Вопрос Работа машины постоянного тока в режиме двигателя. Двигатель постоянного тока с независимым возбуждением

Вопрос. Режимы работы машин постоянного тока.

Электрическая машина постоянного тока может работать в режиме генератора, двигателя и электромагнитного тормоза.

Если к зажимам обмотки вращающегося якоря присоединить нагрузку, то под действием ЭДС якоря в цепи возникает ток. Машина будет работать в режиме генератора. Напряжение на его зажимах меньше ЭДС якоря на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении якоря U = Е _а – R _а· I _а.

В результате взаимодействия тока якоря и поля возбуждения в машине создается электромагнитный момент. Этот момент будет тормозным по отношению к моменту первичного двигателя, вращающего якорь (ротор).

Если подать напряжение (от какого-нибудь источника) на зажимы обмотки неподвижного якоря, то в цепи якоря начнет протекать ток. Взаимодействие этого тока с полем возбуждения приведет к появлению вращающего момента. Если этот момент больше тормозного момента на валу (вызванного трением в подшипниках, вентиляцией, нагрузкой), то ротор начнет раскручиваться и достигнет установившейся скорости. Машина будет работать в двигательном режиме. Приложенное к якорю напряжение будет больше ЭДС, индуцированной в обмотке якоря, на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении U = Е _а + R _а· I _а.

Итак, одна и та же машина постоянного тока может работать как генератором, так и двигателем. Это есть подтверждение свойства обратимости электрических машин.

Если момент нагрузки (например, при подъеме груза) станет больше вращающего момента двигателя, то он сначала остановится, а затем начнет вращаться в обратном направлении. При этом ЭДС якоря изменит направление. Двигатель окажется в режиме электромагнитного тормоза. Теперь ток в цепи создается суммой прикладываемого напряжения и ЭДС якоря и может существенно возрасти. U + Е _а = R _а· I _а.

Для перевода двигателя в режим электромагнитного тормоза нужно поменять полярность обмотки якоря. Изменяется направление момента, развиваемого машиной, и двигатель быстро затормаживается.

При включении двигателя постоянного тока в сеть под действие ем приложенного напряжения протекает ток как в обмотке якоря, так и в обмотке возбуждения. Ток возбуждения возбуждает магнитный поток полюсов.

В результате взаимодействия тока в провод­никах обмотки якоря с магнитным полем по­люсов создается вращающий момент и якорь машины приходит во вращение. Таким обра­зом, электрическая энергия, полученная ма­шиной из сети источника энергии, преобразу­ется в энергию механическую.

Механические силы создаются в результаты взаимодействия магнитного поля полюсов с то­ками в проводах обмотки якоря. Проводники обмотки якоря уложены в пазах, т. е. окружены сталью зубцов якоря, и эти силы в основном будут приложены к зубцам, так как магнитная проницаемость стали зубцов во много раз боль­ше магнитной проницаемости немагнитной среды пазов, в которой находятся проводники обмотки якоря. Положим, что генератор параллельного возбуждения работает на сеть большой мощности (рис. 149). Ток нагрузки генератора оп­ределяется следующим выражением:

где I — ток в обмотке якоря, r_н — сопротивление цепи этой обмотки, E —э. д. с, индуктируемая в этой же обмотке, U — напряжение сети.

Направление э. д. с. и тока в активных проводах якоря показа­ло на схеме (рис. 150,а). Машина развивает электромагнитный мо­мент Мэ, являющийся тормозным, т. е. потребляет механическую энергию и вырабатывает энергию электрическую.Если посредством регулировочного сопротивления понизить ток возбуждения, то уменьшится как магнитный поток, так и э. д. с, индуктируемая в обмотке якоря. Это вызовет уменьшение нагруз­ки генератора. Изменяя сопротивление регулировочного реостата, можно довести ток возбужде­ния до такой величины, при которой э. д. с. в обмотке якоря равна напряжению сети (Е=U)) и ток в якоре равен нулю, т. е. генератор работает вхолостую.

Если ток возбуждения ока­жется меньше тока, соответст­вующего холостой работе гене­ратора, то э. д. с. обмотки яко­ря будет меньше напряжения сети, и ток в якоре изменит на­правление на обратное (рис. 150, б).

При изменении направления I тока в проводниках обмотки якоря также изменится направление электромагнитного момента Мэ, развиваемого машиной, т. е. момент станет вращающим. Таким образом, машина, потребляя электрическую энергию, вырабатыва­ет энергию механическую, т. е. работает двигателем.

Если отключить первичный двигатель, то якорь машины будет продолжать вращаться под действием развиваемого электромаг­нитного момента Мэ.

