Проектирование мехатронных узлов Божко
.pdf
Обмотка возбуждения включается последовательно с якорной, по ним течет один и тот же ток. Скорость такого двигателя зависит от его нагрузки, его нельзя включать на холостом ходу. Но он обладает хорошими пусковыми характеристиками, поэтому схема с последовательным возбуждением применяется на электрифицированном транспорте.
Смешанное
возбуждение
При этой схеме используются две обмотки возбуждения, расположенные попарно на каждом из полюсов электродвигателя. Их можно подключить так, чтобы потоки их либо складывались, либо вычитались. В результате двигатель может иметь характеристики как у схемы последовательного или параллельного возбуждения.
Рис.1г. Схема смешанного возбуждения
Схема включения в сеть двигателя независимого возбуждения показана на 1а. Характерной особенностью этого двигателя является то, что ток в обмотке возбуждения (ОВ) не зависит от тока нагрузки (тока якоря). Обмотка якоря подключена к основному источнику постоянного тока (сети постоянного тока, генератору или выпрямителю) с напряжением U, а обмотка возбуждения — к вспомогательному источнику в напряжением UB. В цепь обмотки возбуждения включен регулировочный реостат Rв, а в цепь обмотки якоря — пусковой реостат Rд.
Регулировочный реостат служит для регулирования частоты вращения якоря двигателя, а пусковой — для ограничения тока в обмотке якоря при пуске. Характерной особенностью электродвигателя является то, что его ток возбуждения Iв не зависит от тока Iя в обмотке якоря (тока нагрузки). Поэтому, пренебрегая размагничивающим действием реакции якоря, можно приближенно считать, что и поток двигателя Ф не зависит от нагрузки.
Механические характеристики электродвигателей
Механическая характеристика электродвигателя определяет зависимость его
скорости ω от развиваемого им момента M. Часто вместо угловой скорости ω используют внесистемную физическую величину – частоту вращения n.
Под жесткостью механической характеристики kβ будем понимать отношение приращения момента ΔM к приращению скорости двигателя Δω:
Механические характеристики электрических двигателей. Классификация.
Уравнение электрического состояния силовой цепи. Механические характеристики ДПТ с параллельным возбуждением.
Уравнение электрического состояния силовой цепи двигателя можно записать в виде: U = E + Iя∙(Rя + Rд),
где Е = СЕФ∙n – противо э.д.с СЕ - одна из конструктивных констант. Они зависят от конструкции двигателя, числа полюсов, количества витков, толщин зазоров между якорем и статором. Ф - магнитный поток, Вб, создаваемый обмоткой возбуждения или постоянными магнитами.
Уравнение электромеханической характеристики n=f(Iя) имеет вид:
n = U/(СЕ∙Ф) - Iя∙(Rя + Rд)/(СЕ∙Ф) = n0 – Δn.
Учитывая, что M = CМ∙Ф∙Iя, где CМ – коэффициент, определяемый конструктивными параметрами двигателя, получаем уравнение механической характеристики n=f(M):
n = U/(СЕ∙Ф) - M∙( Rя + Rд)/(СЕ∙СМ∙Ф2) = n0 – Δn.
Здесь n0 – скорость идеального холостого хода двигателя, не обладающего моментами трения. Реальный холостой ход – это скорость вращения двигателя без внешнего момента сопротивления, приложенного к валу.
Механическая характеристика ДПТ с параллельным возбуждением
С ростом электромагнитного момента частота вращения уменьшается очень мало, т.е.механическая характеристика – жесткая, и это является положительным свойством этого двигателя. Характеристика получается жесткой потому, что коэффициент при электромагнитном моменте очень мал, вследствие того, что мало сопротивление Rя.
Следует помнить, что при обрыве цепи возбуждения Iв=0 обороты двигателя n→∞, т.е. двигатель идет «вразнос», поэтому его необходимо немедленно отключить от сети.
Механические характеристики ДПТ с последовательным возбуждением.
Рассмотрим теперь двигатель с последовательным возбуждением
Iя = Iв, Rя + Rв = Rя/
причем Rя и Rв – малы. Тогда уравнение равновесия напряжения:
U = Eя + Iя· Rя/
n = (U- Iя∙ Rя/)/(СЕ∙Ф)
Зависимость магнитного потока Ф от тока возбуждения Iя = Iв на линейном участке можно записать в виде:
Ф = к· Iя ,
Электромагнитный вращающий момент будет:
Mэм = Cм·Ф·Iя = Cм· к ·Iя 2
Если в ДПТ с параллельным возбуждением электромагнитный момент прямо пропорционален току якоря, то в ДПТ с последовательным возбуждением он пропорционален квадрату тока якоря. Это является положительным свойством ДПТ с последовательным возбуждением. Силовые электромеханизмы имеют в своем составе ДПТ с последовательным возбуждением.
Теперь мы можем выразить ток якоря через электромагнитный момент и подставить это значение в формулу для скорости вращения двигателя, тогда получим выражение для механической характеристики ДПТ с последовательным возбуждением.
Механическая характеристика ДПТ с последовательным возбуждением
С увеличением момента скорость вращения ДПТ изменяется очень сильно, т.е. характеристика мягкая, хорошо используется в электроприводе. Из характеристики также следует, что, если электромагнитный момент Мэм уменьшать, то скорость вращения двигателя будет возрастать. Следовательно, ДПТ последовательного возбуждения пускать вхолостую нельзя, потому что якорь приобретет повышенную скорость вращения, опасную для целостности якоря, т.е. двигатель идет "вразнос".
Однако ДПТ мощностью до нескольких сот ватт можно включать вхолостую, т.к. момент трения холостого хода для него является существенной внутренней нагрузкой.
Чтобы предотвратить возможность работы двигателя без нагрузки, его соединяют с приводным механизмом жестко (зубчатой передачей или глухой муфтой); применение ременной передачи или фрикционной муфты для включения недопустимо.
