Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Сафонов А.С. Специальная электротехника учеб. для воен.-мор. команд.-инженер. училищ

.pdf
Скачиваний:
56
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
17.89 Mб
Скачать

Частоту 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—(U1ягя) / (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=(11Е)/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

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 = СМФ1ЯТ,

а

сила

тока

якоря достигнет

силы тока короткого замыкания:

 

 

 

 

 

 

j

и^£л^аЖ1

 

 

(19.17)

 

 

 

 

 

 

 

 

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+1яя

+ 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

е)

 

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

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