Характеристики двигателя с последовательным возбуждением

Особенностью двигателя этого типа является то, что ток в обмотке возбуждения тот же, что и в якорной обмотке. Поэтому при изменении нагрузки двигателя его магнитный поток также изменяется в широких пределах (I_a = I_в). Схема двигателя представлена на рис. 11.1.

Рис. 11.1. Схема двигателя последовательного возбуждения

Электромеханическая характеристика n = f(I_a) при U = const

.

Предположим:

1) , так как R_a очень мало;

2) магнитная система не насыщена, т.е. (область (0 – а) на рис. 11.2).

Тогда ,

т.е. . Таким образом, электромеханическая характеристика будет иметь вид гиперболы (рис. 11.3, кривая 1).

При нарушении пропорциональности между Ф и I_a поток возрастает медленнее, поэтому зависимость пройдет по кривой 2 (рис. 11.3).

Анализируя выражение , то с ростом I_a это выражение будет увеличиваться, а зависимость пройдет по кривой 3 (рис. 11.3).

При изменении нагрузки (тока I_a) скорость вращения изменяется в широких пределах. В данном случае имеет место мягкая характеристика, поэтому нельзя допускать, чтобы двигатель последовательного возбуждения работал в режиме холостого хода. Это приводит к работе двигателя вразнос (частота вращения n_хх ®¥ при I_a0), что в свою очередь может привести к его поломке.

Моментная характеристика М₂ = f(I_a) при U = const (рис. 11.4)

,

до насыщения , так как , то ; так как , то , т.е. зависимость – квадратичная.

Рис. 11.4. Моментные характеристики двигателя: 1 – без учета насыщения МЭ = f(Ia); 2 – с учетом насыщения МЭ = f(Ia); 3 – с учетом насыщения М2 = f(Ia)

Механическую характеристику (рис. 11.5) n = f(М₂) при U = const можно получить построением из двух предыдущих характеристик или объяснить теоретически.

Такие характеристики называются мягкими:

.

Рис. 11.5. Механические характеристики двигателя

Учитывая, что , а , для ненасыщенной системы , тогда и, принимая , получим

.

72. Основные уравнения двигателей постоянного тока

Основное уравнение выражает, что напряжение сети U уравновешивается падением напряжения в обмотке якоря и противоэдс

, (9.1)

где ; – постоянная машины по эдс.

Уравнения (9.1) умножим на I_a

,

,

где Р_эл – электрические потери мощности; P_Э – электромагнитная мощность двигателя.

Электромагнитной мощностью называется та часть мощности на входе P₁, которая в процессе работы преобразуется в механическую мощность вращения якоря

,

где P₂ – механическая полезная мощность на валу; Р_мех – механические потери мощности; Р_мг – магнитные потери мощности.

,

.

Таким образом, машина развивает электромагнитный момент

, (9.2)

в то же время , (9.3)

где М₂ – полезный момент на валу двигателя, определяется моментом сопротивления рабочего механизма; М₀ – момент холостого хода, идущий на преодоление сил трения в самом двигателе; М_j – динамический момент, возникающий при изменении скорости вращения,

,

где J – момент инерции.

Если – ускорение двигателя;

– замедление двигателя;

, то и , тогда ,

где M_C – момент сопротивления рабочего механизма, Н× м.

Тогда электромагнитный момент определится по формуле:

,

.

Анализ выражений (9.2) и (9.3) показывает, что с увеличением момента на валу M₂, возрастает электромагнитный момент М_Э и электромагнитная мощность P_Э, а также входная мощность . Но так как , то увеличение нагрузки двигателя сопровождается ростом тока в обмотке якоря I_a.

73. Пуск в ход двигателей постоянного тока

Из уравнения (9.1) получим выражение для тока якоря:

.

При пуске двигателя n = 0, следовательно, Е = 0, тогда .

Пример: P_1н = 10 кВт; U_сети = 110 В; R_a = 0, 08 Ом.

Определить величину I_пуск при прямом пуске:

.

А номинальный ток:

,

.

Такой пусковой ток весьма опасен для двигателя, так как создает:

-ударный момент;

-искрение на коллекторе;

-падение напряжения в сети;

-нагрев двигателя.

Для ограничения пускового тока на время пуска вводят сопротивление R_пуск такой величины, чтобы ток якоря составлял (1, 5¸ 2) I_{а ном}:

.

По мере разгона двигателя появляется и увеличивается эдс Е, следовательно, ток I_a и момент уменьшаются, поэтому R_пускнадо выводить из цепи якоря:

.

Устройство реостатов рассмотреть самостоятельно.