4.5 Классификация машин постоянного тока по способу возбуждения

Двигатели постоянного тока класси­фицируются по способу включения обмотки возбуждения по отно­шению к якорю. В соответствии с этим имеем двигатели: а) парал­лельного возбуждения, б) последовательного возбуждения, в) сме­шанного возбуждения.

ДПТ использ-я в промыш-сти, там, где необход-о широкое и плавное регулирование скорости вращ-я (прокат.станы, мощные Ме режущ.станки).

ДПТ класс-ся по спос-бу возб-ия:

1). независимого:

-возбуждение с пом-ю пост. маг.

2). самовозб-ем:

- с парал-ным возб-ем

- с посл-ым возб-ем

- со смеш-м возб-ем

В Д НВ токи якоря I_а и нагрузки I равны. В Д паралл. и смеш. I= I_а+i_в. В Д послед.возб. I= I_а= i_в

4.6 Рабочие характеристики дпт

3 вида:

1) пусковые; 2) рабочие; 3) регулировочные.

Рабочие хар-и – зависимость потреб-й мощности Р₁, потребл-го тока I, скорости n, момента М и кпд от полезной мощности Р₂ при U = const и неизменных положениях регулирующих реостатов.

Раб. хар-и Д парал-го возбуждения малой мощности при отсутствии добавочного сопрот-я в цепи якоря

Одновр-о с увелич-м мощности на валу Р₂ растет и момент на валу М. Поскольку с увелич-м Р₂ и М скорость n неск-ко уменьш-ся, то М= Р₂/ n растет неск-ко быстрее Р₂. Увелич-е Р₂ и М, сопровожд-ся увелич-м тока дв. I. Пропорц-о I растет потреб-я из сети мощность Р₁. При х.х. (Р₂=0), кпд η=0, затем с увелич-м Р₂ сначала η быстро растет, но при больших нагрузках в связи с большим ростом потерь в цепи якоря η снова начинает уменьш-я.

Схема снятия раб.хар-к д/незав-го и паралл-го возб.

Схема снятия раб.хар-к д/послед-го возбужд-я.

R_B – реостат цепи возб-я (д/регул-я тока возб-я)

R_П – пусковой реостат (для ограничения тока при пуске);

R_РТ – регулиров-й реостат частоты вращения при снятии мех.хар-к.

R_П = 0, R_РТ = const.

4.7 Характеристики генератора постоянного тока

Генераторы независимого возбуждения

Свойства генераторов анализируются с помощью характеристик, которые устанавливают зависимости между основными величинами, определяющими работу генераторов. Такими основными величинами являются: 1) напряжение на зажимах U, 2) ток возбуждения i_B, 3) ток якоря I_а или ток нагрузки I, 4) скорость вращения n.

Обычно генераторы работают при п = const. Поэтому основные характеристики генераторов определяются при n = n_н = const.

Существует пять основных характеристик генераторов: 1) холостого хода, 2) короткого замыкания, 3) внешняя, 4) регулировочная, 5) нагрузочная.

Все характеристики могут быть определены как эксперименталь­ным, так и расчетным путем.

Х арактеристика холостого хода (х. х. х.) U = f (i_B)при I = 0 и п = const определяет зависимость напряжения U или э. д. с. якоря Е_а от тока возбуждения при холостом ходе (I = 0, Р₂ = 0). При уменьшении i_B напряжение уменьшается по нисходящей ветви аб характеристики сначала медленно ввиду насыщения магнитной цепи, а затем быстрее. При i_B = 0 генератор развивает некоторое напряжение U₀₀ = Об

Если затем изменить полярность возбуждения и увеличить i_B в обратном направлении, начиная с i_B = 0, то при некотором i_в<0 напряжение упадет до нуля (точка в), а затем U изменит знак и будет возрастать по абсолютной величине по ветви вг х. х. х. Когда ток i_B и напряжение U достигнут в точке г такого же абсолютного значения, как и в точке а, ток i_B уменьшаем до нуля (точка д), меняем его полярность и снова увеличиваем, начиная сi_B=0. При этом U меняется по ветви деа х. х. х. В итоге вернемся в точку а характеристики. X. х. х. имеет вид неширокой гистерезисной петли вследствие яв­ления гистерезиса в магнитной цепи индуктора.

Средняя штриховая х. х. х. на рис. представляет собой расчетную х. х. х., которая в определенном масштабе повто­ряет магнитную характеристику генератора.

Характеристика холостого хода позволяет судить о насыщении магнитной цепи машины при номинальном напряжении, проверять соответствие расчетных данных

Х арактеристика короткого замыкания (х. к. з.) I — f (i_B) при U = О и п = const снимается при замыкании выходных зажимов цепи якоря генератора накоротко. Так как U = О, то, согласно выражению E_a=I_aR_a, и поскольку R_a мало, то в усло­виях опыта э. д. с. Е_а также должна быть мала.

Так как при снятии х. к. з. электродвижущая сила мала и поэтому поток мал и машина не насыщена, то зависимость I = f (i_B) практически прямолинейна. В размагниченной машине х. к. з. начинается с нуля (штриховая линия). Если х. к. з. снята без предварительного размагничивания машины (сплошная линия на рис.), то ее также целесообразно перенести параллельно самой себе в начало координат (штриховая линия на рис.).

Характеристический (реактивный) треугольник определяет величину реакции якоря и падения напряжения в цепи якоря. Он строится для нахождения величины, реакции якоря по экспериментальным данным и используется также для построения некоторых характеристик машины, если они не могут быть сняты экспериментально. Характеристический треугольник можно построить по экспериментальным данным с помощью х. х. х. и любой другой основной характеристики машины, а также по расчетным данным.

П оскольку в условиях снятия х. к. з. магнитная цепь машины не насыщена, то построенный характеристический треугольник учитывает только продольную реакцию якоря, вызванную случайным или сознательным сдвигом щеток с геометрической нейтрали и тклонением коммутации от прямолинейной. При

установке щеток на геометрической нейтрали катет треугольника i_Ba = дб равен н. с. коммутационной реакции якоря (в масштабе i_в) и характеризует качество коммутации (на рис. а — замедленная коммутация и на рис,6 — ускоренная). Когда щетки стоят на нейтрали и коммутация прямолинейна, i_Ba = дб = 0 и треугольник бег вырождается в вертикальную прямую.

Для построения характеристического треугольника с учетом влияния поперечной реакции якоря, можно воспользоваться характеристикой холостого хода и внешней, регулировочной или нагрузочной характеристикой. Обычно пользуются нагрузочной.

Внешняя характеристика генератора независимого возбуждения U = f(I) при i_B = const и п = const (рис. 9-6) определяет за­висимость напряжения генератора от его нагрузки в естественных условиях, когда ток возбуждения не регулируется. При увеличении I напряжение U несколько падает по двум причинам: вследствие падения напряжения в цепи яко­ря IR_a и уменьшения э. д. с

Рис. 9-6. Внешняя характеристика генератора независимого возбуждения

В нешнюю характеристику рекомендуется снимать при таком возбуждении (i_B = i_вн), когда при I = I_н также U = U_K (номинальный режим). При переходе к холостому ходу (I=0) в этом случае напряжение возрастает на вполне определенную величину U_н(рис. 9-6), которая называется номинальным изме­нением напряжения генератора. В генераторах независимого возбуждения

U_н% =U_н/ U_н 100 = 5  15 %.

Внешнюю характеристику (в левом квадранте рис. 9-7) можно построить также с помощью характеристики холостого хода (в правом квадранте рис. 9-7) и характеристического треугольника. Для этого проведем на рис. 9-7 вертикальную прямую аб, соответствую­щую заданному току i_B = const. Тогда аб — Об представляет собой U при I = 0 и определяет начальную точку внешней характеристики.

Рис. 9-7. Построение внешней характеристики генератора независимого возбуждения с помощью характеристики холостого хода и характеристического треугольника

Регулировочная характеристика i_в = f (I) при U =const и п= const показывает, как нужно регулировать ток возбуждения, чтобы, при изменении нагрузки напряжение генера­тора не менялось (рис. 9-8). С увеличением I ток i_B необходимо несколько увеличивать, чтобы компенсировать влияние падения напряжения l_aR_a и реакции якоря.

Рис. 9-8. Регулировочная характеристика генератора независимого С учетом изменяющихся условий насыщения реальная опытная регулировочная характеристика будет иметь вид, показанный в нижнем квадранте рис. 9-9 штриховой линией.

О братным построением, если даны х. х. х. и регулировочная характеристика, можно получить характери­стический треугольник.

Нагрузочная характеристика U =f (i_B) при / = const и п = const (кривая 2 на рис. 9-10) по виду схожа с х. х. х. (кривая 1 на рис. 9-10) и проходит несколько ниже х. х. х. вследствие падения напряжения в цепи якоря и влияния реакции якоря. X. х. х. представляет собой предельный случай нагрузочной характеристики, когда / = 0.

Влияние сдвига щеток с геометрической нейтрали сказывается в том, что возни­кает продольная реакция якоря, изменяющая поток полюсов, и поток добавочных полюсов будет индуктировать э. д. с. не в коммутируемых секциях, а в рабочих секциях параллельных ветвей якоря. При повороте щеток против направления вра­щения якоря (рис. 9-11) это вызовет уве­личение э. д. с. якоря, а при сдвиге по направлению вращения - уменьшение э. д. с. В первом случае внешняя характеристика (рис. 9-6) с увеличением / будет падать медленнее или даже может подниматься, во втором - будет падать более круто. При наличии добавочных полюсов в обоих случаях возникает расстройство коммутации.