Электромеханическая характеристика двигателя с последовательным возбуждением

16 Электромеханические характеристики электродвигателей постоянного тока

15. Электромеханические характеристики электродвигателей постоянного тока.

В зависимости от способа подачи напряжения на обмотку возбуждения и обмотку якоря электрические машины постоянного тока делятся на:

1. генераторы (двигатели) с независимым возбуждением;

2. генераторы (двигатели) с самовозбуждением.

В зависимости от способа соединения обмотки якоря и обмотки возбуждения электрические машины с самовозбуждением делятся на:

1. генераторы (двигатели) с параллельным возбуждением;

2. генераторы (двигатели) с последовательным возбуждением;

3. генераторы (двигатели) смешанного возбуждения, имеют две обмотки возбуждения.

Электромеханические характеристики снимаются на электродвигателе — одна величина электрическая (Iн), другая- механическая (n или Мвр).

Электромеханические характеристики – это скоростная электромеханическая характеристика зависимости частоты вращения якоря от тока нагрузки n(Iн) и характеристика зависимости вращающего момента от тока нагрузки Мвр(Iн). Электромеханические характеристики снимаются при неизменном подаваемом напряжении.

15.1. Электродвигателя с параллельным возбуждением.

При изменении нагрузки (при изменении момента сопротивления) будет изменяться ток только в обмотке якоря, и не будет изменяться в обмотке возбуждения.

Вращающийся момент зависит только от тока нагрузки и характеристика будет иметь вид прямой линии.

Зависимость вращающегося момента от тока нагрузки.

, U =Const, С E = Const, ф = Const

При увеличении нагрузки частота вращения якоря будет уменьшаться только из-за увеличения падения напряжения в обмотке якоря. Но, т.к. сопротивление обмотки якоря мало, то и падение напряжения в обмотке якоря мало и составляет примерно 4 % от номинального напряжения при номинальном токе. Характеристика будет иметь вид прямой линии с малым наклоном и называется жесткой (когда при изменении одной величины в широких пределах другая величина изменяется незначительно).

При уменьшении нагрузки частота вращения якоря увеличивается, противо Э.Д.С. возрастает и при какой-то n величина наводимой в обмотке якоря Э.Д.С. сравнивается с приложенным напряжением.

При дальнейшем разгоне Э.Д.С. становится выше приложенного напряжения, ток по обмотке якоря пойдет в другом направлении уже под действием Э.Д.С. – двигатель автоматически перешел в генераторный режим.

Электромеханические характеристики для двигателя с независимым возбудителем, имеют внешний вид, подобный электромеханическим характеристикам двигателя с параллельным возбуждением из-за Ф = Const.

15.2.Электродвигателя с последовательным возбудителем.

Ток нагрузки равен току якоря и току возбуждения. При изменении нагрузки будет изменяться ток в обмотке якоря и одновременно в обмотке возбуждения, а, значит, будет изменяться и магнитный поток в соответствии с кривой намагничивания

где w — число витков.

Вращающий момент зависит от тока в квадрате и характеристика будет иметь вид параболы. Так происходит до магнитного насыщения полюсов. При дальнейшем увеличении нагрузки магнитный поток будет оставаться неизменным, вращающий момент будет зависеть только от тока и характеристика переходит в прямую линию.

Зависимость вращающегося момента от тока нагрузки.

При увеличении нагрузки частота вращения якоря будет уменьшаться из-за увеличения падения напряжения в обмотках двигателя и, в большей степени, из-за увеличения магнитного потока, что вызывает резкое понижение частоты вращения якоря. По мере роста тока нагрузки замедляется рост магнитного потока, а затем наступает магнитное насыщение полюсов (см. выше кривую намагничивания). При дальнейшем увеличении нагрузки магнитный поток остается постоянным, частота вращения якоря понижается только из-за увеличения падения напряжения в

Читайте также:  При запуске двигателя стартер молчит

обмотках двигателя. Характеристика переходит в прямую линию.

Скоростная электромеханическая характеристика мягкая.

При уменьшении нагрузки частота вращения увеличивается, но уменьшается и магнитный поток. Поэтому, наводимая противо Э.Д.С. в обмотке якоря не может преодолеть приложенное напряжение. Электродвигатели с последовательным возбуждением автоматически не переходят в генераторный режим.

Источник

Электромеханическая характеристика двигателя с последовательным возбуждением

Двигатель постоянного тока последовательного возбуждения представляет собой электрическую машину постоянного тока, в которой обмотка возбуждения подключена последовательно с обмоткой якоря. Для данного типа двигателей справедливо равенство: ток, протекающий в якорной обмотке, равен току в обмотке возбуждения I=I в =I я , что является его главной отличительной особенностью от остальных типов двигателей .

