
книги из ГПНТБ / Сафонов А.С. Специальная электротехника учеб. для воен.-мор. команд.-инженер. училищ
.pdfЧастоту вращения электродвигателя можно регули ровать, как указывалось ранее, изменением магнитного потока или изменением падения напряжения в цепи якоря. Изменение потока производится с помощью регу лировочного реостата rv в цепи возбуждения (рис. 19.5). При изменений сопротивления гр изменяется сила тока возбуждения ів и, следовательно, магнитный поток Ф. При этом частота вращения, как это следует из уравне-
Рис. 19.7. Механические ха рактеристики двигателя па раллельного возбуждения
Рис. 19.8. Регулировоч ная характеристика элек тродвигателя параллель ного возбуждения
ния п—(U—1ягя) / (СеФ), |
изменяется |
обратно |
пропорцио |
||||||||
нально магнитному |
потоку. |
На рис. 19.8 |
представлена |
||||||||
зависимость n — f(iB) |
при £/ = const |
и / я = /о, |
т. е. при хо |
||||||||
лостом ходе. Так как при холостом ходе / 0 г я |
мало, то им |
||||||||||
можно |
пренебречь. Тогда |
U— Сепф = const, |
откуда пФ = |
||||||||
= const, т. е. зависимость |
n = f(iB) |
гиперболическая. |
|
||||||||
Характер зависимости |
n = f(iB) сохраняется |
и при ре |
|||||||||
гулировании под нагрузкой. Однако при этом |
имеет ме |
||||||||||
сто следующее. Бели процесс регулирования |
производит |
||||||||||
ся при постоянном тормозном |
моменте на валу электро |
||||||||||
двигателя, то уменьшение потока Ф вызывает |
пропорцио |
||||||||||
нальное уменьшение |
вращающего |
момента |
|
М = С М Ф / Я |
и |
||||||
обратной э. д. с. Е = СепФ. |
Уменьшение э. д. с. ведет |
к |
|||||||||
увеличению силы тока якоря |
Ія=(11—Е)/гя, |
|
|
благодаря |
|||||||
чему |
восстанавливается |
равновесие |
моментов М = МГ. |
Другими словами, при M=const увеличение частоты вра щения электродвигателя путем уменьшения магнитного потока вызывает увеличение силы тока якоря, а следо вательно, перегрузку якоря по току. Если же регулиро-
410
вание производится при Р н = const, то ослабление потока будет вызывать увеличение частоты вращения и умень шение вращающего момента при неизменной силе тока 1Я якоря
Я н = ЛГтсп/ЗО = См Ф/я */г/30 = £Ф/я /г
т.е. в этом случае не будет перегрузки якоря по току. Таким образом, метод ослабления потока позволяет
плавно и экономично (небольшие потери i\rB) регулиро вать частоту вращения электродвигателя параллельного
а |
|
б |
|
|
|
|
|
Рис. 19.9. Регулирование |
скорости |
вращения |
реостатом |
в цепи якоря: |
|
|
|
а — схема регулирования; б — изменение |
тока в |
якоре и ча |
|
стоты |
вращения |
|
|
возбуждения. Однако значительное увеличение частоты вращения может привести к перегрузке якоря по току, неустойчивой работе и возможности разноса электро двигателя, т. е. его механическому разрушению. По этим причинам увеличивать частоту вращения электродвигате лей общего применения можно только на 20—25% выше номинальной. Специальные электродвигатели рассчиты ваются на большие пределы регулировки частоты вра щения.
