Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением

Это такой двигатель, у которого Ш1-Ш2 включается параллельно с обмоткой якоря (рис. 12). Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением

Это такой двигатель, у которого сериесная обмотка возбуждения С1-С2 включается последовательно с обмоткой якоря (рис. 13).

Двигатель постоянного тока смешанного возбуждения

Это двигатель, который имеет две обмотки возбуждения (рис. 14):

1) ОВ1 – сериесная обмотка возбуждения, которая включается последовательно с обмоткой якоря;

2) ОВ2 – шунтовая обмотка возбуждения (параллельная), которая параллельно включается с обмоткой якоря;

 

Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением

В этом двигателе обмотка возбуждения непосредственно подключается к питающей сети и можно считать, что питание этой обмотки возбуждения является независимым, что является характерной особенностью данного двигателя.

Если пренебрегать размагничивающим действием реакции якоря, то можно считать, что магнитный поток остается неизменным и не зависит от тока нагрузки.

 

Для двигателя постоянного тока можно записать уравнение

𝐸_𝑎 = 𝐶_𝐸 Ф 𝑛

𝐸_𝑎 = 𝐶_𝑀ФΩ

𝑀 = 𝐶_𝑀Ф 𝐼_𝑎

𝑈 = 𝐸_𝑎 + 𝐼_𝑎∑𝑅_𝑎

(119)

Используя уравнения, получим 𝑈 = 𝐶_𝐸 Ф 𝑛 + 𝐼_𝑎∑𝑅_𝑎, 𝑛 = 𝑈l RY6Z9SO/07CNlZISDhkaqGPsMq1DWZPDMPMdsXgH3zuMcvaVtj2OUu5afZskC+2wYVmosaN1TeVx e3IGXkccV3fp87A5Htbnr9392+cmJWOur6bVE6hIU/wLww++oEMhTHt/YhtUa0Aeib8q3uJxDmov mTnoItf/0YtvAAAA//8DAFBLAQItABQABgAIAAAAIQC2gziS/gAAAOEBAAATAAAAAAAAAAAAAAAA AAAAAABbQ29udGVudF9UeXBlc10ueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADj9If/WAAAAlAEAAAsAAAAA AAAAAAAAAAAALwEAAF9yZWxzLy5yZWxzUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAEfnBet5AgAAUwYAAA4AAAAA AAAAAAAAAAAALgIAAGRycy9lMm9Eb2MueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhABLIM0vaAAAAAgEAAA8A AAAAAAAAAAAAAAAA0wQAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbFBLBQYAAAAABAAEAPMAAADaBQAAAAA= "> −_𝐶𝐼𝐸^𝑎_Ф^∑𝑅𝑎 (120) – основное уравнения частоты вращения якоря двигателя постоянного тока.

Так как пренебрегая размагничивающим действиям реакции якоря, то на основании уравнения момента и (120) получим:

1) Моментную характеристику М=f(Ia);

2) Скоростную характеристику n=f(Ia);

Как видно из этих уравнений, эти зависимости носят линейный характер (рис. 4.100 методичка).

Рис. 4.100

Так как данные характеристики носят линейный характер, то на их основании можно получить для двигателя постоянного тока важную характеристику, которая получила название механической характеристики n=f(M) (рис. 4.101 методичка).

 

𝑈

−

𝐼

𝑎

(

∑

𝑅

𝑎

+

𝑅

доб

)

=

𝑈

−

𝐼

𝑎

(

∑

𝑅

+

𝑅

доб

)

=

𝑛

Если включить в цепь якоря добавочные сопротивления, то тогда основное уравнение для частоты вращения якоря будет иметь вид 𝑛 = 𝐶_𝐸Ф 𝐶_𝐸Ф 𝐶^𝑎_𝐸Ф ₀ − ∆𝑛 (121). Где n0 – частота вращения якоря в режиме холостого хода. ∆n – снижение частоты вращения якоря, обусловленное суммарным падением напряжения во всех сопротивлениях включенных в цепь якоря двигателя постоянного тока. ∆n, которое зависит от сопротивления цепи якоря и добавочного сопротивления определяет наклон механической характеристики. Если Rдоб равно нулю, то механическая характеристика имеет вид (кривая 1, рис. 4.101 методичка), получила названия природной механической характеристики. Если включить в цепь якоря добавочное сопротивление, то наклон данной характеристики увеличивается, а значит увеличивается снижение частоты вращения якоря. Это семейство характеристик получило название искусственных (реостатных) механических характеристик.

Для простоты, в начале пренебрегали размагничивающим действием реакции якоря, однако в действительности действием реакции якоря пренебрегать нельзя. Действие реакции якоря приводит к тому, что магнитная система двигателя размагничивается, а это значит, что результирующий магнитный поток уменьшается, а так как частота вращения обратно пропорционально потоку, то частота вращения увеличивается. Такая механическая характеристика для электропроводов непригодна.

Для того чтобы устранить этот недостаток, последовательно с обмоткой якоря включают маловитковую обмотку, МДС которого и обеспечивает требуемый наклон механической характеристики двигателя. МДС последовательной обмотки возбуждения составляет для двигателей постоянного тока примерно 10% от МДС параллельной обмотки возбуждения.

Рассматривая двигатель постоянного тока, необходимо отметить, что обязательно следить, чтобы:

1) В цепи обмотки возбуждения не было обрыва;

2) Нельзя включать в цепь возбуждения предохранители и выключатели. Потому что при выходе из строя этих элементов имеет место обрыв цепи возбуждения. Поток резко ослабевает и становится примерно равным остаточному потоку. А частота резко растет. Говорят, «двигатель пошел в разнос». При этом, кроме того резко возрастает ток в обмотке якоря и существенно увеличивается искрение под щетками на коллекторе, что может привести к явлению, которое получила название «круговой огонь».

Рабочие характеристики двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

К рабочим характеристикам двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением относится следующая зависимость n, P1, Ia, M2, КПД от f(P2) при условии U=const.

n=f(P2)

На вид данной характеристики влияют факторы, которые отмечены ранее. Данная зависимость носит жесткий характер. Снижение частоты вращения небольшое (5-15%).

M2=f(P2)

𝑘𝑃²

Так как частота вращения якоря изменяется не очень сильно 𝑀₂ = _𝑛 (122), то можно считать, что момент пропорционально равен полезной мощности и данная характеристика примерно носит линейный характер. В действительности из-за снижения частоты вращения якоря, данная характеристика несколько прогибается к оси абсцисс.

P1=f(P2)

Потребляемая мощность 𝑃₁ = 𝑈_н𝐼_н ≈ 𝑈_н𝐼_𝑎~𝐼_𝑎 (123), с увеличением нагрузки при неизменном напряжении, пропорциональна току нагрузки, а это значит, что увеличивая на валу двигателя увеличивается потребляемый ток и потребляемая мощность, что видно из (рис. 4.97 методичка). Кроме того, вся потребляемая мощность в двигателе постоянного тока расходуется на покрытие суммарных потерь и на полезную мощность, которая отдается рабочему механизму для совершения им работы 𝑃₁ = 𝑃₂ + ∑𝑃 (124). Как видно из рисунка, в режиме холостого хода Р2=0, мощность Р1 и ток Ia не равны нулю.

Мощность холостого хода расходуется на покрытие электрических потерь в обмотке якоря, механических потерь и магнитных потерь 𝑃₁ = 𝑃₁₀ = 𝑃_эло + Р_мех + Р_мг (125).

КПД=f(P2)

Данная зависимость имеет вид, который присущ для всех электрических машин и объясняется точно так же, как для синхронных машин, асинхронных машин.

В режиме холостого хода (Р2=0) КПД двигателя также равно нулю, так как на его валу отсутствует полезная мощность.

 

В двигателе постоянного тока есть два ид потерь:

1) Постоянные потери;

2) Переменные потери;

Постоянные потери не зависят от нагрузки и к ним относятся механические и магнитные.

Переменные потери — это электрические потери, которые зависят от нагрузки, точнее от квадрата нагрузки. При увеличении нагрузки на валу двигателя КПД резко возрастает, что связано с небольшой величиной переменных потерь. При некоторой нагрузке КПД достигает максимального значения, это возможно, когда постоянные потери равны переменным, это есть условие максимума КПД.

При дальнейшем увеличении нагрузки КПД снижается, это связано с тем, что переменные потери пропорциональные квадрату нагрузки растут быстрее, чем полезная мощность, которая пропорционально нагрузке в первой степени.

Двигатель постоянного тока смешанного возбуждения Данный двигатель имеет две обмотки возбуждения:

1) Параллельная;

2) Последовательная;

Если отключить последовательную обмотку возбуждения, то можно получить механическую характеристику двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением (рис. 4.95, кривая 1, методичка).

Если отключить параллельную обмотку, то получим двигатель с последовательным возбуждением, для такого двигателя можно получить механическую характеристику (кривая 2).

Подбирая числа витков последовательной обмотки возбуждения, можно обеспечить такое соотношение между МДС параллельной и последовательной обмоток возбуждения, что получит механические характеристики двигателя постоянного тока смешанного возбуждения, которые приближаются, либо к механической характеристике двигателя с параллельным возбуждением (кривая 3), либо к механической характеристике двигателя с последовательным возбуждением (кривая 4).

Если сравнить механические характеристики двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением (кривая 2) и механической характеристикой двигателя постоянного тока смешанного возбуждения (кривая 4), то видно, что двигатель смешанного возбуждения может работать в режиме холостого хода с некоторой конечной частотой вращения, а в двигателе с последовательным возбуждением в режиме холостого хода, частота вращения резко возрастает.

Для того чтобы двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением выполнял свои функции, на его валу обязательно должна быть создана определенная нагрузка, которая составляет примерно 20-25% от номинальной нагрузки двигателя.