Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения технические характеристики

билеты_ЭМ / 18.Характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

18.Характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения.

Двигатели последовательного возбуждения

Схема двигателя. Схема двигателя последовательного возбуждения изображена на рис. 1.31. Ток, потребляемый двигателем из сети, протекает по якорю и обмотке возбуждения, соединенной с якорем последовательно. Поэтому I = Iя = Iв.

Также последовательно с якорем включен пусковой реостат Rп, который, как и у двигателя параллельного возбуждения, после выпуска выводится.

Уравнение механической характеристики. Уравнение механической характеристики может быть получено из формулы (1.6). При токах нагрузки, меньших (0,8 – 0,9) Iном, можно считать, что магнитная цепь двигателя не насыщена и магнитный поток Ф пропорционален току I : Ф = kI, где k = const. (При больших токах коэффициент k несколько уменьшается). Заменяя в (1.2) Ф, получаем М = См kI откуда

Iя =

Ф =. (1.10)

Подставим Ф в (1.6):

n = (1.11)

График, соответствующий (1.11), представлен на рис. 1.32 (кривая 1). При изменении момента нагрузки частота вращения двигателя резко изменяется – характеристики подобного типа называются «мягкими». При холостом ходе, когда М » 0, частота вращения двигателя безгранично возрастает и двигатель «идет вразнос». Ток, потребляемый двигателем последовательного возбуждения, при увеличении нагрузки растет в меньшей степени, чем у двигателя параллельного возбуждения. Это объясняется тем, что одновременно с ростом тока растет поток возбуждения и вращающий момент становится равным моменту нагрузки при меньшем токе. Эта особенность двигателя последовательного возбуждения используется там, где есть значительные механические перегрузки двигателя: на электрифицированном транспорте, в подъемно-транспортных механизмах и других устройствах.

Регулирование частоты вращения. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока, как указывалось выше, возможно тремя способами.

Изменение возбуждения можно осуществить включением реостата Rр1 параллельно обмотке возбуждения (см. рис. 1.31) или включением реостата Rр2 параллельно якорю. При включении реостата Rр1 параллельно обмотке возбуждения магнитный поток Ф можно уменьшать от номинального до минимального Фmin. Частота вращения двигателя при этом будет увеличиваться (в формуле (1.11) уменьшается коэффициент k). Механические характеристики, соответствующие этому случаю, показаны на рис. 1.32, кривые 2, 3. При включении реостата параллельно якорю ток в обмотке возбуждения, магнитный поток и коэффициент k увеличиваются, а частота вращения двигателя уменьшается. Механические характеристики для этого случая изображены на рис. 1.32, кривые 4, 5. Однако регулирование вращения реостатом, включенном параллельно якорю, применяется редко, так как потери мощности в реостате и КПД двигателя уменьшается.

Изменение частоты вращения путем изменения сопротивления цепи якоря возможно при включении реостата Rр3 последовательно в цепь якоря (рис. 1.31). Реостат Rр3 увеличивает сопротивление цепи якоря, что ведет к уменьшению частоты вращения относительно естественной характеристики. (В (1.11) вместо Rя надо подставить Rя + Rр3.) Механические характеристики при этом способе регулирования представлены на рис. 1.32, кривые 6, 7. Подобное регулирование используется сравнительно редко из-за больших потерь в регулировочном реостате.

Наконец, регулирование частоты вращения изменением напряжения сети, как и в двигателях параллельного возбуждения, возможно только в сторону уменьшения частоты вращения при питании двигателя от отдельного генератора или управляемого выпрямителя. Механическая характеристика при этом способе регулирования изображена на рис. 1.32, кривая 8. При наличии двух двигателей, работающих на общую нагрузку, они с параллельного соединения могут переключаться на последовательное, напряжение U на каждом двигателе при этом уменьшается вдвое, соответственно уменьшается и частота вращения.

Тормозные режимы двигателя последовательного возбуждения. Режим генераторного торможения с отдачей энергии в сеть в двигателе последовательного возбуждения невозможен, так как получить частоту вращения n>nx не представляется возможным (nх = ).

Читайте также:  Как отмыть двигатель при капремонте

Режим торможения противовключением можно получить, так же как в двигателе параллельного возбуждения, путем переключения выводов обмотки якоря или обмотки возбуждения.

Источник

Машина постоянного тока последовательного возбуждения. Режимы работы и механические характеристики

Обмотка возбуждения у двигателя постоянного тока последовательного возбуждения включена последовательно с якорем (рис. 20.5).

Рис.20.5. Схема включения двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

Уравнение электромеханической характеристики будет иметь такой же вид, что и у двигателя независимого возбуждения:

Здесь RД — суммарное сопротивление цепи двигателя, состоящее из сопротивления якоря и обмотки возбуждения.

Поскольку ток якоря и ток возбуждения один и тот же, то при изменении нагрузки изменяется и магнитный поток возбуждения, следовательно, магнитный поток Ф является функцией тока якоря.

Зависимость магнитного потока возбуждения от тока Ф=f(I) называется кривой намагничивания (рис. 20.6).

Рис.20.6. Зависимость магнитного потока возбуждения от тока Ф=f(I)

Зависимость Ф=f(I) нелинейна, из-за насыщения магнитной цепи, поэтому нельзя получить точного аналитического выражения зависимости Ф=f(I).

Для упрощения анализа можно пренебречь магнитным насыщением и считать, что магнитный поток пропорционален току якоря (линейная зависимость показана на графике пунктиром), то есть:

При этом момент двигателя можно записать в виде:

M = k · Ф · I = k · α ·I 2 .

Уравнение электромеханической характеристики тогда будет иметь вид:

.

Учитывая, что получим выражение для механической характеристики:

.

Из анализа этих выражений следует, что уравнение электромеханической и механической характеристик представляют собой гиперболические зависимости. В каталогах обычно приводятся естественные механические и электромеханические характеристики.

Уравнение механической характеристики:

Имеет вид (рис. 20.7)

Рис.20.7. Механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения

При уменьшении момента скорость якоря возрастает, при M>0 скорость ω>0, то есть такой двигатель не имеет скорости идеального холостого хода. При возрастании скорости машина не переходит в генераторный режим. Механические характеристики не имеют продолжения во втором квадрате. При снижении момента сопротивления скорость якоря растет и может достигнуть выше допустимой по условиям механической прочности коллектора и бандажей обмотки якоря. При нагрузках ниже (15-20)% номинальных, работа двигателя практически недопустима из-за чрезмерного увеличения скорости якоря (двигатель идёт в разнос). Это ограничивает область применения этих двигателей. Их нельзя использовать для привода механизмов, которые в режиме холостого хода создают малый момент сопротивления на валу.

В каталогах приводятся зависимости ω * =f(I * ) и M * =f(I * ) угловой скорости и момента от тока якоря, в относительных единицах, общий вид которых представлен на рис.20.8.

Рис.20.8. Зависимость угловой скорости и момента от тока якоря

С увеличением сопротивления реостата скорость двигателя уменьшается при одном и том же моменте сопротивления Мс, уменьшается и жесткость механических характеристик.

На рис.20.9 представлены искусственные реостатные механические характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения.

Рис.20.9. Искусственные реостатные механические характеристики

Источник

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

В рассматриваемых двигателях обмотка возбуждения выполняется с малым числом витков, но рассчитана на большие токи. Все особенности этих двигателей связаны с тем, что обмотка возбуждения включается (см. рис. 5.2,в) последовательно с обмоткой якоря, в результате чего ток возбуждения равен току якоря и создаваемый поток Ф пропорционален току якоря:

где а =/(/я) — нелинейный коэффициент (рис. 5.12).

Нелинейность а связана с формой кривой намагничивания двигателя и размагничивающим действием реакции якоря. Эти факторы проявляются при /я > , /ян (/ян — номинальный ток якоря). При меньших токах а можно считать величиной постоянной, а при /я > 2/я н двигатель насыщается и поток мало зависит от тока якоря.

