Меню

Электродвигатель постоянного тока с параллельным возбуждением потребляет ток при напряжении uн

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

Лабораторная работа №9

Цель работы: ознакомиться с устройством, принципом действия, основными характеристиками и методикой испытаний электродвигателя постоянного тока с параллельным возбуждением.

Основные теоретические положения

Двигатель состоит из неподвижной части — статора и вращающейся — якоря. Статор и якорь разделены воздушным зазором. На статоре расположены полюса и обмотки возбуждения (ОВ). С помощью их создается магнитное поле в воздушном зазоре. На якоре в пазах шихтованного магнитопровода размещается обмотка якоря, выполненная по специальной схеме в виде секций. Выводы секций соединяются с пластинами коллектора, на который опираются неподвижные графитовые щетки. Через щетки и коллектор к обмотке подается постоянное напряжение. Поскольку через коллекторные пластины все секции обмотки якоря соединены между собой, то в обмотке якоря протекает ток якоря IЯ. В результате взаимодействия тока якоря с магнитным потоком возбуждения на проводники действуют силы, создающие вращающий момент. Направление силы можно определить по правилу левой руки.

На рис. 1 показана принципиальная схема двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением.

Напряжение U на зажимах двигателя определяется по второму закону Кирхгофа:

(1)

где Е — Э.Д.С, наводимая в обмотке якоря; RЯ сопротивление якоря, учитывающее сопротивление проводников обмотки якоря и сопротивления в месте контакта щетки с коллектором. Тогда ток якоря

(2)

В начале пуска, когда якорь неподвижен, Э.Д.С равна нулю Е = и пусковой ток недопустимо возрастает. Поэтому для ограничения пускового тока в цепь якоря включают реостат RП, величина сопротивления которого может быть уменьшена по мере увеличения скорости двигателя. В этом случае максимальный пусковой ток

где RП — максимальное значение сопротивления пускового реостата. Оно выбирается из условий, чтобы пусковой ток не превышал номинального значения.

Э.Д.С. в обмотке якоря

, (3)

где п — частота вращения якоря (об/мин);

Ф — магнитный поток в зазоре двигателя (Вб);

СЕ — коэффициент Э.Д.С, зависящий от конструктивных параметров двигателя

, (4)

где р — число пар полюсов;

а — число пар параллельных ветвей обмотки якоря;

N — число проводников обмотки якоря.

Если частоту вращения выразить через угловую скорость ω

(5)

(6)

(7)

Как видно из рис. 1 ток в обмотке возбуждения

(8)

где RВ,RР сопротивление обмотки возбуждения и регулировочного реостата в цепи ОВ. При пуске сопротивление реостата RP в цепи обмотки возбуждения равно нулю, т.е. реостат должен быть полностью выведен. Это обеспечивает максимальный поток Ф и максимально допустимый вращающий момент М. В общем случае вращающий момент определяется по формуле:

(9)

Из уравнения (1) и (3) следует зависимость частоты вращения от тока якоря, т.е. скоростная характеристика электродвигателя n(IЯ):

(10)

В другом виде, с учетом (6)

(11)

Таким образом, зависимости п(IЯ),ω(IЯ) имеют вид прямой.

При отсутствии нагрузки и сил трения вращающий момент М должен ровняться нулю. Из формулы (9) следует, что при этом ток якоря IЯ =0. Тогда скорость холостого хода двигателя

(12)

(13)

Важной характеристикой электродвигателя является механическая характеристика, определяющая зависимость частоты вращения от вращающего момента п (М) или ω (М). Уравнение этой характеристики можно получить, подставив IЯ из формулы (9) в (10), либо (11):

(14)

(15)

Как видно из (14) и (15), механическая характеристика имеет вид прямой линии, пересекающей ось ординат при скорости идеального холостого хода п или ω. При увеличении нагрузки момент М возрастает и скорость уменьшается. При очень большой нагрузке двигатель остановится, п = 0.

Сравнение (14), (15) с (10), (11) показывает, что механическая характеристика двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением повторяет в другом масштабе его скоростную характеристику. На рис.2 а, б представлены механические и скоростные характеристики двигателя при различных величинах сопротивлений в цепи обмотки якоря (RЯ+Rд). Характеристики 1, когда Rд = 0 соответствуют уравнениям (10) и (14) называются естественными. При увеличении Rд характеристики идут более круто и (становятся более мягкими).

