- •13.1. Общие сведения
- •13.2. Устройство машины постоянного тока
- •13.3. Анализ работы щеточного токосъема
- •13.4. Обмотки барабанного якоря
- •13.5. Электродвижущая сила и электромагнитный момент машин постоянного тока
- •1Э.6. Реакция якоря
- •13.7. Коммутация в машинах постоянного тока
- •13.8. Генератор с независимым возбуждением
- •13.9. Самовозбуждение генераторов
- •13.10. Генераторы с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением
- •13.11. Параллельная работа генераторов с параллельным возбуждением
- •13.12. Режим двигателя
- •13.13 Двигатель с параллельным возбуждением
- •13.14. Двигатель с последовательным возбуждением
- •13,15. Двигатель со смешанным возбуждением
13.14. Двигатель с последовательным возбуждением
У двигателя с последовательным возбуждением ток якоря является вместе с тем током возбуждения, так как обмотка возбуждения этого двигателя соединена последовательное якорем (рис. 13.45). Благодаря такому соединению главный магнитный поток машины изменяется пропорционально току якоря, пока магнитопровод машины ненасыщен. Как и все двигатели постоянного тока, этот двигатель для ограничения пускового тока снабжается пусковым реостатом rn.
Уравнения машин постоянного тока (13.1) и (13.2) можно преобразовать для двигателя с последовательным возбуждением следующим образом. Магнитный поток его при ненасыщенном магнитопроводе прямо пропорционален МДС его обмотки возбуждения IяwB и обратно пропорционален магнитному сопротивлению машины Rм, т. е. Ф = IяwB / Rм
Подставив это выражение магнитного потока в общие уравнения момента и частоты вращения двигателей постоянного тока, получим уравнение частоты вращения двигателя (электромеханической характеристики)
n= (13.14)
и уравнение его вращающего момента
Mвp = cMwBI2я /Rм. (13.14)
Последнее уравнение показывает, что вращающий момент двигателя при ненасыщенном магнитопроводе возрастает пропорционально квадрату тока, в соответствии с чем начальная часть кривой зависимости момента от тока имеет вид параболы (рис. 13.46). Но при сильном насыщении магнитной цепи поток почти перестает увеличиваться с увеличением тока возбуждения, и момент в дальнейшем возрастает приблизительно пропорционально току. Частота вращения двигателя убывает почти обратно пропорционально току, пока не сказывается магнитное насыщение. Механическая характеристика (естественная) двигателя показана на рис. 13.47 (кривая 1). При увеличении нагрузки на валу двигателя ток возрастает относительно медленно и обратно пропорционально ему уменьшается частота вращения.
Например, если пренебречь насыщением магнитной цепи и реакцией якоря, то можно считать, что при увеличении вдвое момента на валу двигателя ток возрастает лишь до 140 % первоначального значения, а частота вращения уменьшается до 70 %. У двигателя с параллельным возбуждением повышение вдвое момента на валу лишь незначительно уменьшит частоту вращения, зато ток двигателя увеличится до 200 % первоначального.
Двигатель с последовательным возбуждением может, следовательно, выдерживать сильные перегрузки при умеренном увеличении тока. Это его ценное свойство. При уменьшении нагрузки на валу двигателя его ток медленно уменьшается, зато быстро повышается частота вращения и при нагрузках, примерно меньших 25 % номинальной, она приобретает значения, опасные для механической целостности двигателя, — двигатель «разносит». Двигатели последовательного возбуждения поэтому не следует пускать вхолостую или с малой нагрузкой. Согласно ГОСТ двигатель этот должен выдерживать без всяких вредных последствий повышение частоты вращения на 20 % сверх наибольшей, указанной на табличке двигателя, но не менее чем на 50 % сверх своей номинальной. Естественная механическая характеристика двигателя является мягкой, так как изменение момента сильно сказывается на частоте вращения двигателя.
Мвр~ФIя.
Следовательно, если первоначально магнитный поток и ток двигателя были Ф1, 1я1, а после регулирования они будут Фя и Iя2, то
На рис. 13.47 кривая 2 — искусственная механическая характеристика, т. е. характеристика, когда обмотка возбуждения двигателя шунтирована резистором с постоянным сопротивлением rр.
Возможно регулирование двигателя путем изменения напряжения на якоре. Но такое регулирование весьма неэкономично, так как требует последовательного соединения с якорем реостата. Этот способ регулирования применяется лишь тогда, когда нужно кратковременное, но значительное снижение частоты вращения.
Высокая перегрузочная способность и мягкая характеристика двигателя с последовательным возбуждением особенно ценны для электрической тяги. В СССР электрификация транспорта (трамвай, метрополитен, электрические железные дороги) осуществлена в основном с применением в качестве тяговых двигателей двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением. Для их энергоснабжения устраиваются преобразовательные подстанции, выпрямляющие переменный ток. На некоторых электрических железных дорогах преобразование переменного тока в постоянный осуществляется на самом электровозе, обычно посредством тиристоров.
Эти двигатели весьма удобны также в качестве крановых двигателей там, где имеются источники постоянного тока.