§ 28.4. Генератор смешанного возбуждения

Генератор смешанного возбуждения (рис. 28.8, а) имеет парал­лельную и последовательную обмотки возбуждения. Поток возбуж­дения создается в основном параллельной обмоткой. Последова­тельная обмотка обычно включа­ется согласно с параллель­ной (чтобы МДС обмоток скла­дывались), что обеспечивает по­лучение жесткой внешней харак­теристики генератора

Генератор смешанного возбуждения (рис. 28.8, а) имеет парал­лельную и последовательную обмотки возбуждения. Поток возбуж­дения создается в основном параллельной обмоткой. Последова­тельная

Врежиме х.х. генератор имееттолько параллельное возбужде­ние, так как 1 = 0. С появлением нагрузки возникает МДС после­довательной обмотки возбужде­ния, которая подмагничивает ма­шину и при этом полностью ком­пенсирует размагничивающее дей­ствие реакции якоря и падение напряжения в цепи якоря. Внеш­няя характеристика в этом случае становится наиболее жесткой (рис. 28.8, б, кривая 2), т. е. напряжение на зажимах генератора при увеличении тока остается почти неизменным. Если же требу­ется, чтобы напряжение на зажимах потребителя (в конце линии) во всем диапазоне нагрузок оставалось практически неизменным, то число витков последовательной обмотки увеличивают так, что­бы МДС этой обмотки компенсировала еще и падение напряжения в приводах линии. Внешняя характеристика при этом получает вид кривой 1.

При встречном включении обмоток возбуждения напряже­ние генератора с ростом тока нагрузки резко уменьшается (кри­вая 3), что объясняется размагничивающим действием последова­тельной обмотки возбуждения, МДС которой направлена против МДС параллельной обмотки. Встречное включение обмоток приме­няют лишь в генераторах специального назначения, например в сва­рочных, где необходимо получить круто падающую внешнюю ха­рактеристику.

Генераторы смешанного возбуждения с согласным включением обмоток возбуждения применяют для питания силовой нагрузки во всех случаях, когда требуется постоянство напряжения в линии, даже при резких изменениях тока нагрузки.

Глава 29. Коллекторные двигатели

§ 29.1. Основные понятия

Рис. 29.1. Направление противо-ЭДС в обмотке якоря двигателя

Электрические машины обладают свойством обратимости, т. е. они могут работать как в режиме генератора, так и в режиме дви­гателя. Поэтому если машину постоянного тока подключить к ис­точнику энергии постоянного тока, то в обмотке возбуждения и в об­мотке якоря машины появятся токи. Взаимодействие тока якоря с полем возбуждения создает на якоре элек­тромагнитный момент М, который является не тормозящим, как это имело место в генераторе, а вра­щающим. Под действием элект­ромагнитного момента якоря маши­на начнет вращаться, т. е. машина будет работать в режиме двигателя, потребляя из сети электрическую энергию и преобразуя ее в механи­ческую. В процессе работы двигате-

ля его якорь вращается в магнитном поле. В обмотке якоря инду­цируется ЭДС Е_а, направление которой можно определить по пра­вилу «правой руки». По своей природе она не отличается от ЭДС, наводимой в обмотке якоря генератора. В двигателе же ЭДС на­правлена против тока I_а и поэтому ее называют противоэлектро-движущей силой (противо-ЭДС) якоря (рис. 29.1).

Для двигателя, работающего с постоянной частотой вращения,

(29.1)

Из (29.1) следует, что подведенное к двигателю напряжение уравновешивается противо-ЭДС обмотки якоря и падением напря­жения в цепи якоря. На основании (29.1) ток якоря

I_a=(U–E_a)/Σr (29.2)

Умножив обе части уравнения (29.1) на ток якоря I_а, получим уравнение мощности для цепи якоря:

UI_a=I²_aΣr+E_aI_a, (29.3)

где UI_a — мощность, в цепи обмотки якоря; I_а²Σr— мощность элект­рических потерь в цепи якоря.

Для выяснения сущности выражения Е_аI_а проделаем следую­щее преобразование:

или

Но согласно (25.24)

тогда

Е_аI_а = Мω = Р_эм, (29.4)

где ω = 2πn/60 — угловая частота вращения якоря; Р_эм — электро­магнитная мощность двигателя.

Следовательно, выражение Е_аI_а представляет собой электромаг­нитную мощность двигателя.

Преобразовав выражение (29.3) с учетом (29.4), получим

Анализ этого уравнения показывает, что с увеличением нагруз­ки на вал двигателя, т. е. с увеличением электромагнитного момен­та М, возрастает мощность в цепи обмотки якоря UI_а, т. е. мощ­ность на входе двигателя. Но так как напряжение, подводимое к двигателю, поддерживается неизменным (U=const), то увеличе­ние нагрузки двигателя сопровождается ростом тока в обмотке

В зависимости от способа возбуждения двигатели постоянного тока, так же как и генераторы, разделяют на двигатели с воз­буждением от постоянных магнитов (магнитоэлектрические) и с электромагнитным возбуждением. Последние в соответствии со схемой включения обмотки возбуждения относительно обмотки яко­ря подразделяют на двигатели параллельного (шунтовые), после­довательного (сериесные) и смешанного (компаундные) возбужде­ния.

В соответствии с формулой ЭДС Е_а = с_еФп частота вращения двигателя (об/мин)

п=Е_а/(с_еФ).

Подставив значение Е_а из (29.1), получим

(29.5)

т. е. частота вращения двигателя прямо пропорциональна напря­жению и обратно пропорциональна магнитному потоку возбужде­ния. Физически это объясняется тем, что повышение напряжения U или уменьшение потока Ф вызывает увеличение разности (U—Е_а); это, в свою очередь, ведет к росту тока I_а [см. (29.2)]. Вследствие этого возросший ток повышает вращающий момент, и если при этом нагрузочный момент остается неизменным, то часто­та вращения двигателя увеличивается.

Из (29.5) следует, что регулировать частоту вращения двига­теля можно изменением либо напряжения U, подводимого к двига­телю, либо основного магнитного потока Ф, либо электрического сопротивления в цепи якоря r.

Направление вращения якоря зависит от направлений магнит­ного потока возбуждения Ф и тока в обмотке якоря. Поэтому, из­менив направления какой-либо из указанных величин, можно из­менить направление вращения якоря. Следует иметь в виду, что переключение общих зажимов схемы у рубильника не дает измене­ния направления вращения якоря, так как при этом одновременно изменяется направление тока и в обмотке якоря, и в обмотке воз­буждения.