Характеристики 2 и 3 называются реостатными или искусственными (Rд3 > Rд2).

Рабочие характеристики двигателя постоянного тока параллельного возбуждения определяют зависимость частоты вращения п(ω), момента М, тока якоря IЯ, кпд η от полезной мощности Р2 на валу электродвигателя при неизменном напряжении на его зажимах.

Примерный вид рабочих характеристик двигателя показан на рис. 3.

Полезный момент М2 на валу двигателя определяется

(16)

(17)

Момент М, создаваемый двигателем, больше полезного момента М2 на величину момента сопротивления движению на холостом ходу М

(18)

Зависимость момента на валу двигателя от нагрузки Р2 представляет собой почти прямую линию. Искривление указанной зависимости объясняется некоторым снижением частоты вращения с увеличением нагрузки. При Р2 = 0 ток, потребляемый электродвигателем, равен току холостого хода. При увеличении мощности, развиваемой электродвигателем, ток якоря увеличивается приблизительно по той же зависимости, что и момент нагрузки на валу, т.к. при условии Ф = const ток якоря пропорционален моменту нагрузки. Зная мощность, подводимую к двигателю

(19)

можно определить кпд двигателя:

(20)

где ΣPi суммарная мощность потерь в двигателе, равная

(21)

Здесь РЭЯ = IЯ 2 • RЯ мощность электрических потерь в цепи якоря;

РЭВ = U • IВ мощность электрических потерь в цепи обмотки возбуждения;

Pмех мощность механических потерь в двигателе;

Рдоб мощность добавочных потерь;

РС — мощность потерь в стали (в магнитопроводе) на гистерезис и вихревые токи.

Задание по работе

1. Ознакомиться с устройством и конструкцией исследуемого электродвигателя, используя макеты двигателей, представленные в лаборатории.

2. Снять механическую характеристику исследуемого электродвигателя.

3. Построить его рабочие и механические характеристики.

Методические указания по выполнению работы

1. Записать технические паспортные данные электродвигателя:

§ Тип электродвигателя П — 21

§ Номинальная мощность РН, кВт 1,5

§ Номинальное напряжение UН, В 220

§ Номинальная частота вращения nН, об/мин 3000

§ Номинальный ток IН, А 8,8

§ Номинальный кпд ηН, 0,77

§ Коэффициент пропорциональности СЕФН, Вмин / об 0,07

§ Коэффициент пропорциональности СМФН,Н м/ А 0,67

2. Собрать электрическую цепь для снятия характеристик электродвигателя постоянного тока параллельного возбуждения. Принципиальная схема электрической цепи приведена на рис. 4.

Монтаж электрической цепи производить в соответствии с монтажной схемой рис. 5.

Необходимые элементы этой схемы представлены на рабочей панели стенда «двигатель постоянного тока».

Сборка производится путем установки специальных перемычек.

Нагрузка двигателя осуществляется электромагнитным тормозом (ЭТМ). Для этой цели на панели имеется ручка «регулировка нагрузки», вращая которую по часовой стрелке производят увеличение момента сопротивления на валу двигателя.

Измерение момента, а также частоты вращения электродвигателя, производится соответствующими измерительными приборами, вмонтированными в приборную панель (агрегат №2).

Перед пуском исследуемого электродвигателя необходимо:

1. Полностью ввести сопротивление пускового реостата (при этом ручку пускового реостата вращать против часовой стрелки до крайнего левого положения).

2. Полностью вывести сопротивление реостата в цепи обмотки возбуждения (вращение ручки по часовой стрелке до крайнего правого положения).

3. Ручка «регулировка нагрузки» для изменения момента нагрузки двигателя должна находится в крайнем левом положении.

4. Установить номинальное значение напряжения питания электродвигателя UН = 220В. Для этого на панели «машины постоянного тока» нажать кнопку «вкл», а затем увеличивать либо уменьшать напряжение кнопками «↑» и «↓».

Читайте также:  Насос низковольтный постоянного тока

5. Включить напряжение питания для электрической цепи измерения момента и частоты вращения электродвигателя. Для этого на панели «нагрузочные устройства» перевести кнопку в положение «агрегат №2».