Рисунок 1 – Схема подключения ДПТ ПВ

Стоит обратить внимание на зависимость магнитного потока от нагрузки Ф=f(Iя). Если двигатель будет работать на 25% своей номинальной мощности или меньше, то магнитный поток будет крайне мал, что приведет к постоянному увеличению скорости вала. Препятствовать разгону будут лишь механические потери, и двигатель пойдет в «разнос» . Это приведет к быстрому выходу машины из строя. Все описанное в соответствии с формулой:

Исходя из вышесказанного, ДПТ ПВ нельзя использовать на холостом ходу , постоянно требуется контроль тока якоря. С этой целью последовательно с обмоткой возбуждения устанавливают минимальное токовое реле, которое замыкает якорную цепь только в том случае, если нагрузка на валу достаточна для поддержания номинальной работы двигателя.

Пуск двигателя производят с пусковым сопротивлением, также включенным последовательно в цепь якоря. После пуска это сопротивление выводят, и машина продолжает работать в номинальном режиме на своей естественной характеристике.

Механическая и электромеханическая характеристики ДПТ ПВ одинаковы и имеют гиперболический вид (рисунок 2).

Рисунок 2 – Механическая и электромеханическая характеристики ДПТ ПВ

Скорость вращения ротора двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением производится регулированием двух параметров:

— питающее напряжение;
— магнитный поток полюсов двигателя.

Для изменения скорости при помощи входного напряжения, в роторную цепь вводят специальное добавочное сопротивление, или же можно использовать пусковой реостат и для этой цели. Но следует заметить, данный способ является крайне неэкономичным и нецелесообразным, так как большое количество энергии будет рассеиваться на реостате.

Регулировка скорости изменением магнитного потока, осуществляется включением реостата параллельно обмотке возбуждения. Изменяя сопротивление – меняем ток, протекающий через обмотку возбуждения. Иногда обмотку возбуждения разбивают на несколько параллельных секций. В некоторых типах двигателей предусмотрена возможность отключения витков обмотки, так добиваются того же эффекта регулирования.

Тормозные режимы

В данном двигателе отсутствует режим генераторного торможения с отдачей энергии в сеть. На рисунке 2 вы можете видеть, что ветка гиперболы естественной характеристики не пересекает ось ординат (отрицательная скорость отсутствует).

Торможение противовключением получают путем переключения выводов якорной обмотки.

ДПТ ПВ нельзя соединять с механизмом при помощи ременной передачи, так как соскакивание или разрыв ремня приведет к разгрузке двигателя, что вызовет мгновенное повышение числа оборотов и последующему выходу из строя.

ДПТ ПВ нашли свое основное применение в качестве тяговых двигателей подвижного состава электровозов общего назначения, электровозов метрополитена и в трамваях.

Источник

Электромеханическая характеристика двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением

Особенностью двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением является то, что ток возбуждения одновременно является током якоря и зависит от нагрузки.

Читайте также:  Какое масло в двигатель лучше для лансера 10

Схема двигателя постоянного тока с последовательным возуждением.

Магнитный поток связан с током возбуждения, а соответственно и с током якоря нелинейным законом.

Характеристика связи магнитного потока двигателя постоянного тока с последовательным возуждением с током возбуждения и с током якоря.

Для того чтобы определить зависимость между скоростью и током якоря, заменим нелинейную зависимость 1 на линейную, продлив линейную часть характеристики 1. Тогда магнитный поток для характеристики 2 можно записать следующим образом:

Уравнение электромеханической характеристики двигателя с последовательным возбуждением:

Электромеханическая характеристика двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением.

Из формулы электромеханической характеристики видно, что зависимость между скоростью и током будет нелинейная и носит гиперболический характер.

Как видно из выражения механической характеристики, она будет иметь такой же характер, как и электромеханическая.

Проведем анализ электромеханической характеристики двигателя с последовательным возбуждением.

Как видно из характеристики, у этого типа двигателя будет отсутствовать точка идеального холостого хода и точка короткого замыкания. Это означает, что для этого типа двигателя нельзя использовать режим рекуперативного торможения.

В связи с тем, что у этого типа двигателя отсутствует точка холостого хода, скорость вращения двигателя при малых нагрузках стремится к бесконечности, поэтому не допускается включать двигатель с последовательным возбуждением без нагрузки на его валу.

Благодаря наличию области низких скоростей (так называемая, область ползучих скоростей), двигатель с последовательным возбуждением используется в тяговом электроприводе.

Источник

ДПТ последовательного возбуждения

В этом двигателе обмотка возбуждения включена последова­тельно в цепь якоря (рис. 29.9, а), поэтому магнитный поток Ф в нем зависит от тока нагрузки I = Ia = Iв. При небольших нагрузках магнитная система машины не насыщена и зависимость магнитно­го потока от тока нагрузки прямо пропорциональна, т. е. Ф = kф Ia (kф — коэффициент пропорциональности). В этом случае найдем электромагнитный момент:

Формула частоты вращения примет вид

На рис. 29.9, б представлены рабочие характеристики M = F(I) и n= (I) двигателя последовательного возбуждения. При больших нагрузках наступает насыщение магнитной системы двигателя. В этом случае магнитный поток при возрастании нагрузки практически не изменяется и характеристики двигате­ля приобретают почти прямолинейный характер. Характери­стика частоты вращения двигателя последовательного возбуж­дения показывает, что частота вращения двигателя значительно меняется при изменениях нагрузки. Такую характеристику принято называть мягкой.