Регулирование частоты вращения электродвигателя путем изменения падения напряжения в цепи якоря обычно производится реостатом в цепи якоря. В самом деле, если при неизменных напряжении U, силе тока возбуждения ів и моменте М т ввести в цепь якоря сопро-
411
тивление t\ (рис. 19.9, а), то, как это следует из |
|
уравне |
||||
ния |
|
|
|
|
|
|
|
n = = |
u - ' » J ^ |
+ r>\ |
|
(19.15) |
|
частота вращения электродвигателя |
уменьшится |
|
от п до |
|||
П\ (рис. 19.9,6). Сила |
тока же в якоре, равная |
|
|
|||
Я |
Г„ |
+ ГІ |
rv + г, |
' |
v |
7 |
|
|
|
|
в первый момент резко уменьшится, а через некоторое время восстановится до прежней величины. Объясняется это тем, что при введении сопротивления напряжение на зажимах якоря понизится, а частота вращения благода ря инерции якоря уменьшится не сразу. По мере умень
шения |
частоты |
вращения |
уменьшается э. д. с. Е — СепФ, |
||||||
а сила |
тока / я |
возрастает |
до тех пор, пока не восстано |
||||||
вится равновесие |
моментов М = С М Ф / Я = МТ . Таким |
обра |
|||||||
зом, изменяя сопротивление в цепи |
якоря, можно |
регу |
|||||||
лировать |
частоту |
вращения электродвигателя. Однако |
|||||||
при таком |
регулирований |
потери в |
реостате |
/*гр |
зна |
||||
чительны. Преимуществом |
данного |
способа |
регулирова |
||||||
ния является |
постоянство |
вращающего |
момента |
элек |
|||||
тродвигателя. |
|
|
|
|
|
|
|
||
Необходимо отметить, |
что при работе |
электродвига |
теля разрыв цепи возбуждения недопустим. Действи тельно, при обрыве цепи возбуждения магнитный поток уменьшается до величины потока остаточного намагни
чивания. |
В результате |
при |
наличии большого |
момента |
|||||
сопротивления |
на |
валу |
электродвигатель |
остановится, |
|||||
так как М = СМФ1Я<МТ, |
а |
сила |
тока |
якоря достигнет |
|||||
силы тока короткого замыкания: |
|
|
|
|
|||||
|
|
j |
и^£л^аЖ1 |
'я |
|
|
(19.17) |
||
|
|
|
|
'я |
|
|
|
|
|
и якорь |
может |
выйти из строя. |
Наоборот, |
при |
работе, |
||||
двигателя вхолостую частота вращения якоря |
быстро |
||||||||
увеличивается, |
достигая |
опасных |
пределов. |
|
|
||||
Таким |
образом, |
основные свойства |
электродвигателя |
параллельного возбуждения кратко можно сформулиро вать так.
1. Частота вращения электродвигателя при колеба-
412
ниях нагрузки от холостого хода до номинальной изме няется незначительно.
2.Электродвигатель допускает регулировку частоты вращения в широких пределах и, кроме того, может ра ботать вхолостую.
3.Электродвигатель развивает вращающий момент, пропорциональный силе тока в якоре (Ф —const), и по требляет силу тока из сети, пропорциональную нагрузке на валу.
4.Электродвигатель не допускает обрыва цепи воз буждения, так как в этом случае при работе вхолостую он пойдет вразнос, а при работе под нагрузкой может сгореть обмотка якоря.
§19.7. ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО
ВОЗБУЖДЕНИЯ
Электродвигатель постоянного тока, обмотка возбуж дения которого соединена по следовательно с якорем, на зывается электродвигателем последовательного возбуж дения. На рис. 19.10 приведе на электрическая схема, где обозначены: Я — якорь; гп — пусковой реостат; СО— об мотка возбуждения.
При работе электродви гателя имеют место следую щие соотношения:
Рис. 19.10. Схема электродви гателя последовательного воз буждения
и = Е+1я(гя |
+ гс); £ = 6 > Ф ; |
|
|
|
U — Е . |
1 = L = L |
(19.18) |
|
г, + г. |
||
|
|
||
/ И = С М Ф / Я ; |
п •• |
|
|
Магнитный поток |
машины, как следует |
из схемы и |
|
уравнений, |
зависит |
от нагрузки и, следовательно, от |
|
силы тока |
якоря (/в = / н = /я). При малых |
нагрузках ма- |
413
шина ненасыщена и магнитный поток пропорционален силе тока якоря Ф = С Ф / Я . В результате вращающий мо мент пропорционален квадрату силы тока якоря:
М = СИ Ф/Я = С М О Д = */» |
(19.19) |
Поэтому при малых и средних нагрузках характеристи ка M = f(P2) имеет вид параболы (рис. 19.11). При боль ших нагрузках машина насыщается, вследствие чего по-
Рис. 19.11. Рабочие характеристики электродвигателя последовательного возбуждения
ток при увеличении нагрузки увеличивается незначитель но, рост вращающего момента замедляется и его харак
теристика переходит почти в прямую |
линию. |
Быстрый |
|||||
рост момента по сравнению с ростом силы тока |
является |
||||||
ценным свойством электродвигателя |
последовательного |
||||||
возбуждения. |
|
|
|
|
|
|
|
Частота вращения электродвигателя изменяется об |
|||||||
ратно пропорционально |
магнитному |
потоку. Так как по |
|||||
ток машины пропорционален силе тока |
якоря, |
то с уве-. |
|||||
личением нагрузки частота вращения |
электродвигателя |
||||||
резко уменьшается, а при уменьшении |
нагрузки — уве |
||||||
личивается. Реакция якоря и падение |
напряжения |
ока |
|||||
зывают незначительное |
влияние |
на |
частоту |
вращения. |
|||
Внешняя характеристика |
n — f(P2) |
имеет вид гиперболы |
|||||
(рис. 19.11). Насыщение |
машины несколько |
отклоняет |
|||||
характеристику от гиперболы. |
|
|
|
|
|
||
Способность электродвигателя |
последовательного |
воз |
|||||
буждения резко изменять |
частоту |
вращения при измене- |
414
нии |
нагрузки |
является его характерной особенностью. |
|
На |
холостом |
ходу и при малых |
нагрузках, когда сила |
тока в якоре и магнитный поток |
малы, частота вращения |
электродвигателя достигает большой величины, опасной для механической прочности якоря. Поэтому для элек
тродвигателя |
последовательного |
|
|
|
|
||||||||
возбуждения' |
предусматриваются |
л |
|
|
|
||||||||
такие |
условия, при которых |
пуск |
|
|
|
|
|||||||
и работа |
вхолостую или при ма |
|
|
|
|
||||||||
лой нагрузке (менее 25% номи |
|
|
|
|
|||||||||
нальной) |
исключаются. |
|
|
|
|
|
|
||||||
Рабочие |
характеристики |
|
элек |
|
|
|
|
||||||
тродвигателя |
представлены |
на |
|
|
|
|
|||||||
рис. |
19.11. |
|
Пунктирная |
часть |
|
|
|
|
|||||
кривых соответствует |
недопусти |
О |
|
|
|
||||||||
мому режиму работы |
электродви |
|
|
|
|
||||||||
гателя. |
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 19.12. |
Механическая |
||||
Механическая |
характеристика |
||||||||||||
характеристика |
электро |
||||||||||||
электродвигателя |
последователь |
двигателя |
последователь |
||||||||||
ного возбуждения |
n = f(M) |
и U = |
ного |
возбуждения |
|||||||||
= const также |
имеет |
вид |
гипер |
|
|
|
|
||||||
болы |
(рис. 19.12). Действительно, |
когда |
машина |
нена- |
|||||||||
сыщенаФ = С ф / я и / я |
= ]/~МIk. Подставляя эти значения |
||||||||||||
потока и силы |
тока в выражение, для п получим |
|
|||||||||||
П • U—U(ra |
+ге) |
|
и |
гя |
+ ге_ |
а |
|
— С. |
(19.20) |
||||
|
|
СеФ |
|
|
|
|
сеСФ |
СеСф]/М/1г |
|
|
При такой падающей характеристике электродвигатель работает устойчиво при любой нагрузке на валу.
Частоту вращения электродвигателя последователь-, ного возбуждения можно регулировать как регулировоч ным реостатом, включенным в цепь якоря, так и регули ровочным реостатом, включенным параллельно обмотке возбуждения (рис. 19.13). На практике применяется главным образом второй способ регулирования. При этом способе часть силы тока отводится в регулировоч ный реостат, в результате сила тока в обмотке возбужде ния и магнитный поток уменьшаются, а частота враще ния двигателя увеличивается.
