Двигатели последовательного возбуждения
Схема двигателя. Схема двигателя последовательного возбуждения изображена на рис. 1.31. Ток, потребляемый двигателем из сети, протекает по якорю и обмотке возбуждения, соединенной с якорем последовательно. Поэтому I = Iя = Iв.
Также последовательно с якорем включен пусковой реостат Rп, который, как и у двигателя параллельного возбуждения, после выпуска выводится.
Уравнение механической характеристики. Уравнение механической характеристики может быть получено из формулы (1.6). При токах нагрузки, меньших (0,8 – 0,9) Iном, можно считать, что магнитная цепь двигателя не насыщена и магнитный поток Ф пропорционален току I : Ф = kI, где k = const. (При больших токах коэффициент k несколько уменьшается). Заменяя в (1.2) Ф, получаем М = См kI откуда
Подставим Ф в (1.6):
График, соответствующий (1.11), представлен на рис. 1.32 (кривая 1). При изменении момента нагрузки частота вращения двигателя резко изменяется – характеристики подобного типа называются «мягкими». При холостом ходе, когда М » 0, частота вращения двигателя безгранично возрастает и двигатель «идет вразнос».
Ток, потребляемый двигателем последовательного возбуждения, при увеличении нагрузки растет в меньшей степени, чем у двигателя параллельного возбуждения. Это объясняется тем, что одновременно с ростом тока растет поток возбуждения и вращающий момент становится равным моменту нагрузки при меньшем токе. Эта особенность двигателя последовательного возбуждения используется там, где есть значительные механические перегрузки двигателя: на электрифицированном транспорте, в подъемно-транспортных механизмах и других устройствах.
Регулирование частоты вращения. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока, как указывалось выше, возможно тремя способами.
Изменение возбуждения можно осуществить включением реостата Rр1 параллельно обмотке возбуждения (см. рис. 1.31) или включением реостата Rр2 параллельно якорю. При включении реостата Rр1 параллельно обмотке возбуждения магнитный поток Ф можно уменьшать от номинального до минимального Фmin. Частота вращения двигателя при этом будет увеличиваться (в формуле (1.11) уменьшается коэффициент k). Механические характеристики, соответствующие этому случаю, показаны на рис. 1.32, кривые 2, 3. При включении реостата параллельно якорю ток в обмотке возбуждения, магнитный поток и коэффициент k увеличиваются, а частота вращения двигателя уменьшается. Механические характеристики для этого случая изображены на рис. 1.32, кривые 4, 5. Однако регулирование вращения реостатом, включенном параллельно якорю, применяется редко, так как потери мощности в реостате и КПД двигателя уменьшается.
Изменение частоты вращения путем изменения сопротивления цепи якоря возможно при включении реостата Rр3 последовательно в цепь якоря (рис. 1.31). Реостат Rр3 увеличивает сопротивление цепи якоря, что ведет к уменьшению частоты вращения относительно естественной характеристики. (В (1.11) вместо Rя надо подставить Rя + Rр3.) Механические характеристики при этом способе регулирования представлены на рис. 1.32, кривые 6, 7. Подобное регулирование используется сравнительно редко из-за больших потерь в регулировочном реостате.
Наконец, регулирование частоты вращения изменением напряжения сети, как и в двигателях параллельного возбуждения, возможно только в сторону уменьшения частоты вращения при питании двигателя от отдельного генератора или управляемого выпрямителя. Механическая характеристика при этом способе регулирования изображена на рис. 1.32, кривая 8. При наличии двух двигателей, работающих на общую нагрузку, они с параллельного соединения могут переключаться на последовательное, напряжение U на каждом двигателе при этом уменьшается вдвое, соответственно уменьшается и частота вращения.
Тормозные режимы двигателя последовательного возбуждения. Режим генераторного торможения с отдачей энергии в сеть в двигателе последовательного возбуждения невозможен, так как получить частоту вращения n>nx не представляется возможным (nх = ).
Режим торможения противовключением можно получить, так же как в двигателе параллельного возбуждения, путем переключения выводов обмотки якоря или обмотки возбуждения.
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.
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).
![clip_image002[1]](https://electrikam.com/wp-content/uploads/2014/12/clip_image0021_thumb.jpg)
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.
![clip_image002[3]](https://electrikam.com/wp-content/uploads/2014/12/clip_image0023_thumb.jpg)
Рис. 29.10. Регулирование частоты вращения двигателей последовательного возбуждения.
