Область применения

Естественная, скоростная и механическая характеристики.

Двигатели последовательного возбуждения.

В двигателе последовательного возбуждения ток якоря одновременно является также током возбуждения:

Поэтому поток Ф_δ изменяется в широких пределах и можно написать, что

(8.24)

При использовании соотношения (8.24) для двигателя последовательного возбуждения вместо выражений (8.21), (8.23) и (8.22) получим:

(8.25)

(8.26)

(8.27)

Скоростная характеристика двигателя [см. выражение (8.25)], представленная на рис. 8.13 [кривая 2(посл)] является мягкой и имеет гиперболический характер.

Из графика [рис. 8.13 кривая 2(посл)] видно, что при малой (25%) нагрузке частота вращения резко возрастает и становится опасной для механической прочности двигателя. Двигатель «идет в разнос», поэтому двигатели с последовательным возбуждением нельзя пускать в ход вхолостую или при нагрузке менее 25%.

Поскольку у двигателей с параллельным возбуждением M~I, а у двигателей с последовательным возбуждением M~I², то последние развивают значительно больший пусковой момент по сравнению с двигателями параллельного возбуждения (кривая 2, рис. 8.13). Кроме того, у двигателей параллельного возбуждения n≈const, а у двигателей последовательного возбуждения согласно (8.25) и (8.26)

Поэтому у двигателей параллельного возбуждения

,

а у двигателей последовательного возбуждения

Таким образом, у двигателей последовательного возбуждения при изменении момента нагрузки мощность изменяется в меньших пределах, чем у двигателей параллельного возбуждения.

Поэтому для двигателей последовательного возбуждения менее опасны перегрузки по моменту. В связи с этим двигатели последовательного возбуждения имеют существенное преимущество в случае тяжёлых условий пуска и изменения нагрузки в широких пределах.

Они широко применяются для электрической тяги (трамвай, метро, троллейбус, электровозы и тепловозы на железных дорогах) и в подъёмно-транспортных установках.

Двигатели смешанного возбуждения (рис. 8.14 в)

При встречном включении последовательной обмотки возбуждения двигателя смешанного возбуждения поток Ф с увеличением нагрузки будет уменьшаться. Вследствие этого характеристики n=f(I) и n = f(M) будут иметь вид 3' на рис. 8.13. Так как работа при этом обычно неустойчива, то двигатели с встречным включением последовательной обмотки возбуждения не применяются.

При согласном включении последовательной обмотки возбуждения поток Ф с увеличением нагрузки возрастает. Поэтому такой двигатель имеет более мягкую механическую характеристику по сравнению с двигателем последовательного возбуждения – рис. 8.13, кривая 3 (СМ).

Двигатели смешанного возбуждения применяются в условиях, когда требуется большой пусковой момент, быстрое ускорение при пуске и допустимы значительные изменения скорости вращения при изменении нагрузки.

В связи с этим двигатели смешанного возбуждения применяются для привода на постоянном токе компрессоров, строгальных станков, печатных машин, прокатных станов, подъемников и т.д. В последнее время двигатели смешанного возбуждения используются также для электрической тяги, так как при этом легче чем в случае применения двигателей последовательного возбуждения, осуществляется торможение подвижных составов с возвращением энергии в контактную сеть постоянного тока путем перевода машины в генераторный режим работы.

Зависимость n = f₁(I_Я) [см. формулу (8.21)] называется скоростной характеристикой:

,

где n₀=U/C_EФ₀ - частота вращения при идеальном холостом ходе.

В двигателе с параллельным возбуждением (рис. 8.13 а) можно считать, что

I_В=constUФ₀= const.

Поэтому зависимость n = f₁(I_Я) линейная [рис. 8.12].

В двигателе с последовательным возбуждением (рис. 8.14 б), если пренебречь насыщением магнитной цепи, магнитный поток будет пропорционален току якоря I_Я,т.е.

Ф₀=C ^/∙I_Я

откуда n=(U-I_ЯR_Я)/C^//∙I_Я представляет собой гиперболическую (мягкую) характеристику (C^/ и C^// - постоянные коэффициенты).

Из графика (рис.8.14, кривая 2) видно, что при малой нагрузке (менее 25%) частота вращения резко возрастает и становится опасной для механической прочности двигателя. Двигатель «идет в разнос», поэтому двигатели с последовательным возбуждением

нельзя пускать вхолостую или при загрузке менее 25%.

Моментная характеристика М= f(I_Я) определяется выражением:

n=U/C₁Ф₀-М(R_Я+R_Р)/С_МС_ЕФ₀²=n₀–М(R_Я+R_Р)/С_МС_ЕФ₀²

Рис.8.14. Схемы возбуждения двигателей постоянного тока: а) – параллельного возбуждения; б) – последовательного; в) – смешанного; 1 – положение регулировочного (R_В) и пускового (ПР) реостатов при пуске; 2 – положение реостатов при работе.

Пренебрегая влиянием реакции якоря, можно считать, что в двигателе с параллельным возбуждением (рис. 8.13 а) при U=const и I_В = const магнитный поток постоянный, а зависимость М=СФ₀I_Я=f₂(I_Я) изображается прямой линией (рис. 8.14 кривая 1). В двигателе с последовательным возбуждением Ф₀=f(I_Я), следовательно М=φ(I_Я²), т.е. моментная характеристика имеет параболический характер (рис. 8.14 кривая 2). Для двигателя со смешанным возбуждением моментная характеристика будет иметь промежуточный вид.

Кривая КПД η= f₃(I_Я) имеет обычный вид для всех зависимостей (рис.8.13 кривая 4).

Механической характеристикой двигателя называется зависимость ω=f(М) или n=f^/(М). Уравнение механической характеристики можно получить из выражения (8.23)

Механические характеристики подобны скоростным характеристикам, так как электромагнитный момент пропорционален току якоря.

Анализ рабочих и механических характеристик позволяет определить области применения двигателей постоянного тока.

Двигатели с параллельным возбуждением обеспечивают устойчивость частоты вращения при различных нагрузках (механическая характеристика жесткая) и дают возможность плавного регулирования частоты вращения. Они используются для электроприводов прокатных станов, компрессоров.

Двигатели с последовательным возбуждением широко применяются в качестве тяговых двигателей (на транспортных средствах, подъемных кранах, лифтах). Для устранения опасности «разноса» такие двигатели часто снабжают добавочной параллельной обмоткой, т.е. двигатели с последовательным возбуж-дением превращают в двигатели со смешанным возбуждением. В зависимости от соотношения магнитодвижущих сил параллельной и последовательной обмоток возбуждения, их характеристики могут приближаться к характеристикам двигателей параллельного или последовательного возбуждения.

Дата добавления: 2014-01-04