При вращении якоря в проводниках его обмотки индуктирует­ся э. д. с, направление которой противоположно направлению тока. Поэтому ее называют противо-э. д. с. или обратной э. д. с. Противо-э. д. с. играет роль регулятора потребляемой мощности, т. е. изменение потребляемого тока происходит вследствие из­менения противо-э. д. с. Противо-э. д. с. равна:

Вращающий момент, развиваемый двигателем,

Приложенное напряжение уравновешено противо-э. д. с. и па­дением напряжения в сопротивлении обмотки якоря и щеточных Контактов. Поэтому для двигателя уравнение равновесия э. д. с. примет следующий вид: , где Е — составляющая приложенного напряжения, которая уравн0ч вешивает противо-э. д. с, т. е. величина, обратная противо. э. д. с. Ток в обмотке якоря определяется следующим выражением

Число оборотов якоря двигателя

Условием установившегося режима работы двигателя является равенство моментов вращающего и тормозного. Если вращающий момент, развиваемый двигателем Мэ, уравновешен тормозным моментом на валу Мт, то скорость вращения якоря остается постоян­ной. При нарушении равновесия моментов появляется дополнитель­ный момент, создающий положительное или отрицательное уско­рение вращения якоря.

Если увеличить нагрузку (тормозной момент на валу двигателя Мт),то равновесие моментов нарушится (МЭ<.МТ) и скорость вра­щения якоря начнет уменьшаться.При уменьшении скорости вращения якоря уменьшается также противо-э. д. с, что вызывает увеличение как тока в якоре, так и вращающего момента двигателя. Изменение скорости вращения, противо-э. д. с. и тока в якоре происходит до восстановления рав­новесия моментов, т. е. до тех пор, пока вращающий момент не окажется вновь равным тормозному моменту на валу двигателя.Если равновесие моментов не восстанавливается и тормозной момент остается всегда больше момента врашающего (Мт>Мэ), скорость вращения уменьшается непрерывно до остановки двига­теля. Такие случаи могут возникать при больших тормозных мо­ментах на валу и значительных понижениях напряжения сети.

При уменьшении нагрузки на валу двигателя (МЭ>Мт) ско­рость вращения якоря начнет увеличиваться, что вызывает увели­чение противо-э. д. с. в его обмотке. Ток в обмотке якоря начнет уменьшаться, уменьшая вращающий момент двигателя. Измене­ние скорости, противо-э. д. с. и тока в якоре будет протекать так­же до восстановления равновесия моментов (Мэ=Мт).

Однако в двигателях постоянного тока сравнительно часто создаются условия, при которых равновесие моментов не восстана­вливается при любом изменении скорости, так что вращающий мо­мент всегда остается больше тормозного момента на валу двига­теля (МЭ>Мт). В таких случаях скорость вращения якоря непре­рывно увеличивается, теоретически стремясь к бесконечности. Практически при значительном превышении номинальной скорости машина разрушается — разрываются бандажи, скрепляющие ло­бовые соединения обмотки, проводники обмотки выходят из пазов и т. д. Такой аварийный режим называется разносом двигателя. Направление вращения якоря двигателя зависит от полярности полюсов и от направления тока в проводниках обмотки якоря. Таким образом, для реверсирования двигателя, т. е. для изменения подавления вращения якоря, нужно либо изменить полярность полюсов, переключив обмотку возбуждения, либо изменить направ­ление тока в обмотке якоря. Обмотка возбуждения обладает значительной индуктивностью, переключение ее нежелательно. Поэтому реверсирование двигателей постоянного тока обычно заключается в переключении об­мотки якоря.

ДПТ с независимым возбуждением применяются в тех случаях, когда U на зажимах якоря изменяется в процессе работы или U возбуждения отличается по значению от напряжения якоря. Характеристики ДПТ с независимым возбуждением аналогичны характеристикам ДПТ с параллельным возбуждением, которые получили наибольшее распространение.

В двигателях с параллельным возбуждением общий ток Iн, потребляемый двигателем из сети, больше тока I_я на значение тока I_в I_н = I_я + I_в

Составим уравнение механической характеристики.

Из уравнения Е = С _Е n Ф имеем: (*)

Здесь С зависит прямо пропорционально от числа пар полюсов, числа проводников в обмотке якоря и обратно пропорционально от количества якорных обмоток.

Выразим I_я из уравнения М =С_М Ф I_я

Подставляя I_я в уравнение (*), получим (**)

При Iя = 0 и М = 0 скорость вращения ХХ

С увеличением нагрузки (момента и тока якоря) скорость вращения n уменьшается.

Дата добавления: 2015-05-06