415
Основные свойства электродвигателя последователь ного возбуждения можно сформулировать следующим образом:
1. При изменениях нагрузки частота вращения элек тродвигателя резко меняется, т. е. электродвигатель
имеет мягкую внешнюю характеристику. |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
2. |
Электродвигатель |
||||
|
|
|
можно пускать в ход толь |
||||||
|
|
|
ко под нагрузкой, так как |
||||||
|
|
|
в |
противном |
случае |
он |
|||
|
|
|
пойдет вразнос; |
работать |
|||||
|
|
|
электродвигатель |
может |
|||||
|
|
|
только под нагрузкой. |
|
|||||
|
|
|
|
3. |
При |
пуске |
под на |
||
|
|
|
грузкой и перегрузке элек |
||||||
|
|
|
тродвигатель |
развивает |
|||||
|
|
|
большой вращающий мо |
||||||
|
|
|
мент и имеет |
малую |
ча |
||||
|
|
|
стоту |
вращения. |
|
|
|||
Рис. |
19.13. Схема |
регулирования |
|
Благодаря |
перечислен- |
||||
ным |
свойствам |
электро- |
|||||||
скорости вращения |
электродвига- |
двигатели |
последователь- |
||||||
теля |
последовательного возбуж- |
н о |
г о |
возбуждения нашли |
|||||
|
д е Н 1 Г Я |
|
широкое |
применение |
в |
||||
|
|
|
подъемных |
и |
транспорт |
||||
ных |
установках. Они применяются |
в качестве |
приводов |
||||||
лебедок, кранов и лифтов, а также |
в качестве |
тяговых |
|||||||
электродвигателей транспортных |
средств. |
|
|
|
|
§ 19.8. ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ СМЕШАННОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ
Электродвигатель постоянного тока, имеющий парал лельную и последовательную обмотки возбуждения, на зывается электродвигателем смешанного возбуждения. На рис. 19.14 изображена электрическая схема такого электродвигателя, где обозначены: Я — якорь; ШО — параллельная обмотка возбуждения; СО — последова тельная обмотка возбуждения.
Электродвигатели смешанного возбуждения обычно имеют основную обмотку возбуждения, параллельную или последовательную, и вспомогательную, соответствен но последовательную или параллельную. В большинстве
416
случаев обмотки возбуждения таких электродвигателей включаются согласно, т. е. так, чтобы их магнитные по токи складывались. При таком соединении имеют место следующие соотношения:
. |
|
И * - С и / Л Ф и + |
Фе): |
n ~ u - ^ Y * r / > |
|
<19-21> |
||||||
где |
|
Фш , |
Фс — соответственно |
магнитный |
поток |
парал |
||||||
|
|
|
|
лельной |
и |
последовательной |
|
обмоток |
||||
|
|
|
гс |
возбуждения; |
|
|
|
|
||||
|
|
|
— сопротивление |
последовательной |
обмот |
|||||||
|
|
|
|
ки |
возбуждения. |
|
|
|
||||
|
Анализ уравнений (19.21) |
|
|
|
|
|
||||||
показывает, |
что магнитные |
|
|
|
|
|
||||||
потоки, создаваемые |
вспомо |
|
|
|
|
|
||||||
гательными |
обмотками, |
|
ока |
|
і |
п |
||||||
зывают влияние на вращаю |
|
|||||||||||
щий момент |
электродвигате |
|
||||||||||
ля и частоту его вращения. |
|
|||||||||||
Так |
в |
электродвигателях, |
|
|
|
|
|
|||||
имеющих основную |
последо |
|
|
то |
|
|
||||||
вательную |
обмотку, |
неиз |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
||||||||
менный магнитный поток па |
|
|
|
|
|
|||||||
раллельной |
обмотки |
ограни |
ОС, |
|
|
|
||||||
чивает |
изменение |
частоты |
|
|
|
|
|
|||||
вращения |
электродвигателя |
|
|
|
|
|
||||||
при |
изменении нагрузки |
на |
|
Рис. 19.14. Схема |
электродви |
|||||||
валу. |
Благодаря |
наличию |
|
гателя смешанного |
возбужде |
|||||||
параллельной обмотки |
ком |
|
ния |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
||||||||
паундированный |
электро |
|
|
|
|
|
двигатель последовательного возбуждения может рабо тать вхолостую.
В электродвигателях, имеющих основную параллель ную обмотку, небольшая последовательная обмотка при
меняется для повышения |
пускового момента, а также |
для компенсации реакции |
якоря и смягчения скоростной |
характеристики машины. Такая обмотка называется стабилизирующей. В корабельных электрических маши нах серии П имеется стабилизирующая обмотка. Все электродвигатели параллельного возбуждения общего применения также имеют стабилизирующую обмотку.
На рис. 19.15 показаны рабочие характеристики ком паундированного электродвигателя параллельного воз-
417
буждения |
(«і, М{) и компаундированного |
электродвига |
теля последовательного возбуждения |
(п2, М 2 ) . Для |
|
сравнения |
приведены скоростные характеристики (пунк |
тирные кривые) при отсутствии вспомогательных обмо ток у электродвигателей.
