Скоростные и механические характеристики двигателей последовательного и смешанного возбуждения
В связи с тем, что электроприводы с двигателями последовательного и смешанного возбуждения практически не применяются в нефтегазодобывающей промышленности, указанные электроприводы в данном учебном пособии подробно не рассматриваются и данный материал предназначен для самостоятельной работы студентов.
Схема включения двигателя последовательного возбуждения приведена на рис.2.8.
Рис.2.8. Схема включения двигателя последовательного возбуждения
Здесь обмотка возбуждения включена последовательно с якорем электродвигателя, то есть ток якоря является и током возбуждения.
Уравнения скоростной и механической характеристик математически имеют такой же вид, как и у двигателя независимого возбуждения. Однако магнитный поток здесь является функцией тока якоря, то есть
(2.35)
(2.36)
Известно, что
зависимость
магнитного потока от тока возбуждения,
называемая кривой намагничивания, не
имеет аналитического описания. Поэтому
при построении характеристик двигателя
последовательного возбуждения необходимо
для каждой их точки знать величину Ф
как функцию тока якоря, что чаще всего
является либо затруднительным, либо
невозможным. Поэтому заводами -
изготовителями в технической документации
на электрические машины для каждой
серии машин приводятся так называемые
универсальные характеристики – это
характеристики в относительных единицах,
где в качестве базовых приняты номинальные
величины
(2.37)
(2.38)
где значком
отмечены относительные величины; в
данном случае отношения текущих значений
w,
Iя
и М
к их номинальным величинам.
На рис.2.9 приведены скоростная (а) и механическая (б) характеристики двигателя последовательного возбуждения.
а) б)
Рис.2.9. Скоростная (а) и механическая (б) характеристики двигателя
последовательного возбуждения
Из (2.35), (2.36) следует, что при токе и моменте электродвигателя, равным нулю, магнитный поток также становится равным нулю и угловая скорость электродвигателя теоретически стремится к бесконечности. Практически, за счет наличия механических потерь и остаточного потока намагничивания значение скорости не может достичь бесконечно большой величины, но в режиме реального холостого хода скорость двигателя может в 15 – 20 раз превышать номинальную.
Жесткость механической характеристики двигателя последовательного возбуждения является переменной величиной и увеличивается с увеличением нагрузки.
Из вышеизложенного следует, что рекуперативный режим для электродвигателя, включенного по схеме рис.2.8, невозможен.
Двигатель последовательного возбуждения способен работать в режимах противовключения обоих типов.
Динамическое торможение описываемого электродвигателя может осуществляться двумя способами: при независимом возбуждении и при самовозбуждении. В первом случае обмотка возбуждения отключается от якоря двигателя и через токоограничивающий резистор подключается к независимому источнику питания. Якорь отключается от сети и замыкается на сопротивление динамического торможения, и процесс торможения осуществляется так же, как у двигателя независимого возбуждения.
Во втором случае якорная цепь двигателя отключается от сети и замыкается на сопротивление динамического торможения; торможение происходит при наличии потока остаточного намагничивания, за счет которого возникает ЭДС, вызывающая в замкнутой цепи якоря ток, увеличивающий магнитный поток, и т.д. Для реализации такого режима необходимо сохранение направления тока в обмотке возбуждения. Поэтому при переходе электродвигателя в тормозной режим с самовозбуждением необходимо переключить концы обмотки возбуждения.
Схема включения электродвигателя смешанного возбуждения приведена на рис.2.10.
Данный электродвигатель имеет две обмотки возбуждения: независимую и последовательную, и в двигательном режиме намагничивающие силы этих обмоток действуют согласно. Так как суммарный магнитный поток здесь определяется не столько абсолютными значениями магнитных потоков обмоток возбуждения, сколько их соотношением, использование универсальных кривых является невозможным.
Рис.2.10. Схема включения двигателя смешанного возбуждения
Обычно серийные электродвигатели изготовляются таким образом, что намагничивающая сила независимой обмотки в 1,6 – 2,6 раза больше намагничивающей силы последовательной обмотки. В зависимости от соотношения намагничивающих сил обмоток возбуждения скоростные и механические характеристики двигателя смешанного возбуждения приближаются к соответствующим характеристикам двигателей независимого и последовательного возбуждения и имеют вид, приведенный на рис.2.11.
Жесткость характеристик описываемых двигателей выше, чем у двигателей последовательного возбуждения, и ниже, чем у двигателей независимого возбуждения. Скорость идеального холостого хода определяется только магнитным потоком независимой обмотки, так как магнитный поток последовательной обмотки возбуждения при этом равен нулю.
Так как аналитическое описание характеристик двигателей смешанного возбуждения затруднено, а применение универсальных характеристик невозможно, то их естественные скоростная и механическая характеристики приведены в соответствующих каталогах.
Двигатели смешанного возбуждения способны работать в режимах рекуперации, противовключения и динамического торможения. Причем, при рекуперации и динамическом торможении последовательная обмотка отключается, и торможение осуществляется так же, как у двигателя независимого возбуждения.
а) б)
Рис.2.11. Скоростная (а) и механическая (б )характеристики двигателя
смешанного возбуждения