3. Вращением ручки пускового реостата из положения «1» в положение «7» произвести пуск электродвигателя на холостом ходу (момент нагрузки равен нулю). В каждом промежуточном положении задерживать ручку на 1 ÷ 1,5 с.

В дальнейшем при снятии характеристик ручка пускового реостата должна оставаться в положении «7».

4. Снять механическую п (М), скоростную п (IЯ) характеристики и построить рабочие М (Р2), n (Р2), ω (Р2),IЯ (P2) и η (P2) при U = UН = const и IВ = IВН = const.

Первые точки характеристики снимаются при холостом ходе электродвигателя, т.е. при уменьшенном до нуля моменте электромагнитного тормоза.

Плавным изменением момента электромагнитного тормоза осуществить загрузку электродвигателя. В начале устанавливается ток возбуждения, при котором при номинальных питающем напряжении и токе, потребляемом двигателем, частота вращения якоря равна номинальной и далее этот ток необходимо поддерживать неизменным.

Постепенно нагружая электродвигатель до значения тока, равного IВ = 1,21 IЯН, произвести регистрацию всех измерительных приборов для 6 — 7 точек. Данные наблюдений записать в табл. № 1.

Измерения Вычисления Аппроксим. значения
U, В IЯ , А IВ , А n, об / мин М, Н м I, А P1 кВт P2 кВт η n, об/мин М, Н м
1(х.х.)
2
3
4
5
6

При построении рабочих и механических характеристик используют данные экспериментальных измерений и вычислений. Однако, эти характеристики могут быть построены и при отсутствии данных измерений, представленных в графах (М, Н м) и (n, об/мин) табл. №1, что, например, возможно при выходе из строя блока измерения частоты вращения или измерения нагрузки двигателя, равно как и при выходе из строя указанных блоков одновременно.

Известно, что характеристики двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением М (IЯ) и п (IЯ) в пределах рабочей частоты характеристик имеют прямолинейный характер.

В соответствии с этим из рис. 6 следует, что прямоугольный треугольник Δ(nН, n, nН) подобен прямоугольному треугольнику Δ(nН, n, nН) откуда текущее значение частоты вращения двигателя n может быть определено соотношением:

(22)

где п — частота вращения идеального холостого хода.

Соответственно, из прямоугольных подобных треугольников Δ(IЯ, IЯхх, М) и Δ(IЯН,IЯхх, МН) следует, что текущее значение вращающего момента М двигателя равно:

(23)

где IЯхх ток холостого хода якоря двигателя при отсутствии нагрузочного момента на валу двигателя;

МН — номинальный момент на валу двигателя.

Значение n и М, определяемые по формулам (22) и (23), называются аппроксимированными и заносятся в соответствующие колонки табл. № 1. Обработка результатов испытаний и построение рабочих ‘характеристик осуществляется с учетом номинальных данных испытуемого электродвигателя. Например, п вычисляется по формуле (12), МН — по формуле (17). Текущее значение тока IЯ и величина тока холостого хода IЯхх определяются по показаниям прибора в цепи якоря двигателя.

Источник

Принцип и схема работы двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

Существует несколько возможных разновидностей построения эл моторов, работающих от источника постоянного напряжения. Принцип их действия одинаков, а отличия заключаются в особенностях подключения обмотки возбуждения (ОВ) и якоря (Я).

Свое название эл двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением получил потому, что его обмотка Я и ОВ соединяются друг с другом именно таким образом. Электродвигатель такой разновидности обеспечивает нужные режимы, превосходя изделия последовательного и смешанного типов тогда, когда требуется практически постоянная скорость его функционирования.

Построение двигателя и область его применения

Схема электродвигателя рассматриваемого типа изображена ниже.

Схема мотора

  • общий ток, потребляемый эл мотором от источника, составляет I = IЯ + IВ, где IЯ, IВ – токи через якорь, обмотку возбуждения, соответственно,
  • одновременно IВ не зависит от IЯ, то есть не зависит от нагрузки.

Устройство применяется тогда, когда пуск не требует обеспечения высокого момента, то есть когда режимы эксплуатации приводных механизмов не предполагают создание больших стартовых нагрузок. Это типично для станков и вентиляторов.

