными; зависимости P1 = f(Р2), Iа = f(Р2) и η = f(Р2) имеют примерно такой же характер, как и у двигателя с параллельным возбуждением.

Из рассмотрения рис. 8.62, а следует, что механические характеристики рассматриваемого двигателя (естественная и реостатные) являются мягкими и имеют гиперболический характер. При малых нагрузках частота вращения и резко возрастает и может превысить максимально допустимое значение (двигатель идет в «разнос»). Поэтому такие двигатели нельзя применять для привода механизмов, работающих в режиме холостого хода или при небольшой нагрузке (различные станки, транспортеры и пр.). Обычно минимально допустимая нагрузка составляет (0,2 ÷ 0,25) Iном ; только двигатели малой мощности (десятки ватт) используют для работы в устройствах, где возможен холостой ход. Чтобы предотвратить возможность работы двигателя без нагрузки, его соединяют с приводным механизмом жестко (зубчатой передачей или глухой муфтой); применение ременной передачи или фрикционной муфты для включения недопустимо.

Несмотря на указанный недостаток, двигатели с последовательным возбуждением широко применяют в различных электрических приводах, особенно там, где имеется изменение нагрузочного момента в широких пределах и тяжелые условия пуска (грузоподъемные и поворотные механизмы, тяговый привод и пр.). Это объясняется тем, что мягкая характеристика рассматриваемого двигателя более благоприятна для указанных условий работы, чем жесткая характеристика двигателя с параллельным возбуждением. При жесткой характеристике частота вращения п почти не зависит от момента М, поэтому мощность

Р2 = Мω = 2π/60 = С5М,

где С5 — постоянная.

При мягкой характеристике двигателя с последовательным возбуждением частота вращения и обратно пропорциональна √М, вследствие чего

Р2 = Мω = 2π/60 = С’5√М,

где С5 — постоянная.

Поэтому при изменении нагрузочного момента в широких пределах мощность Р2, а следовательно, мощность Р1 и ток у двигателей с последовательным возбуждением изменяются в меньших пределах, чем у двигателей с параллельным возбуждением; кроме того, они лучше переносят перегрузки. Например, при заданной кратности перегрузки по моменту М/Мном = kм ток якоря в двигателе с параллельным возбуждением увеличивается в kм раз, а в двигателе с последовательным возбуждением — только в √kм раз. Поэтому двигатель с последовательным возбуждением развивает больший пусковой момент, так как при заданной кратности пускового тока Iп/Iном = ki пусковой момент его Мп = ki2Мном , а у двигателя с параллельным возбуждением Мп = kiМном .

Указанные преимущества двигателей с последовательным возбуждением наиболее четко проявляются в простых приводах, не имеющих систем автоматического управления. При наличии таких систем предпочтение всегда отдается двигателям с параллельным или независимым возбуждением, у. которых с помощью регуляторов тока возбуждения можно получить требуемую форму механической характеристики, например гиперболическую.

Двигатель со смешанным возбуждением. В этом двигателе (рис. 8.63, а) магнитный поток Ф создается в результате совместного действия двух обмоток возбуждения — параллельной и последовательной. Поэтому его механические характеристики (рис. 8.63,б, кривые 3 и 4) располагаются между характеристиками двигателей с параллельным (прямая 1) и последовательным (кривая 2) возбуждением. В зависимости от соотношения МДС параллельной и последовательной обмоток при

Рис. 8.63. Схема двигателя со смешанным возбуждением и его механические характеристики

номинальном режиме можно приблизить характеристики двигателя со смешанным возбуждением к характеристике 1 (при малой МДС последовательной обмотки) или к характеристике 2 (при малой МДС параллельной обмотки). Одним из достоинств двигателя со смешанным возбуждением является то, что он, обладая мягкой механической характеристикой, может работать при холостом ходе, так как его частота вращения n0 имеет конечное значение

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.006 с) .

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector