Двигуни паралельного збудження

1. Природні швидкісна і механічна характеристики Розглянемо більш докладно характеристики двигуна паралельного...
2. Регулювання швидкості опором в ланцюзі якоря, штучні механічна і швидкісна характеристики
3. Регулювання швидкості за допомогою зміни напруги якоря
4. робочі характеристики

Природні швидкісна і механічна характеристики

Наша взаимовыгодная связь https://banwar.org/

Розглянемо більш докладно характеристики двигуна паралельного збудження, які визначають його робочі властивості.

Швидкісна і механічна характеристики двигуна визначаються рівностями (7) і (9), представленими в статті " Загальні відомості про двигуни постійного струму ", При U = const і i в = const. При відсутності додаткового опору в ланцюзі якоря ці характеристики називаються природними.

Якщо щітки знаходяться на геометричної нейтрали , При збільшенні I а потік Фδ трохи зменшиться внаслідок дії поперечної реакції якоря . В результаті цього швидкість n, відповідно до виразу (7), представленому в статті " Загальні відомості про двигуни постійного струму ", Буде прагне зрости. З іншого боку, падіння напруги R а × I а викликає зменшення швидкості. Таким чином, можливі три види швидкісної характеристики, зображені на рис. 1: 1 - при переважанні впливу R а × I а; 2 - при взаємній компенсації впливу R а × I а і зменшення Фδ; 3 - при переважанні впливу зменшення Фδ.

З огляду на те що зміна Фδ щодо мало, механічні характеристики n = f (M) двигуна паралельного збудження, що визначаються рівністю (9), представленим в статті " Загальні відомості про двигуни постійного струму ", При U = const і i в = const збігаються з вигляду з характеристиками n = f (I а) (рисунок 1). З цієї ж причини ці характеристики практично прямолінійні.

Характеристики виду 3 (рисунок 1) неприйнятні за умовами стійкої роботи (дивіться статтю " Регулювання швидкості обертання і стійкість роботи двигунів постійного струму "). Тому двигуни паралельного збудження виготовляються зі злегка падаючими характеристиками виду 1 (рисунок 1). У сучасних високоіспользованних машинах через досить сильного насичення зубців якоря вплив поперечної реакції якоря може бути настільки великим, що отримати характеристику виду 1 (рисунок 1) неможливо. Тоді для отримання такої характеристики на полюсах поміщають слабку послідовну обмотку збудження приголосного включення, сила, що намагнічує якої становить до 10% від сили, що намагнічує паралельної обмотки збудження. При цьому зменшення Фδ під впливом поперечної реакції якоря частково або повністю компенсується. Таку послідовну обмотку збудження називають стабілізуючою, а двигун з такою обмоткою як і раніше називається двигуном паралельного збудження.

Зміна швидкості обертання Δ n (рисунок 1) при переході від холостого ходу (I а = I а0) до номінальної навантаженні (I а = I ан) у двигуна паралельного збудження при роботі на природній характеристиці мало і складає 2 - 8% від n н . Такі слабо падаючі характеристики називаються жорсткими. Двигуни паралельного збудження з жорсткими характеристиками застосовуються в установках, в яких потрібно, щоб швидкість обертання при зміні навантаження зберігалася приблизно постійною (металорізальні верстати та інше).

Регулювання швидкості за допомогою ослаблення магнітного потоку

Регулювання швидкості за допомогою ослаблення магнітного потоку проводиться зазвичай за допомогою реостата в ланцюзі збудження R р.в (дивіться малюнок 1, б в статті " Загальні відомості про генераторах постійного струму "І малюнок 1 в статті" Пуск двигунів постійного струму "). При відсутності додаткового опору в ланцюзі якоря (R ра = 0) і U = const характеристики n = f (I а) і n = f (M), що визначаються рівностями (7) і (9), представленими в статті" Загальні відомості про двигуни постійного струму ", Для різних значень R р.в, i в або Фδ мають вигляд, показаний на малюнку 2. Всі характеристики n = f (I а) сходяться на осі абсцис (n = 0) в загальній точці при досить великому струмі I а, який, згідно з виразом (5), представленому в статті " Загальні відомості про двигуни постійного струму ", Дорівнює

I а = U / R а.

Однак механічні характеристики n = f (M) перетинають вісь абсцис в різних точках.

Нижня характеристика на малюнку 2 відповідає номінальному потоку. Значення n при сталому режимі роботи відповідають точкам перетину розглянутих характеристик з кривою M ст = f (n) для робочої машини, з'єднаної з двигуном (жирна штриховая лінія на малюнку 2).

