Arskama.ru

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

Электромеханическая характеристика двигателя параллельного возбуждения

Электромеханические свойства двигателей постоянного тока

Двигатели постоянного тока с плавным регулированием частоты вращения находят применение в приводах различных машин, станков и установок. Наряду с широким пределом регулирования частоты вращения они дают возможность получать механические характеристики различной (требуемой) жесткости.

Из курса электротехники известно, что уравнение механической характеристики [ n =f(M) ] можно записать в виде

где коэффициенты Се и См зависят от конструктивных данных двигателя; U — напряжение сети; Ф — магнитный поток двигателя; R — сопротивление цепи якоря.

Формула показывает, что если U, R и Ф постоянны, механическая характеристика двигателя параллельного возбуждения представляет прямую линию (рис.). Если в цепи якоря нет сопротивлений, то механическая характеристика естественная (прямая 1, рис.а). Точка А соответствует номинальной частоте вращения n н, а n o называют частотой идеального холостого хода. Жесткость характеристики определяется сопротивлением двигателя R’, куда входит сопротивление обмотки якоря, дополнительных полюсов, компенсационной обмотки, щеток. Влияние сопротивления в цепи якоря на характеристику иллюстрируется прямыми 2 и 3 (см. рис.а).

Рис. 1. Механические характеристики двигателей постоянного тока: а — при изменении сопротивления в цепи ротора, б — при изменении напряжения в цепи якоря двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, в — при регулировании частоты вращения шунтированием обмотки возбуждения двигателя с последовательным возбуждением, г — при различных режимах торможения.

Формула позволяет оценить влияние напряжения U и потока Ф. При изменении U механическая характеристика двигателя с независимым возбуждением смещается параллельно естественной (рис.б); частота вращения холостого хода при постоянных R и U изменяется обратно пропорционально потоку.

Из формулы при n = 0 имеем

т. е. пусковой момент пропорционален потоку.

Таким образом, частота вращения двигателя может регулироваться изменением магнитного потока, напряжения, подводимого к обмотке якоря, введением сопротивлений в цепь якоря.

Регулирование частоты вращения двигателя изменением Ф применяют довольно часто, так как регулирование происходит плавно, без больших потерь энергии, поддается автоматизации. Диапазон регулирования в сторону увеличения частоты вращения не превышает 1:4, его можно расширить введением небольшой стабилизирующей обмотки последовательного возбуждения наряду с обмоткой дополнительных полюсов.

Регулирование частоты вращения изменением напряжения, подаваемого в цепь якоря двигателя, широко используют у двигателя независимого возбуждения (рис.б). В настоящее время выпускают двигатели с диапазоном регулирования до 1:8, диапазон увеличивается при применении тиристорных преобразователей.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Ранее на эту тему: Электропривод

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Характеристики и режимы при последовательном возбуждении

В электроприводах постоянного тока иногда используются двигатели с последовательным возбуждением, когда специально выполненная обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря — рис. 6

Рис. 6. Схема двигателя постоянного тока последовательного

Для двигателя последовательного возбуждения, как и для других двигателей постоянного тока при питании якоря от источника напряжения ( U=const ), справедливы уравнения (4) и (5), однако, если для двигателя независимого возбуждения поток не зависит от тока нагрузки, то для двигателя последовательного возбуждения поток является функцией тока нагрузки.

Зависимость Ф = j (I) — характеристика намагничивания — не имеет простого аналитического выражения, ее примерный вид изображен на рис. 7.

Рис. 7. Характеристика намагничивания машины постоянного тока

В первом приближении зависимость между скоростью двигателя и развиваемым им моментом в установившемся режиме можно найти в предположении, что поток возбуждения и ток в якоре двигателя связаны между собой линейной зависимостью (пунктир на рис. 7):

.

,

.

Таким образом, при сделанном допущении механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения изображается гиперболой (рис. 8); одной из ее асимптот является ось ординат, а другой — прямая, параллельная оси абсцисс,

.

Рис. 8. Механическая характеристика двигателя последовательного

Жесткость механической характеристики двигателя последовательного возбуждения переменна и возрастает с увеличением нагрузки.

Полученные уравнения дают лишь общее представление о характеристиках электропривода с двигателем последовательного возбуждения, так как в действительности магнитная система машины насыщена и кривая намагничивания весьма далека от прямой. Поэтому в практических целях обычно пользуются универсальными характеристиками для серии машин — рис. 9, построенными в относительных величинах и , I н и М н — номинальные величины двигателя, R доп = 0.

Рис. 9. Характеристики двигателя последовательного возбуждения в

Электропривод с двигателями последовательного возбуждения в нормальной схеме ( U=const ) может работать в тех же энергетических режимах, что и привод с двигателями независимого возбуждения, за исключением режима идеального холостого хода и генераторного режима параллельно с сетью (рекуперативное торможение), поскольку при нагрузке, стремящейся к нулю, к нулю стремится и магнитный поток, ось — асимптота механической характеристики.