Рис. 29.9. Двигатель последовательного возбуждения:

а — принципиальная схема; б — рабочие характеристики; в — механические характеристики; 1 — естественная характеристика; 2 — искусственная характе­ристика

При уменьшении нагрузки двигателя последовательного воз­буждения частота вращения резко увеличивается и при нагрузке меньше 25% от номинальной может достигнуть опасных для дви­гателя значений («разнос»). Поэтому работа двигателя последова­тельного возбуждения или его пуск при нагрузке на валу меньше 25% от номинальной недопустима.

Для более надежной работы вал двигателя последовательного возбуждения должен быть жестко соединен с рабочим механиз­мом посредством муфты и зубчатой передачи. Применение ремен­ной передачи недопустимо, так как при обрыве или сбросе ремня может произойти «разнос» двигателя. Учитывая возможность ра­боты двигателя на повышенных частотах вращения, двигатели по­следовательного возбуждения, согласно ГОСТу, подвергают ис­пытанию в течение 2 мин на превышение частоты вращения на 20% сверх максимальной, указанной на заводском щите, но не меньше чем на 50% сверх номинальной.

Механические характеристики двигателя последовательного возбуждения n=f(M) представлены на рис. 29.9, в. Резко падающие кривые механических характеристик (естественная 1 и искус­ственная 2) обеспечивают двигателю последовательного возбуж­дения устойчивую работу при любой механической нагрузке. Свойство этих двигателей развивать большой вращающий момент, пропорциональный квадрату тока нагрузки, имеет важное значе­ние, особенно в тяжелых условиях пуска и при перегрузках, так как с постепенным увеличением нагрузки двигателя мощность на его входе растет медленнее, чем вращающий момент. Эта особенность двигателей последовательного возбуждения является одной из причин их широкого применения в качестве тяговых двигателей на транспорте, а также в качестве крановых двигателей в подъем­ных установках, т. е. во всех случаях электропривода с тяжелыми условиями пуска и сочетания значительных нагрузок на вал двига­теля с малой частотой вращения.

Читайте также:  После 3000 оборотов двигатель ревет

Номинальное изменение частоты вращения двигателя после­довательного возбуждения

где n[0,25] — частота вращения при нагрузке двигателя, составляю­щей 25% от номинальной.

Частоту вращения двигателей последовательного возбуждения можно регулировать изменением либо напряжения U, либо маг­нитного потока обмотки возбуждения. В первом случае в цепь якоря последовательно включают регулировочный реостат Rрг (рис. 29.10, а). С увеличением сопротивления этого реостата уменьшаются напряжение на входе двигателя и частота его вра­щения. Этот метод регулирования применяют главным образом в двигателях небольшой мощности. В случае значительной мощно­сти двигателя этот способ неэкономичен из-за больших потерь энергии в Rрг . Кроме того, реостат Rрг , рассчитываемый на рабочий ток двигателя, получается громоздким и дорогостоящим.

При совместной работе нескольких однотипных двигателей частоту вращения регулируют изменением схемы их включения относительно друг друга (рис. 29.10, б). Так, при параллельном включении двигателей каждый из них оказывается под полным напряжением сети, а при последовательном включении двух дви­гателей на каждый двигатель приходится половина напряжения сети. При одновременной работе большего числа двигателей воз­можно большее количество вариантов включения. Этот способ регулирования частоты вращения применяют в электровозах, где установлено несколько одинаковых тяговых двигателей.

Изменение подводимого к двигателю напряжения возможно при питании двигателя от источника постоянного тока с регулируемым напряжением (например, по схеме, аналогичной рис. 29.6, а). При уменьшении подводимого к двигателю напряжения его механические характеристики смещаются вниз, практически не меняя своей кривизны (рис. 29.11).

Рис. 29.11. Механические характеристики двигателя последовательного возбуждения при изменении подводимого напряжения

Регулировать частоту вращения двигателя изменением маг­нитного потока можно тремя способами: шунтированием обмотки возбуждения реостатом rрг, секционированием обмотки возбужде­ния и шунтированием обмотки якоря реостатом rш. Включение реостата rрг, шунтирующего обмотку возбуждения (рис. 29.10, в), а также уменьшение сопротивления этого реостата ведет к сниже­нию тока возбуждения Iв = Ia — Iрг, а следовательно, к росту частоты вращения. Этот способ экономичнее предыдущего (см. рис. 29.10, а), применяется чаще и оценива­ется коэффициентом регули­рования

Обычно сопротивление рео­стата rрг принимается таким, чтобы kрг >= 50%.

При секционировании об­мотки возбуждения (рис. 29.10, г) отключение части витков об­мотки сопровождается ростом частоты вращения. При шунти­ровании обмотки якоря реоста­том rш (см. рис. 29.10, в) увели­чивается ток возбуждения Iв = Ia+Iрг, что вызывает уменьшение частоты вращения. Этот способ регулирования, хотя и обеспечивает глубокую регулировку, неэкономичен и применяется очень редко.

Рис. 29.10. Регулирование частоты вращения двигателей последователь­ного возбуждения.

Источник

Adblock
detector