Для практики ценны такие полезные тяговые параметры подобных эл механизмов как

  • устойчивость работы при колебаниях нагрузки,
  • высокая экономичность из-за того, что IЯ не протекает через ОВ.

Пуск при недостаточном моменте обеспечивается переходом на схему смешанного типа.

Поведение электромотора при изменении нагрузок

Механическая характеристика показывает устойчивость работы электромотора в широком диапазоне изменения нагрузок, описывая зависимость момента, создаваемого эл двигателем, от скорости функционирования вала.

Тяговые характеристики механизма рассматриваемого типа позволяют сохранить величину момента при значительных изменения количества оборотов. Обычно тяговые параметры агрегата должен обеспечивать уменьшение этого параметра не более чем на 5 %. Несложное исследование демонстрирует: тормозные параметры из-за обратимости процессов оказываются аналогичными. Эти положения распространяются также на случай применения смешанного возбуждения.

Говоря иными словами, для такого эл мотора характерна жесткая характеристика. Такой характер работы считается важным преимуществом агрегата рассматриваемого типа.

Разновидности подходов к регулированию частоты вращения

Электрический двигатель постоянного тока

Принцип действия параллельного включения обмоток обеспечивает плавный пуск в сочетании с большим диапазоном изменения оборотов в процессе работы с помощью реостатов. Они же обеспечивают нормальный пуск двигателя ограничением тока.

Для агрегатов параллельного типа используются способы управления скоростью функционирования изменением:

  • магнитного потока главных полюсов,
  • сопротивления цепи якоря,
  • подаваемого на него напряжения.

Объектом воздействия являются обмотка возбуждения, обмотка якоря, его рабочее напряжение.

Изменение магнитного потока осуществляется с помощью последовательного реостата RР. При увеличении его сопротивления ОВ пропускает меньший ток, что сопровождается уменьшением магнитного потока. Внешним проявлением такого действия становится наращивание оборотов Я на холостом ходу. Исследование показывает, что происходит увеличение угла наклона характеристики.

Второй принцип основан на включении в цепь питания якоря дополнительного последовательного регулировочного реостата. При увеличении его сопротивления скорость вращения Я уменьшается, тогда как его естественная механическая характеристика приобретает больший наклон. Из-за последовательного включения с основной обмоткой реостата дополнительного сопротивления, на котором рассеивается значительная мощность, происходит заметное падение экономичности.

Третий принцип сопровождается определенным усложнением схемных решений и требует применения отдельного регулируемого источника питания с сохранением возможности раздельного регулирования. В случае его применения в реальных условиях возможно только уменьшение частоты вращения вала.

Двигатель с независимым возбуждением

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения реализует третий подход к регулированию и интересен тем, что ОВ и М питаются от разных источников, схема его представлена ниже.

Обмотки простейшего электромотора параллельного независимого возбуждения

Обмотки простейшего электромотора параллельного независимого возбуждения

Для моторов в данном конструктивном исполнении Iв устанавливается неизменным, а меняется только напряжение, приложенное к М. Это сопровождается изменением числа оборотов на холостом ходу, но жесткость характеристики изменений не претерпевает.

Принцип работы такого агрегата за счет независимого функционирования двух источников оказывается более сложным. Однако, его применение дает такие важные для практики преимущества как

  • плавное экономичное управление скоростью функционирования с большой глубиной,
  • пуск мотора при пониженном напряжении без реостата.

В случае, если пуск происходит на нормальном напряжении, реостат ограничивает величину Iв.

Исследование показывает, что максимальное количество оборотов ограничено только сопротивлением М, а минимальное условиями отвода выделяемого тепла в процессе работы.

Характеристики в части энергопотребления и скорости срабатывания управляющей системы улучшаются в случае последовательного включения с М различных тиристорных регуляторов. Для установки числа оборотов вала и их стабилизации в процессе приведения в движение различных механизмов находят применение различные способы. Их общим характерным признаком является включение тиристорного регулятора в цепь частотной отрицательной обратной связи. Пуск такого агрегата требует реализации специальных процедур.

Читайте также:  Сечение алюминиевой шины для токов

Заключение

Двигатель с параллельным возбуждением является очень гибким приводным механизмом и может использоваться в очень большом количестве областей там, где не требуются большие моменты при старте. Имеет несложные и надежные цепи регулирования скорости вращения, отличается простотой запуска.

Источник



Двигатель с параллельным возбуждением

date image2015-05-26
views image12606

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Электрические машины постоянного тока.

Генератор с параллельным возбуждением.

Ток отдаваемый генератором в сеть:

Эдс. генератора: Е= U+Iя ∙Rя.

Мощность отдаваемая сети: Р2 = U∙I =I 2 ∙R

Мощность приводного двигателя: Р1 = Р2/ η

Мощность потерь в обмотке якоря:

Мощность потерь в обмотке возбуждения:

Рв = U ∙Iв = I 2 в∙ Rв

Суммарные потери: ΣР = Р1 – Р2 .

Коэффициент полезного действия генератора:

η = Р2/Р1 = U∙I / (U∙I+ ΣР)

Двигатель с параллельным возбуждением.

Ток двигателя: I = Iя + Iв

Напряжение двигателя: U = E + Iя ∙Rя.

Мощность потребляемая от сети: Р1 = U∙I

Момент на валу двигателя:

Коэффициент полезного действия двигателя:

Пример 6.1.Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением развивает номинальное напряжение Uн =220 В. Генератор нагружен на нагрузку Rн = 2,2 Ом. Сопротивление обмотки якоря Rя = 0,2 Ом, обмотки возбуждения Rв =220 Ом. КПД генератора η = 0,87. Определить следующие величины:

1.ток нагрузки; 2. ток якоря; 3. ток возбуждения; 4. эдс генератора;

5.полезную мощность; 6. потребляемую мощность; 7. суммарные потери в генераторе; 8. потери в обмотке якоря; 9. потери в обмотке возбуждения.

3.Ток якоря: Iя = I – Iв = 100 – 1= 99 А.

Е = U+ Iя ∙Rя = 220 + 99∙0,1 = 229,9 В.

Р2 = Uн∙I = 220∙100 = 22000 Вт = 22 кВт.

7.Суммарные потери в генераторе:

ΣР = Р1– Р2 = 25,87 – 22 = 3,87 кВт.

8.Потери в обмотке якоря:

Ря = Iя 2 ∙Rя = 99 2 ∙0,2 = 1960,2 Вт.

9.Потери в обмотке возбуждения:

Рв = Uн∙Iв = 220∙1 = 220 Вт.

Ответ: I = 100А; Iв = 1 А; Iя = 99 А; Е = 229,9 В; Р2 = 22 кВт;

Р1 = 25,87 кВт; ΣР = 3,87 кВт; Ря = 1960,2 Вт; Рв = 220 Вт.

Пример 6.2.Рис.8.2.Двигатель постоянного токапараллельного возбуждения работает от сети Uн = 220 В. Частота вращения якоря n2 = 1450 об/мин. Ток двигателя I = 500 А, противо–эдс якоря Е = 202 В, сопротивление обмотки возбуждения Rв = 44 Ом. Кпд двигателя

η = 0,88. Определить:1.ток возбуждения; 2.ток якоря; 3. сопротивление обмотки якоря; 4.потребляемую мощность; 5.полезную мощность на валу; 6 Суммарные потери в двигателе; 7.потери в обмотке якоря; 8.потери в обмотке якоря; 9.вращающий момент на валу.

1. Ток возбуждения:

Iя = I – Iв = 500 –5 = 495 А.

3. Сопротивление обмотки якоря:

4. Потребляемая мощность от сети:

Р1 = Uн∙I = 220 ∙500 = 110 000 Вт = 110 кВт.

5. Полезная мощность на валу:

Р2 = P1∙ η = 110 ∙ 0,87 = 95,7 кВт.

6. Суммарные потери в двигателе:

ΣР = Р1 – P2 = 110 – 95,7 = 14,3 кВт.

7. Потери в обмотке возбуждения:

Pв = Uн∙Iв = 220∙5 = 1100 Вт =1,1 кВт.

8. Потери в обмотке якоря:

Ря = Iя 2 ∙ Rя =495 2 ∙0,016 = 3920,4 Вт = 3,92 кВт.