Читать еще:  Холостой ход двигателя к20а

Некоторые особенности при последовательном возбуждении имеет режим динамического торможения.

Если якорь вращающейся машины отключить от источника напряжения и замкнуть на внешний резистор (рис. 10, схема слева), то под действием потока остаточного магнетизма ( Ф ост на рис. 7) в проводниках якоря возникает некоторая ЭДС Е ост , которая вызовет в замкнутой цепи ток. Этот ток, протекая по обмотке возбуждения в обратном против исходного направления размагнитит машину ( Ф = 0) и тормозного момента создано не будет.

Рис. 10. К режиму динамического торможения с самовозбуждением

Для того, чтобы получить тормозной момент, ток, созданный Е ост , должен протекать в том же, что и раньше, направлении, усиливая магнитный поток, т.е. создавая самовозбуждение. Это условие выполнится, если при переходе на режим торможения переключить обмотку возбуждения как показано на рис. 10, схема справа.

Ток, создаваемый увеличивающейся ЭДС, изменит знак, момент будет направлен против движения, т.е. станет тормозным.

Работа машины постоянного тока с самовозбуждением возможна лишь при определенных условиях, а именно при таких значениях скорости и сопротивления R цепи якоря, чтобы имело место равенство

Существованию этого равенства отвечает наличие точки пересечения кривых (при данной скорости) и прямой IR = f(I) — рис. 11. Очевидно, что чем больше R , тем при большей скорости произойдет самовозбуждение машины.

Рис. 11. Характеристики динамического торможения с

Наименьшая скорость, при которой машина может самовозбуждаться, будет при R доб = 0, то есть при замкнутой накоротко якорной цепи машины.

Построение механической характеристики в режиме динамического торможения при самовозбуждении можно произвести, исходя из уравнения баланса мощностей.

Мощность, развиваемая двигателем в режиме динамического торможения, целиком рассеивается в сопротивлениях якорного контура, то есть

. (12)

Зная R и задаваясь током I , по универсальной характеристике определяют соответствующий этому току момент М , вычисляют скорость и т.д. Характер зависимой в тормозном режиме при самовозбуждении изображен на рис. 11,б.

В электроприводах постоянного тока иногда используются двигатели смешанного возбуждения, имеющие две обмотки возбуждения, одна из которых включена последовательно в якорную цепь, а другая имеет независимое питание.

Двигатели последовательного возбуждения могут получать питание не только от источника напряжения, что было рассмотрено выше, но и от источника тока. Поскольку при этом магнитный поток будет неизменным, сохраняются и основные свойства электропривода, рассмотренные ранее.

Двигатели параллельного возбуждения

Схема двигателя.

Схема двигателя параллельного возбуждения изображена на рис. 1.25. Обмотка якоря и обмотка возбуждения включены параллельно. В этой схеме: I – ток, потребляемый двигателем из сети, Iя – ток якоря, Iв – ток возбуждения. Из первого закона Кирхгофа следует, что I = Iя + Iв.

Естественная механическая характеристика. Естественная механическая характеристика описывается формулой (1.6).

При холостом ходе М = 0 и nх = U/СЕФ.

Если Ф = const, то уравнение механической характеристики принимает вид:

Из (1.8) следует, что механическая характеристика (рис. 1.26, прямая 1) – прямая с углом наклона a и угловым коэффициентом b. Так как у двигателей постоянного тока Rя мало, то с увеличением нагрузки на валу частота вращения n изменяется незначительно – характеристики подобного типа называются «жесткими».

Ток, потребляемый двигателем из сети, практически растет пропорционально моменту нагрузки. Действительно, М » Мэм = См Iя Ф, и так как у двигателя параллельного возбуждения Ф = const, то Iя

Регулирование частоты вращения.

Регулирование частоты вращения возможно из (1.6) тремя способами: изменением магнитного потока главных полюсов Ф, изменением сопротивления цепи якоря Rя и изменением подводимого к цепи якоря напряжения U (изменение n за счет изменения момента нагрузки М в понятие регулирования не входит).

Регулирование n изменением магнитного потока Ф осуществляется с помощью регулировочного реостата Rр. При увеличении сопротивления реостата ток возбуждения Iв и магнитный поток главных полюсов Ф уменьшаются. Это приводит, во-первых, к увеличению частоты вращения холостого хода nх и, во-вторых, к увеличению коэффициента b, т.е. к увеличению угла наклона механической характеристики. Однако b остается небольшим и жесткость механических характеристик сохраняется. На рис. 1.28 помимо естественной характеристики 1, соответствующей максимальному магнитному потоку Ф, приведено семейство механических характеристик 2-4, снятых при уменьшенном магнитном потоке. Из характеристик следует, что изменением магнитного потока можно только увеличивать частоту вращения относительно естественной характеристики. Практически частоту вращения таким методом можно увеличивать не более чем в 2 раза, так как увеличение скорости приводит к ухудшению коммутации и даже механическим повреждениям машины.