Точка холостого ходу двигуна (M = M 0, I а = I а0) лежить кілька правіше осі ординат на малюнку 2. Зі збільшенням швидкості обертання n внаслідок збільшення механічних втрат M 0 і I а0 також збільшуються (тонка штрихова лінія на малюнку 2).

Якщо в цьому режимі за допомогою прикладеного ззовні моменту обертання почати збільшувати швидкість обертання n, то E а [дивіться вираз (6) у статті " Загальні відомості про двигуни постійного струму "] Буде збільшуватися, а I а і M будуть, згідно равенствам (5) і (8), представленим в статті" Загальні відомості про двигуни постійного струму ", Зменшуватися. При I а = 0 і M = 0 механічні та магнітні втрати двигуна покриваються за рахунок підводиться до валу механічної потужності, а при подальшому збільшенні швидкості I а і M змінять знак і двигун перейде в генераторний режим роботи (ділянки характеристик на малюнку 2 лівіше осі ординат).

Двигуни загального застосування допускають за умовами комутації регулювання швидкості ослабленням поля в межах 1: 2. Виготовляються також двигуни з регулюванням швидкості таким способом в межах до 1: 5 або навіть 1: 8, але в цьому випадку для обмеження максимального напруги між колекторними пластинами необхідно збільшити повітряний зазор, регулювати потік по окремих групах полюсів (дивіться статтю " Регулювання швидкості обертання і стійкість роботи двигунів постійного струму ") Або застосувати компенсаційну обмотку . Вартість двигуна при цьому збільшується.

Регулювання швидкості опором в ланцюзі якоря, штучні механічна і швидкісна характеристики

Якщо послідовно в ланцюг якоря включити додатковий опір R ра (рисунок 3, а), то замість виразів (7) та (9), представлених в статті " Загальні відомості про двигуни постійного струму ", Отримаємо

Опір R ра може бути регульованим і має бути розраховане на тривалу роботу. Ланцюг порушення повинна бути включена на напругу мережі.

Малюнок 3. Схема регулювання швидкості обертання двигуна паралельного збудження за допомогою опору в ланцюзі якоря (а) і відповідні механічні та швидкісні характеристики (б)

Характеристики n = f (M) і n = f (I а) для різних значень R ра = const при U = const і i в = const зображені на малюнку 3, б (R РА1 <R РА2 <R ра3). Верхня характеристика (R ра = 0) є природною. Кожна з характеристик перетинає вісь абсцис (n = 0) в точці, для якої

Продовження цих характеристик під віссю абсцис на малюнку 3 відповідають гальмування двигуна противовключением. В цьому випадку n <0, е. д. з. E а має протилежний знак і складається з напругою мережі U, внаслідок чого

а момент двигуна M діє проти напрямку обертання і є тому гальмуючим.

Якщо в режимі холостого ходу (I а = I а0) за допомогою прикладеного ззовні моменту обертання почати збільшувати швидкість обертання, то спочатку досягається режим I а = 0, а потім I а змінить напрямок і машина перейде в режим генератора (ділянки характеристик на малюнку 3, б зліва від осі ординат).

Як видно з рисунку 3, б, при включенні R ра характеристики стають менш жорсткими, а при великих значеннях R ра - круто падаючими, або м'якими.

Якщо крива моменту опору M ст = f (n) має вигляд, зображений на малюнку 3, б жирної штриховий лінією, то значення n при сталому режимі роботи для кожного значення R ра визначаються точками перетину відповідних кривих. Чим більше R ра, тим менше n і нижче коефіцієнт корисної дії (к. П. Д.).

Регулювання швидкості за допомогою зміни напруги якоря

Регулювання швидкості за допомогою зміни напруги якоря може здійснюється за допомогою агрегату "генератор - двигун" (Г - Д), званого також агрегатом Леонарда (рисунок 4). В цьому випадку первинний двигун ПД (змінного струму, внутрішнього згоряння і тому подібний) обертає з постійною швидкістю генератор постійного струму Г. Якір генератора безпосередньо підключений до якоря двигуна постійного струму Д, який служить приводом робочої машини РМ. Обмотки збудження генератора ОВГ і двигуна ОВС харчуються від незалежного джерела - мережі постійного струму (рисунок 4) або від збудників (невеликих генераторів постійного струму) на валу первинного двигуна ПД. Регулювання струму збудження генератора i в.г повинно проводитися практично від нуля (на малюнку 4 за допомогою реостата, включеного по потенциометрической схемою). При необхідності реверсування двигуна можна змінити полярність генератора (на малюнку 4 за допомогою перемикача П).

Малюнок 4. Схема агрегату "генератор - двигун" для регулювання швидкості двигуна незалежного збудження

Пуск двигуна Д і регулювання його швидкості здійснюють наступним чином. При максимальному i В.Д і i в.г = 0 виробляють пуск первинного двигуна ПД. Потім плавно збільшують i в.г, і при невеликій напрузі генератора U двигун Д прийде в обертання. Регулюючи, далі, U в межах до U = U н, можна отримати будь-які швидкості обертання двигуна до n = n н. Подальше збільшення n можливо шляхом зменшення i с.д. Для реверсування двигуна зменшують i в.г до нуля, перемикають ОВГ і знову збільшують i в.г від значення i в.г = 0.

Коли робоча машина створює різко пульсуючу навантаження (наприклад, деякі прокатні стани) і небажано, щоб піки навантаження повністю передавалися первинного двигуна або в мережу змінного струму , Двигун Д можна забезпечити маховиком (агрегат Г - Д - М, або агрегат Леонарда - Ільгнера). В цьому випадку при зниженні n під час піку навантаження частина цього навантаження покривається за рахунок кінетичної енергії маховика. Ефективність дії маховика буде більше при більш м'якою характеристиці двигуна ПД або Д.

Останнім часом все частіше двигун ПД і генератор Г замінюють напівпровідникових випрямлячем з регульованою напругою. В цьому випадку розглянутий агрегат називають також вентильним (тиристорним) приводом.

Розглянуті агрегати використовуються при необхідності регулювання швидкості обертання двигуна з високим к. П. Д. В широких межах - до 1: 100 і більше (великі металорізальні верстати, прокатні стани і так далі).

Відзначимо, що зміна U з метою регулювання n за схемою малюнка 1, б, показаного в статті " Загальні відомості про генераторах постійного струму "І малюнка 3, а, не дає бажаних результатів, так як одночасно зі зміною напруги ланцюга якоря змінюється пропорційно U також струм збудження. Так як регулювання U можна робити тільки від значення U = U н вниз, то незабаром магнітна ланцюг виявиться насиченою, внаслідок чого U і i в змінюватимуться пропорційно один одному. Відповідно до рівності (7), представленому в статті " Загальні відомості про двигуни постійного струму "), N при цьому істотно не змінюється.

Останнім часом все більше поширюється так зване імпульсне регулювання двигунів постійного струму. При цьому ланцюг якоря двигуна живиться від джерела постійного струму з постійною напругою через тиристори, які періодично, з частотою 1 - 3 кГц включаються і відключаються. Щоб згладити при цьому криву струму якоря, на його затискачах підключаються конденсатори. Напруга на затискачах якоря в цьому випадку практично постійно і пропорційно відношенню часу включення тиристорів на час тривалості всього циклу. Таким чином, імпульсний метод дозволяє регулювати швидкість обертання двигуна при його живленні від джерела з постійною напругою в широких межах без реостата в ланцюзі якоря і практично без додаткових втрат. Таким же чином, без пускового реостата і без додаткових втрат, може проводитися пуск двигуна.

Імпульсний спосіб регулювання в економічному відношенні дуже вигідний для управління двигунами, що працюють в режимах змінної швидкості обертання з частими пусками, наприклад електрифікованим транспорті.

робочі характеристики

Робочі характеристики являють собою залежності споживаної потужності P 1, споживаного струму I, швидкості n, моменту M, і к. П. Д. Η від корисної потужності P 2 при U = const і незмінних положеннях регулюючих реостатов. Робочі характеристики двигуна паралельного збудження малої потужності при відсутності додаткового опору в ланцюзі якоря представлені на малюнку 5.

Одночасно зі збільшенням потужності на валу P 2 зростає і момент на валу M. Оскільки зі збільшенням P 2 і M швидкість n дещо зменшується, то M ~ P 2 / n зростає трохи швидше P 2. Збільшення P 2 і M, природно, супроводжується збільшенням струму двигуна I. Пропорційно I зростає також споживана з мережі потужність P 1. При холостому ході (P 2 = 0) к. П. Д. Η = 0, потім зі збільшенням P 2 спочатку η швидко зростає, але при великих навантаженнях в зв'язку з великим зростанням втрат в ланцюзі якоря η знову починає зменшуватися.

Джерело: Вольдек А. І., "Електричні машини. Підручник для технічних навчальних закладів" - 3-е видання, перероблене - Ленінград: Енергія, 1978 - 832с.