9. Вращающий момент на валу:

Ответ: Iв = 5 А,Iя = 495 А, Rя = 0,016 Ом,Р1 = 110 кВт, Р2 = 95,7 кВт,

ΣР = 14,3 кВт, Pв = 1,1 кВт, Ря =3,92 кВт М = 630,7 Нм.

Источник

Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением – схема работы

Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением – это электродвигатель, у которого обмотки якоря и возбуждения подключаются друг к другу параллельно. Часто по своей функциональности он превосходит агрегаты смешанного и последовательного типов в случаях, если необходимо задать постоянную скорость работы.

Характеристики двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

Формула общего тока, идущего от источника, выводится согласно первому закону Кирхгофа и имеет вид: I = Iя + Iв, где Iя — ток якоря, Iв – ток возбуждения, а I – ток, который двигатель потребляет от сети. Следует отметить, что при этом Iв не зависит от Iя, т.е. ток возбуждения не зависит от нагрузки. Величина тока в обмотке возбуждения меньше тока якоря и составляет примерно 2-5% от сетевого тока.

В целом, данные электродвигатели отличаются следующими весьма полезными тяговыми параметрами:

  • Высокая экономичность (поскольку ток якоря не проходит через обмотку возбуждения).
  • Устойчивость и непрерывность рабочего цикла при колебаниях нагрузки в широких пределах (т.к. величина момента сохраняется даже в случае изменения числа оборотов вала).

При недостаточном моменте пуск осуществляется посредством перехода на смешанный тип возбуждения.

Сферы применения двигателя

Поскольку частота вращения подобных двигателей остается почти постоянной даже при изменении нагрузки, а также может изменяться при помощи регулировочного реостата, они широко применяются в работе с:

  • вентиляторами;
  • насосами;
  • шахтными подъемниками;
  • подвесными электрическими дорогами;
  • станками (токарными, металлорежущими, ткацкими, печатными, листоправильными и пр.).

Таким образом, этот вид двигателей в основном используется с механизмами, требующими постоянства скорости вращения или ее широкой регулировки.

Регулирование частоты вращения

Регулирование скорости – это целенаправленное изменение скорости электродвигателя в принудительном порядке при помощи специальных устройств или приспособлений. Оно позволяет обеспечить оптимальный режим работы механизма, его рациональное использование, а также уменьшить расход энергии.

Существует три основных способа регулирования скорости двигателя:

  1. Изменение магнитного потока главных полюсов. Осуществляется при помощи регулировочного реостата: при увеличении его сопротивления магнитный поток главных полюсов и ток возбуждения Iв уменьшаются. При этом увеличивается число оборотов якоря на холостом ходу, а также угол наклона механической характеристики. Жесткость механических характеристик сохраняется. Однако увеличение скорости может привести к механическим повреждениям агрегата и к ухудшению коммутации, поэтому не рекомендуется увеличивать частоту вращения этим методом более чем в два раза.
  2. Изменение сопротивления цепи якоря. К якорю последовательно подключается регулировочный реостат. Скорость вращения якоря уменьшается при увеличении сопротивления реостата, а наклон механических характеристик увеличивается. Регулировка скорости вышеуказанным способом:
  • способствует уменьшению частоты вращения относительно естественной характеристики;
  • связана с большой величиной потерь в регулировочном реостате, следовательно, неэкономична.
  1. Безреостатное изменение подаваемого на якорь напряжения. В этом случае необходимо наличие отдельного источника питания с регулируемым напряжением, например, генератора или управляемого вентиля.

Двигатель с независимым возбуждением

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения как раз и реализует третий принцип регулирования скорости. Его отличие в том, что обмотка возбуждения и магнитное поле главных полюсов подключаются к разным источникам. Ток возбуждения является неизменной характеристикой, а магнитное поле меняется. При этом изменяется число оборотов вала на холостом ходу, жесткость характеристики остается прежней.

Таким образом, принцип работы дпт с независимым возбуждением является достаточно сложным вследствие независимой работы двух источников, тем не менее, его главное преимущество – большая экономичность.

Источник

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».

Читайте также:  Расчетная таблица кабеля по току

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.

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:

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΄.

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:

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.

Источник