Читать еще:  Что с двигателем когда свечи белые

Другой способ регулирования скорости связан с включением последовательно с якорем регулировочного реостата Rя.р (пусковой реостат Rп для этой цели непригоден, так как он рассчитан на кратковременный режим работы). Формула (1.6) при этом принимает вид:

n = ,

откуда следует, что скорость при холостом ходе при любом сопротивлении Rя.р одинакова, а коэффициент b и, следовательно, наклон механических характеристик 5-7 увеличивается (рис. 1.26). Регулирование частоты вращения этим способом приводит к уменьшению частоты вращения относительно естественной характеристики. Кроме того, оно неэкономично, так как связано с большой мощностью потерь (Rя.р I) в регулировочном реостате, по которому протекает весь ток якоря.

Третий способ регулирования частоты вращения – безреостатное изменение подводимого к якорю напряжения. Он возможен только в случае, когда якорь двигателя питается от отдельного источника, напряжение которого можно регулировать. В качестве регулируемого источника применяются отдельные, специально предназначенные для данного двигателя генераторы или управляемые вентили (тиратроны, ртутные выпрямители, тиристоры). В первом случае образуется система машин, называемая системой Г-Д (генератор – двигатель), (рис. 1.27). Она применяется для плавного регулирования в широких пределах частоты вращения мощных двигателей постоянного тока и в системах автоматического управления. Система регулирования с управляемыми вентилями УВ (рис. 1.28) находит применение для регулирования частоты вращения двигателей меньшей мощности. Ее преимущество – большая экономичность.

Регулирование частоты вращения изменением U практически возможно только в сторону уменьшения, так как увеличение напряжения выше номинального недопустимо из-за резкого ухудшения коммутации. Из (1.9) следует, что при уменьшении напряжения уменьшается скорость холостого хода nх, а наклон механических характеристик 8-10 не изменяется (см. рис. 1.26), они остаются жесткими даже при низких напряжениях. Диапазон регулирования (nmax/nmin) таким способом 6:1-8:1. Он может быть значительно расширен при применении специальных схем с обратными связями.

Регулировочная характеристика.

Регулировочная характеристика n=f(Iв) двигателя параллельного возбуждения изображена на рис. 1.29.

Ее характер определяется зависимостью (1.5), из которой следует, что частота вращения обратно пропорциональна магнитному потоку и, следовательно, току возбуждения Iв. При токе возбуждения Iв = 0, что может быть при обрыве цепи возбуждения, магнитный поток равен остаточному Фост и частота вращения становится настолько большой, что двигатель может механически разрушиться, – подобное явление называется разносом двигателя.

Физически явление разноса объясняется тем, что вращающий момент (1.2) при уменьшении магнитного потока, казалось бы, должен уменьшиться, однако ток якоря Iя = (U – E)/Rя увеличивается значительнее, так как уменьшается Е (1.1) и разность U – E увеличивается в большей степени (обычно Е » 0,9 U).

Тормозные режимы.

Тормозные режимы двигателя имеют место тогда, когда электромагнитный момент, развиваемый двигателем, действует против направления вращения якоря. Они могут возникать в процессе работы двигателя при изменении условий работы или создаваться искусственно с целью быстрого уменьшения скорости, остановки или реверсирования двигателя.

У двигателя параллельного возбуждения возможны три тормозных режима: генераторное торможение с возвратом энергии в сеть, торможение противовключением и динамическое торможение.

Генераторное торможение возникает в тех случаях, когда частота вращения якоря n становится больше частоты вращения при идеальном (т.е. при Мпр = 0) холостом ходе nx (n>nx). Переход в этот режим из режима двигателя возможен, например, при спуске груза, когда момент, создаваемый грузом, приложен к якорю в том же направлении, что и электромагнитный момент двигателя, т.е. тогда, когда момент нагрузки действует согласно с электромагнитным моментом двигателя и он набирает скорость, большую чем nx. Если n>nx, то Е>Uc (где Uc – напряжение сети) и ток двигателя изменяет свой знак (1.4) – электромагнитный момент из вращающего становится тормозным, а машина из режима двигателя переходит в режим генератора и отдает энергию в сеть (рекуперация энергии). Переход машины из двигательного режима в генераторный иллюстрируется механической характеристикой (рис. 1.30). Пусть в двигательном режиме a1 – рабочая точка; ей соответствует момент М. Если частота вращения увеличивается, то рабочая точка по характеристике 1 из квадранта I переходит в квадрант II, например, в рабочую точку a2, которой соответствует частота вращения n΄ и тормозной момент – М΄.