Двигатели постоянного тока, последовательного, параллельного и смешанного возбуждения, регулирование частоты вращения двигателя.
Параметры двигателей постоянного тока зависят в первую очередь от способа питания обмоток возбуждения. Обмотка может быть подключена параллельно, или обмоток подключения может быть две подключенных обоими способами.
В принципиальном плане конструкция двигателя постоянного тока не отличается от конструкции генератора постоянного тока.
Двигатели с параллельным возбуждением.
В этом двигателе обмотка возбуждения подключена параллельно обмоткам якоря ( на схеме обмотки якоря условно не показывают).
В цепь обмотки возбуждения включён регулировочный реостат Rв, а в цепь якоря пусковой реостат Rя. Характерной особенностью двигателя является то, что ток возбуждения не зависит от тока в обмотке якоря. В то время как ток якоря зависит от нагрузки на двигатель. Регулировочный реостат Rв позволяет менять ток обмотки возбуждения, тем самым меняет частоту вращения. При данном подключении частота вращения практически не зависит от нагрузки на двигатель.
Двигатель с последовательным возбуждением. При этом обмотка возбуждения подключена последовательно с якорем. Чем больше нагрузка, тем больше ток якоря. При малых частотах вращения резко возрастает и может превысить максимально допустимые значения, двигатель идет в разнос. Достоинства:
Большой пусковой момент. При изменении нагрузки в больших пределах отдаваемая мощность изменяется незначительно.
 |
Недостатки:
Нельзя использовать без нагрузки или с маленькими нагрузками.
Двигатель со смешанным возбуждением.
Имеет две обмотки возбуждения: одна из, которых подключена параллельно, а другая последовательно.
Отключение позволяет объединить достоинства обеих выше приведенных схем.
Понятие об “электроприводе.”
Классификация электропроводов.
Понятие об “электроприводе”.
Технический привод представляет собой электрическое устройство, предназначенное для приведения движения рабочего органа машины и управления её технологическим процессом.
Состоит из трёх частей.
1) Электрического двигателя. Преобразующего электрическую энергию в механическую работу.
2) Механической части (трансмиссии) передающей механическую энергию рабочему органу машины.
3) Системы управления, обеспечивающей управление систематическим процессом.
Классификация электроприводов.
По способам распределения механической энергии делятся на три типа.
1) Групповой электропривод (трансмиссия). Один электропривод обеспечивает движение нескольких рабочих органов. У одной или нескольких рабочих машин.
2) Индивидуальный привод. Электродвигатель приводит в действие только один исполнительный механизм.
3) Взаимосвязанный электропривод. Содержит два или несколько электрически или механически связанных между собой электродвигателя, при работе которых поддерживается заданное соотношение или равенство скоростей или нагрузок. Или исполнительных органов. Пример: конвейер.
Так же может классифицироваться:
1) По виду движения. Вращательное реверсивное, вращательное однонаправленное, поступательное однонаправленное, поступательное реверсивное.
2) По степени управляемости. Не регулируемый, не изменяется скорость или другие параметры движения. Регулируемый, может изменятся скорость или направление перемещения под воздействием управляющего устройства. Программно управляемый. Следящий. Автоматически отрабатывающий перемещение исполнительного органа в соответствии с меняющимся задающим сигналом. Адаптивный. Автоматически (избирающий) изменяющий параметры управления, при изменении условия работы, для выработки оптимального режима.
3) По роду передаточного устройства. Редукторный и без редукторный.
Способы тепло передач.
1) Теплопроводность. Это передача теплоты внутри твердого тела от более нагретых к менее нагретым слоям.
2) Конвекция. Это передача теплоты, проходящая через нагрев газа (воздуха) от детали машины и вывод этого газа за пределы механизма. Бывает естественный за счёт само перемещение и принудительный. С помощью вентилятора.
3) Излучение (лучеиспускание). Передача теплоты в информационном диапазоне волн.
Выбор мощности.
Характер распределения нагрузки определяет режим работы двигателя.
Различают следующие режимы:
Длительный режим
При работе двигателя в длительном режиме рабочий период оказывается достаточным для достижения температуры установившегося постоянного уровня.
При длительном режиме работы двигатель может работать с постоянной или переменной нагрузкой.
Работа с постоянной нагрузкой.
Т.к. нагрузка на валу электродвигателя в процессе не меняется. То величина выделяемого тепла будет неизменной. Правильно подобранный по мощностным показателям двигатель не требует проведения проверочных работ на нагрев. Проверяется только по пусковому моменту для обеспечения троганья исполнительного механизма с места.
Двигатели постоянного тока, последовательного, параллельного и смешанного возбуждения, регулирование частоты вращения двигателя.
Параметры двигателей постоянного тока зависят в первую очередь от способа питания обмоток возбуждения. Обмотка может быть подключена параллельно, или обмоток подключения может быть две подключенных обоими способами.
В принципиальном плане конструкция двигателя постоянного тока не отличается от конструкции генератора постоянного тока.
Электрические машины — Регулирование частоты вращения
6.7.3. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока
Согласно (6.8), регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока можно осуществлять путем изменения потока Ф, введения дополнительного сопротивления в цепь якоря и изменения напряжения сети . В двигателях параллельного возбуждения наиболее просто осуществляется регулирование изменением потока, реализуемого с помощью реостата в цепи возбуждения. При увеличении сопротивления поток Ф уменьшается и частота вращения растет. На рис. 6.43 представлены механические характеристики двигателя параллельного возбуждения при трех значениях потока. Таким способом регулируют частоту вращения в пределах , . Верхний уровень частот ограничивается условиями коммутации. Кроме того, при глубоком уменьшении потока возбуждения усиливается размагничивающее действие реакции якоря, жесткость механической характеристики растет, и падающая характеристика при номинальном потоке может стать возрастающей при ослабленном потоке, что приведет к нарушению устойчивой работы двигателя.
Регулирование частоты вращения двигателя путем введения в цепь якоря дополнительного сопротивления позволяет изменять частоту вращения вниз от номинальной в широких пределах (рис. 6.44). Но этот способ не экономичен. Полезная мощность двигателя при постоянном моменте пропорциональна частоте вращения (без учета потерь в якоре):
,
а потребляемая из сети мощность от частоты вращения не зависит,
.
Поэтому КПД двигателя пропорционален частоте вращения якоря,
.
Кроме того, при введении дополнительного сопротивления жесткость механической характеристики двигателя снижается, что может привести к ухудшению работы приводного механизма.
Более совершенным способом регулирования частоты вращения вниз является регулирование путем изменения подводимого к двигателю напряжения. На рис. 6.45 представлены механические характеристики двигателя параллельного возбуждения для трех значений напряжений. Жесткость механических характеристик практически не меняется, поэтому таким способом можно регулировать частоту вращения от номинальной до нуля.
Этот способ по существу сходен с частотным регулированием угловой скорости в машинах переменного тока, так как закон изменения напряжения и частоты тока в якоре близок к при постоянном потоке Ф:
.
В качестве источников регулируемого напряжения используются генератор постоянного тока (рис. 6.41, а) либо полупроводниковый выпрямитель (рис. 6.41, б). Схема с полупроводниковым выпрямителем обладает более высоким быстродействием по сравнению со схемой генератор-двигатель, но уступает по перегрузочной способности. Кроме того, работа полупроводникового преобразователя ухудшает качество электрической энергии сети переменного тока из-за генерации высших гармоник напряжения и тока.
Рассмотренные способы регулирования частоты вращения двигателей параллельного возбуждения применяются и в двигателях смешанного возбуждения.
Регулирование частоты вращения двигателей последовательного возбуждения осуществляется путем изменения тока в последовательной обмотке или напряжения якоря U с помощью шунтирующих реостатов (рис. 6.46).
При шунтировании обмотки возбуждения ток уменьшается и частота вращения якоря растет, а при шунтировании якоря напряжение якоря уменьшается, поэтому частота вращения падает (рис. 6.47).
Регулирование частоты вращения вверх осуществляется практически при постоянном КПД
.
Верхний уровень частоты вращения ограничивается условиями коммутации.
Регулирование частоты вращения вниз может осуществляться вплоть до нуля, однако КПД этого способа снижается пропорционально напряжению якоря и частоте вращения:
,
где — частота вращения якоря при .
Таким образом, этот способ регулирования так же, как и реостатный способ регулирования частоты вращения двигателя с параллельным возбуждением, является неэкономичным. Он используется лишь в случае двигателей малой мощности.