Рис. 5.12. Характеристика намагничивания двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

Основные уравнения двигателя последовательного возбуждения в отличие от уравнений двигателей независимого возбуждения нелинейны, что связано, в первую очередь, с произведением переменных:

Читайте также:  Gdi двигатель что это такое на hyundai

При изменении тока в якорной цепи изменяется магнитный поток Ф, наводя в массивных частях магнитопровода машины вихревые токи. Влияние вихревых токов может быть учтено в модели двигателя в виде эквивалентного короткозамкнутого контура, описываемого уравнением

а уравнение для цепи якоря имеет вид:

где wB, wB т — число витков обмотки возбуждения и эквивалентное число витков вихревых токов.

В установившемся режиме

Из (5.22) и (5.26) получим выражения для механической и электромеханической характеристик двигателя постоянного тока последовательного возбуждения:

В первом приближении механическую характеристику двигателя последовательного возбуждения, без учета насыщения магнитной цепи, можно представить в виде гиперболы, не пересекающей ось ординат. Если положить Ля ц = /?я + /?в = 0, то характеристика не будет пересекать и ось абсцисс. Такую характеристику называют идеальной. Реальная естественная характеристика двигателя пересекает ось абсцисс и вследствие насыщения магнитопровода при моментах больше Мн спрямляется (рис. 5.13).

Рис. 5.13. Механические характеристики двигателя последовательного возбуждения

Характерной особенностью характеристик двигателя последовательного возбуждения является отсутствие точки идеального холостого хода. При уменьшении нагрузки скорость возрастает, что может привести к неконтролируемому разгону двигателя. Оставлять такой двигатель без нагрузки нельзя.

Важным достоинством двигателей последовательного возбуждения является большая перегрузочная способность на низких скоростях. При перегрузке по току в 2—2,5 раза двигатель развивает момент 3,0. 3,5Мн. Это обстоятельство определило широкое использование двигателей последовательного возбуждения в качестве привода электрических транспортных средств, для которых максимальные моменты необходимы при трогании с места.

Изменение направления вращения двигателей последовательного возбуждения не может быть достигнуто изменением полярности питания цепи якоря. В двигателях последовательного возбуждения при реверсировании нужно изменять направление тока в одной части якорной цепи: либо в обмотке якоря, либо в обмотке возбуждения (рис. 5.14).

Рис. 5.14. Схема реверсирования двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

Искусственные механические характеристики для регулирования скорости и момента могут быть получены тремя способами:

  • • введением добавочного сопротивления в цепь якоря двигателя;
  • • изменением питающего двигатель напряжения;
  • • шунтированием обмотки якоря добавочным сопротивлением. При введении добавочного сопротивления в цепь якоря жесткость механических характеристик уменьшается и уменьшается пусковой момент. Этот способ используют при пуске двигателей последовательного возбуждения, получающих питание от источников с нерегулируемым напряжением (от контактных проводов и др.) В этом случае (рис. 5.15) необходимое значение пускового момента достигается последовательным закорачиванием секций пускового резистора посредством контакторов К1—КЗ.

Рис. 5.15. Реостатные механические характеристики двигателя последовательного возбуждения: /?1доRiao —сопротивления ступеней добавочного резистора в цепи якоря

Наиболее экономичным способом регулирования скорости двигателя последовательного возбуждения является изменение питающего напряжения. Механические характеристики двигателя смещаются вниз параллельно естественной характеристике (рис. 5.16). По форме эти характеристики подобны реостатным механическим характеристикам (см. рис. 5.15), однако, существует принципиальная разница — при регулировании изменением напряжения отсутствуют потери в добавочных резисторах и регулирование производится плавно.

Рис. 5.1 Б. Механические характеристики двигателя последовательного возбуждения при изменении напряжения питания

Двигатели последовательного возбуждения при использовании в качестве привода мобильных агрегатов во многих случаях получают питание от контактной сети или других источников питания с постоянным значением напряжения, подаваемого на двигатель, в этом случае регулирование производится посредством широтно-импульсного регулятора напряжения (см. § 3.4). Такая схема показана на рис. 5.17.