Читать еще:  Шевроле авео вибрация двигателя холодного

Торможение противовключением возникает в работающем двигателе, когда направление тока в якоре или тока возбуждения переключается на противоположное. Электромагнитный момент при этом изменяет знак и становится тормозным.

Работе двигателя с противоположным направлением вращения соответствуют механические характеристики, располагающиеся в квадрантах II и III (например, естественная характеристика 2 на рис. 1.30).

Внезапный переход на эту характеристику практически недопустим, так как сопровождается чрезмерно большим броском тока и тормозного момента. По этой причине одновременно с переключением одной из обмоток в цепь якоря включается добавочное сопротивление Rдоб, ограничивающее ток якоря.

Механическая характеристика режима с Rдоб имеет большой наклон (прямая 3). При переходе в режим противовключения частота вращения n в первый момент измениться не может (из-за инерционности якоря) и рабочая точка из положения a1 перейдет в положение a3 на новой характеристике. Из-за появления Мтор частота вращения n будет быстро падать до тех пор, пока рабочая точка a3 не перейдет в положение a4, соответствующее остановке двигателя. Если в этот момент двигатель не отключить от источника питания, то якорь изменит направление вращения. Машина начнет работать в двигательном режиме с новым направлением вращения, а ее рабочая точка a5 будет находиться на механической характеристике 3 в квадранте III.

Динамическое торможение возникает в тех случаях, когда якорь двигателя отключается от сети и замыкается на сопротивление динамического торможения Rд.т. Уравнение характеристики (1.6) принимает вид:

n =

что соответствует семейству прямых 4 (при разных Rд.т), проходящих через начало координат. При переключении в этот режим рабочая точка a1 переходит на одну из характеристик 4, например, в точку a6, а затем перемещается по прямой 4 до нуля. Якорь двигателя тормозится до полной остановки. Изменением сопротивления Rд.т можно регулировать ток якоря и скорость торможения.

Механическая характеристика электродвигателя постоянного тока последовательного и смешанного возбуждения

На рис. 6.2, а показана схема подсоединения к сети электродвигателя последовательного возбуждения. Обмотка возбуждения О В и обмотка якоря Я соединяются последовательно и через реостат Яр подсоединяются к сети. Вследствие этого поток возбуждения ф зависит от тока якоря, т. е. от нагрузки. Для этого вида двигателей при ненасыщенной магнитной системе магнитный поток можно считать пропорциональным току якоря /я, а вращающий момент будет вычисляться по формуле


Так как в уравнении (6.6) п и М переменные величины, то это уравнение является уравнением механической характеристики двигателя.

При малой нагрузке характеристика имеет большую крутизну, при больших нагрузках магнитная система насыщается и поток уже почти не зависит от нагрузки — характеристика превращается в почти прямолинейную, с малой крутизной (рис. 6.2, б).

Из уравнения механической характеристики следует, что:

а) при уменьшении вращающего момента М до нуля частота вращения возрастает до бесконечности —двигатель идет «в разнос» (может произойти механическое повреждение якоря). Таким образом, электродвигатель постоянного тока последовательного возбуждения нельзя включать в сеть без механической нагрузки на его валу;

б) при п = 0 величина вращающего момента будет значительная, пропорциональная квадрату напряжения сети. Таким образом, двигатель развивает значительный вращающий момент (2,2—3,5 МНом) при небольших значениях частоты вращения

в) при уменьшении величины М вначале п растет медленно, а затем — быстро.

Регулирование частоты вращения двигателя достигается:

а) путем включения в цепь двигателя регулировочного реостата (рис. 6,2). Способ регулирования не экономичный, так как через регулировочное сопротивление проходит ток нагрузки;

б) изменением величины напряжения на зажимах двигателя (рис. 6.2, в). При наличии компактного регулировочного устройства способ экономичен и позволяет регулировать частоту вращения в широких пределах.

Двигатель постоянного тока последовательного возбуждения применяется для привода тяговых установок (трамваи, троллейбусы, электровозы) и добычных комбайнов.

Кроме рассмотренных выше двигателей постоянного тока, применяются двигатели постоянного тока смешанного возбуждения. Они имеют две обмотки возбуждения: последовательную и параллельную.

Механическая характеристика этих двигателей имеет промежуточную форму между характеристиками двигателей последовательного и параллельного возбуждения, приближаясь к той или иной в зависимости от соотношений ампервитков обмоток.

Регулирование частоты вращения осуществляется введением в цепи двигателя дополнительного сопротивления, изменением величины магнитного потока возбуждения или величины напряжения, подаваемого на зажимы двигателя.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector