6.3 Генератор параллельного возбуждения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 15.5 – Схема генератора                  Рисунок 15.6 – Самовозбуждение генератора                                                                          параллельного возбуждения                                 параллельного возбуждения

 

 

 

 

Характеристика холостого хода.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 15.7 – Характеристика                         Рисунок 15.8 – Внешние характеристики

х.х. генератора                                                    генераторов параллельного 1 и

параллельного возбуждения                              независимого 2 возбуждения

 

6.4 Генератор последовательного возбуждения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

                    а)                                                                       б)

Рисунок 15.9 – Схема (а) и внешняя характеристика (б) генератора    последовательного    возбуждения

16 Лекция №16. Двигатели постоянного тока. Способы пуска, характеристики двигателей

Цель лекции:

- ознакомить студентов;

           - с классификацией двигателей постоянного тока;

- характеристиками двигателей постоянного тока.

Содержание  лекции:

- общие сведения о двигателях постоянного тока;

- способы пуска;

- характеристики двигателей.

Общие сведения о двигателях постоянного тока

Двигатели постоянного тока находят широкое применение в промышленных, транспортных, крановых и других установках, где требуется широкое плавное регулирование частоты вращения. Одна и та же электрическая машина может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Это свойство электрических машин называют обратимостью.

Предположим, что к двигателю подведено напряжение U_СЕТИ = const. При заданной на рисунке 16.1 полярности полюсов и направлении тока I_Я в якоре (обмотка якоря показана только одним проводником) на валу двигателя создается вращающий электромагнитный момент М, направленный против вращения часовой стрелки. Под действием этого момента двигатель вращается в направлении момента с постоянной частотой п.

 

 

Рисунок 16.1 – Направление момента и противо-э.д.с. обмотки якоря двигателя

 

Для двигателя, работающего с постоянной частотой вращения, можно составить уравнение э.д.с.

U_СЕТИ=Е_Я+I_ЯR_{Я ,}

 

где Е_Я и I_Я – э.д.с и ток, соответствующие установившемуся режиму работы;

      I_ЯR_Я – падение напряжения в сопротивлениях цепи якоря двигателя.

Уравнение моментов двигателя. Электромагнитный момент двигателя

 

М=(1/π)NI_ЯpФ/(2а)=C_МI_ЯФ                             (16.1)

 

создается в результате взаимодействия основного магнитного поля Ф и тока в обмотке якоря I_Я и расходуется на преодоление тормозящих моментов:

а) момента х.х. М₀;

б) полезного момента М₂;

в) динамического момента M_j.

Момент х.х. М₀ существует при любом режиме работы двигателя и определяется трением в подшипниках, трением щеток о коллектор, вентиляционными потерями и потерями в стали. Полезный момент М₂ определяется свойствами рабочей машины и характером производственного процесса. Динамический момент возникает при всяком изменении частоты вращения двигателя

M_j=±J(dω/d),                                          (16.2)

 

где J – момент инерции всех вращающихся частей;

      ω – угловая скорость вращения якоря.

Если частота вращения двигателя увеличивается, то момент Е_j положителен и, складываясь с моментами М₀ и М₂, увеличивает тормозной момент на валу двигателя. При уменьшении п момент M_j отрицателен и уменьшает общий тормозной момент. Зависимость между вращающим и тормозным моментами двигателя на его валу определяется законом равновесия моментов: в любых условиях работы двигателя эти моменты находятся во взаимном равновесии, т.е. равны друг другу по величине, но направлены в противоположные стороны. При n=const момент M_j=0 и тогда

 

М=М₀+М₂=М_СТ                                        (16.3)

 

где М_СТ – статический момент сопротивления на валу двигателя.

Энергетическая диаграмма двигателя. На рисунке 16.2 изображена энергетическая диаграмма двигателя параллельного возбуждения, работающего в установившемся режиме, т.е. при n=const. К двигателю из сети подводится мощность P₁=U_CI, которая покрывает потери в цепи возбуждения R_В и электрические потери в цепи якоря I²_ЯR_Я, а оставшаяся ее часть составляет электромагнитную мощность якоря Р_ЭМ=Е_ЯI_Я преобразующуюся в полную механическую мощность Р_М двигателя. Полезная механическая мощность на валу двигателя Р₂ меньше полной механической мощности Р_М на величину мощности P₀ необходимой для покрытия потерь в стали Р_С и механических потерь Р_МЕХ, т.е.

 

Р₂=Р_М  – (Р_С+Р_МЕХ).

 

 

Рисунок 16.2 – Энергетическая диаграмма двигателя

параллельного возбуждения

 

В зависимости от способа включения обмотки возбуждения и обмотки якоря различают следующие типы двигателей постоянного тока:

а) параллельного возбуждения;

б) последовательного возбуждения;

в) смешанного возбуждения, в которых имеются две обмотки возбуждения: параллельная и последовательная. Двигатели постоянного тока оцениваются по совокупности следующих видов характеристик: пусковых, рабочих, регулировочных и механических.

Пусковые характеристики.

Пусковые характеристики определяются следующими величинами:

а) пусковым током I_ПУСК характеризуемым отношением I_ПУСК/I_НОМ;

б) пусковом моментом М_ПУСК, характеризуемым отношением М_ПУСК/М_НОМ

в) плавностью пусковой операции;

г) временем пуска в ход t_ПУСК;

д) экономичностью операции, определяемой стоимостью пусковой аппаратуры.

В начальный момент пуска двигателя его якорь неподвижен, противо-э.д.с. в обмотке якоря равна нулю и ток в якоре двигателя I_Я=U_С/R_Я. Сопротивление цепи якоря невелико, поэтому пусковой ток превышает номинальный в 20 и более раз. Резкий скачок тока при пуске создает на валу двигателя большой пусковой момент, который может вызвать механические разрушения, как самого двигателя, так и исполнительного механизма, привести к резкому падению напряжения в сети и вызвать интенсивное искрение под щетками. Поэтому при пуске двигателя в ход для ограничения пускового тока применяют пусковые реостаты, включаемые последовательно в цепь якоря (см. рисунок 16.3). По мере увеличения частоты вращения якоря противо-э.д.с. увеличивается, а ток якоря уменьшается, поэтому сопротивление реостата следует уменьшить так, чтобы в конце пуска оно было полностью выведено, и чтобы пусковой ток превышал номинальный не более чем в два-три раза.

 

 

Рисунок 16.3 – Схема включения пускового реостата в цепь двигателя

параллельного возбуждения

Двигатель параллельного возбуждения

Для пуска в ход двигателей постоянного тока применяют двух-, трех- и четырехзажимные пусковые реостаты. На рисунке 16.4 представлена схема включения трехзажимного пускового реостата для двигателя параллельного возбуждения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 16.4 – Диаграмма процесса пуска двигателя в ход

 

Реостат имеет шесть контактов: пять рабочих (1, 2, 3, 4, 5) и один холостой (нулевой 0); три зажима Л, Ш, Я, которые соответственно подключаются к линии, обмотке возбуждения и к якорю. Скользящий контакт реостата перемещается по неподвижным контактам и контактной дуге Д,

благодаря которой обмотка возбуждения оказывается включенной на полное напряжение сети. Регулировочный реостат в цепи возбуждения r_РГ следует вывести, так как в этом случае ток возбуждения I_В, магнитный поток Ф и вращающий момент двигателя достигают наибольшей величины, что облегчает пуск двигателя в ход. Рабочие характеристики двигателя имеют вид  М,I, η=f(I_Я) при U=U_НOM=const и Т_B=cons(см.  рисунок 16.6, б).

 

а)                                                                  б)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема двигателя показана на рисунке 16.6, а

Рисунок 16.6 – Схема двигателя параллельного возбуждения (а)

и его рабочие характеристики (б)