Рис. 5.17. Схема регулируемого электропривода с двигателем последовательного возбуждения и широтно-импульсным регулятором напряжения

Независимое регулирование потока возбуждения двигателя последовательного возбуждения возможно, если зашунтировать обмотку якоря сопротивлением (рис. 5.18,а). В этом случае ток возбуждения в = я + / ш, т.е. содержит постоянную составляющую, не зависящую от нагрузки двигателя. При этом двигатель приобретает свойства двигателя смешанного возбуждения. Механические характеристики (рис. 5.18,6) приобретают большую жесткость и пересекают ось ординат, что позволяет получить устойчивую пониженную скорость при малых нагрузках на валу двигателя. Существенный недостаток схемы — это большие потери энергии в шунтирующем сопротивлении.

Читайте также:  В чем неисправность двигателя если обороты увеличиваются

Рис. 5.18. Схема (а) и механические характеристики (б) двигателя последовательного возбуждения при шунтировании обмотки якоря

Для двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением характерны два тормозных режима: динамического торможения и противовключения.

Режим динамического торможения возможен в двух случаях. В первом — якорная обмотка замыкается на сопротивление, а обмотка возбуждения питается от сети или другого источника через добавочное сопротивление. Характеристики двигателя в этом случае подобны характеристикам двигателя независимого возбуждения в режиме динамического торможения, (см. рис. 5.9).

Во втором случае, схема которого показана на рис. 5.19, двигатель при отключении контактов КМ и замыкании контактов КВ работает как генератор с самовозбуждением. При переходе из двигательного режима в тормозной необходимо сохранить направление тока в обмотке возбуждения во избежание размагничивания машины, так как при этом машина переходит в режим самовозбуждения. Механические характеристики такого режима представлены на рис. 5.20. Существует граничная скорость соф, ниже которой самовозбуждение машины не происходит.

Рис.5.19. Схема динамического торможения двигателя последовательного возбуждения

Рис. 5.20. Механические характеристики двигателя последовательного возбуждения в режиме динамического торможения с самовозбуждением

В режиме противовключения в цепь якоря включают добавочное сопротивление. На рис. 5.21 приведены механические характеристики двигателя для двух вариантов противовключения. Характеристика 1 получается, если при работе двигателя в направлении «вперед» В (точка с) изменить направление тока в обмотке возбуждения и ввести в цепь якоря добавочное сопротивление. Двигатель переходит в режим противовключения (точка а) с тормозным моментом Мторм.

Рис.5.21. Механические характеристики двигателя последовательного возбуждения в режиме противовключения

Если привод работает в режиме спуска груза, когда задача привода подтормаживать механизм подъема при работе в направлении «назад» Н, то двигатель включают в направлении «вперед» В, но с большим добавочным сопротивлением в цепи якоря. Работе привода соответствует точка b на механической характеристике 2. Работа в режиме противовключения сопряжена с большими потерями энергии.

Динамические характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения описывает система уравнений, вытекающих из (5.22), (5.23), (5.25) при переходе к операторной форме записи:

В структурной схеме (рис. 5.22) коэффициент а = Д/я) отражает кривую насыщения машины (см. рис. 5.12). Влиянием вихревых токов пренебрегаем.

Рис. 5.22. Структурная динамическая схема двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

Определить передаточные функции двигателя последовательного возбуждения аналитическим путем достаточно сложно, поэтому анализ переходных процессов производят методом компьютерного моделирования на основе схемы, приведенной на рис. 5.22.

Двигатели постоянного тока смешанного возбуждения имеют две обмотки возбуждения: независимую и последовательную. Вследствие этого их статические и динамические характеристики сочетают характерные свойства двух рассматриваемых ранее видов двигателей постоянного тока. К какому из видов больше принадлежит тот или иной двигатель смешанного возбуждения зависит от соотношения намагничивающих сил, создаваемых каждой из обмоток: в/ п.в = в / п.в я> где в’ п.в — число витков обмотки независимого и последовательного возбуждения.

Исходные уравнения двигателя смешанного возбуждения:

где /в, RB, wb — ток, сопротивление и число витков обмотки независимого возбуждения; Lm взаимная индуктивность обмоток возбуждения.

Уравнения установившегося режима:

Откуда уравнение электромеханической характеристики можно записать в виде:

В большинстве случаев обмотка последовательного возбуждения выполняется на 30. 40% МД С, тогда скорость идеального холостого хода превышает номинальную скорость двигателя примерно в 1,5 раза.

Источник

Adblock
detector