Реверс |
электродвигателей смешанного |
возбуждения |
|||||||||
следует |
производить |
изменением |
направления |
тока яко |
|||||||
|
|
|
|
ря. |
Регулировка |
же |
их ча- |
||||
|
|
/ |
|
стоты |
вращения |
осущест- |
|||||
Т^. |
|
^-Z^, . Т У в л я е т с я |
так же, |
к а к и у э л е к - |
|||||||
|
|
|
|
тродвигателей |
параллельно- |
||||||
\ |
^ |
\ / у г М , |
|
го возбуждения. |
|
|
|
||||
|
|
|
|
§ І9 -9 - АВИАЦИОННЫЕ |
|||||||
|
|
^ - - ^ 2 |
|
|
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ |
||||||
0 |
|
|
|
По |
принципу |
|
действия |
||||
|
|
|
|
авиационные |
электродвига- |
||||||
Рис. 19.15. Рабочие характери- |
Т ели |
ОДИНЭКОВЫ |
С ЭЛектрО- |
||||||||
стики электродвигателей |
сме- |
д в и г а т Є Л Я М И |
общего |
НЗЗНа- |
|||||||
шанного |
возбуждения |
чения, |
но |
они |
существенно |
||||||
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
отличаются |
от последних по |
конструктивному исполнению. Объясняется это особен ностями условий работы авиационных электродвигате лей и требованиями, предъявляемыми к ним. Особенно
сти условий работы и основные |
требования таковы. |
|
1. Высокая напряженность |
работы. |
Авиационные |
электродвигатели работают при |
больших |
нагрузках на |
активные материалы и высоких частотах вращения. Это обеспечивает малые массу и габариты. Однако высокая
частота вращения электродвигателей при соединении |
их |
с исполнительными механизмами требует редукторов |
с |
большим передаточным числом, доходящимдо 15 000 и более. Редукторы, с одной стороны, позволяют умень шить частоту вращения исполнительных механизмов и, с другой стороны, примерно во столько же раз увеличи вать момент на выходе устройства. К. п. д. редуктора с увеличением передаточного числа уменьшается, дости гая в некоторых случаях 10—15%- Несмотря на это, ре дукторы имеют некоторые преимущества, в частности, дают постоянную нагрузку на валу электродвигателя.
2. Кратковременный - режим работы. Подавляющее большинство авиационных электродвигателей работает
418
в кратковременном или повторно-кратковременном режи мах. Это также обеспечивает их малые массу и габа риты.
3. Наличие большого пускового момента. Это требо вание обусловлено надежностью работы механизма. При всех возможных моментах сопротивления на валу меха
низма необходимо обеспечить безотказный его |
пуск в |
ход, а следовательно, электродвигатель должен |
иметь |
наибольший пусковой момент. Этому требованию обыч но удовлетворяют электродвигатели последовательного возбуждения, у которых М п = (3—4)МН . Поскольку элек тродвигатели соединяются с механизмами через редук торы, имеющие низкий к. п. д., то они могут работать вхолостую, не боясь разноса.
4. Относительно малый срок службы машин, обуслов ленный высокой их напряженностью (минимальные масса и габариты). Однако минимальные масса и габа риты не должны снижать надежность электродвигателей.
5. Работа электродвигателей при пониженных напря жениях, при температуре окружающей среды, изменяю щейся в диапазоне от —60° до +50° и более, а также в условиях значительной вибрации, повышенной влажности и резко меняющегося давления.
Авиационные электродвигатели постоянного тока представляют собой небольшие по размеру машины, за крытого, защищенного или герметического исполнения. Большинство из них выполняется цилиндрической фор мы с двумя подшипниковыми щитами и фланцевым креплением. Отношение длины к диаметру составляет 1,0—2,5. Некоторые электродвигатели выполняются с неподвижным якорем и вращающейся магнитной систе мой. Магнитная система имеет, как правило, симметрич но расположенные полюса. Однако встречаются элек тродвигатели с одним конструктивным магнитным полю сом. В них ось якоря располагается эксцентрично по от ношению к оси корпуса. В машинах мощностью менее киловатта добавочные полюса обычно не устанавлива ются, но якорь в этом случае имеет небольшое число зуб цов. Подключение электродвигателей в электрические системы производится с помощью штепсельных разъемов и иногда болтовых соединений.
Наибольшее применение из авиационных электро двигателей имеют машины серии МУ, МУК, Д, СД, Д Р В ,
419