2.1.5.Характеристики генератора постоянного тока

споследовательным возбуждением

Генератор постоянного тока с последовательным возбуждением имеет последовательную обмотку возбуждения, которая включена последовательно с обмоткой якоря и с нагрузкой, и в данном случае в замкнутой цепи генератора протекает ток I = Iя = Iв = Iн.

Характеристика холостого хода генератора с последовательным возбуждением снимается при питании обмотки возбуждения от внешнего источника и имеет тот же вид, что и у генераторов других типов. Для замкнутой цепи генератора с последовательным возбуждением в соответствии со вторым законом Кирхгофа имеем уравнение:

Е=U + (rя + rв )I ,

авнешняя характеристика будет иметь вид:

U = Е −(rя + rв )I .

Как видно из уравнения, напряжение генератора равно разности между ЭДС и вольтамперной характеристикой обмоток – падением напряжения на обмотках якоря и возбуждения. В результате внешняя характеристика генератора с последовательным возбуждением имеет вид зависимости.

Такая внешняя характеристика не может обеспечить устойчивую работу генератора при питании меняющейся нагрузки. Генераторы с последовательным возбуждением применяются для питания потребителей, сопротивление которых может принимать малые значения, так как в режиме короткого замыкания ток ограничен, что предохраняет обмотки от перегрузки.

2.1.6. Внешние характеристики генератора постоянного тока смешанного возбуждения

Генератор смешанного возбуждения кроме параллельной обмотки возбуждения имеет последовательную обмотку, по которой протекает ток нагрузки. Параллельная обмотка может быть включена до последовательной (короткий шунт), или после нее (длинный шунт). Основной обмоткой возбуждения такого генератора является параллельная обмотка, а последовательная обмотка выполняет при этом роль вспомогательной. Параметры последовательной об-

20

мотки возбуждения и порядок ее включения выбираются с целью получения внешней характеристики, необходимой для работы того или иного потребителя.

ЭДС генератора смешанного возбуждения зависит от суммарного магнитного потока, создаваемого параллельной и последовательной обмотками возбуждения. При согласном включении обмоток магнитный поток последовательной обмотки возрастает по мере увеличения нагрузки, компенсируя потери напряжения в обмотке якоря и реакцию якоря. Можно рассчитать последовательную обмотку возбуждения так, чтобы в пределах номинальной нагрузки напряжение сохранялось близким к номинальному.

На мощных генераторах для компенсации реакции якоря последовательную обмотку располагают на дополнительных полюсах, расположенных перпендикулярно направлению основного магнитного потока и встречно магнитному потоку реакции якоря. При встречном включении последовательной обмотки возбуждения, то есть в размагничивающем направлении, получаем падающую характеристику с крутым падением в ненасыщенной области. Такая характеристика используется на сварочных генераторах с целью обеспечения стабильности сварочного тока.

2.1.7. Работа электродвигателя постоянного тока

Если к машине постоянного тока с параллельной обмоткой возбуждения подключить напряжение сети Uс, то по обмотке возбуждения будет про-

а по обмотке якоря будет протекать пусковой ток Iп = Uс . В результате вза- rя

имодействия магнитного потока и пускового тока якоря возникает электромагнитный момент Мэм и ротор приводится во вращение. Так как ротор вращается в магнитном поле, то в расположенной на нем обмотке якоря наводится ЭДС Е = Cе nФ, которая направлена встречно напряжению сети. С возрастанием оборотов ротора ток якоря будет уменьшаться

I я = Uс −rСя еnФ.

21

При установившемся движении в машине постоянного тока действует электромагнитный момент

M эм = Fэм D2 = NBсрl 2Ia ppτ = 2pp Na IФ = CмIФ,

где Fэм – электромагнитная сила, действующая на якорь, Н; D – диаметр обмотки якоря, м;

Вср – средняя индукция в пределах полюсного деления, Тл; Iя – ток в обмотке якоря, А;

τ – полюсное деление, м;

l– длина полюса, м;

р– число пар полюсов;

N – число проводов обмотки якоря;

а – число параллельных ветвей обмотки якоря.

Для электродвигателя с параллельным возбуждением в соответствии со вторым законом Кирхгофа для цепи якоря уравнение электрического равновесия имеет вид:

E = CenФ =Uc − I яrя .

Уравнения дают возможность определить основные характеристики электродвигателя. Скоростная характеристика представляет собой зависимость числа оборотов от тока якоря. Для электродвигателя с параллельным возбуждением эта зависимость представлена уравнением:

где Ф1 – магнитный поток, создаваемый параллельной обмоткой возбуждения. Для электродвигателя с последовательным возбуждением число оборотов зависит и от сопротивления обмотки возбуждения, по которой протекает ток якоря:

где Ф2 – магнитный поток, создаваемый последовательной обмоткой возбуждения, Ф2 зависит от тока якоря. При ненасыщенной магнитной системе магнитный поток пропорционален току якоря: Ф = kIя.

22

У электродвигателя со смешанным возбуждением результирующий магнитный поток равен сумме потоков, создаваемых параллельной и последовательной обмотками возбуждения.

В режиме холостого хода у электродвигателя с последовательным возбуждением Ф3= 0, а число оборотов n0 стремится к бесконечности. У электродвигателей с параллельным и смешанным возбуждением n0=U/СеФ1.

Механические характеристики электродвигателя представляют собой зависимость числа оборотов от электромагнитного момента. Для электродвигателя с параллельным возбуждением с учетом того, что ток равен:

I я = Мэм = Мд + Мс ,

СмФ СмФ

эта зависимость представлена уравнением:

где Ф1 – магнитный поток, создаваемый параллельной обмоткой возбуждения. Для электродвигателей с последовательным и смешанным возбуждением:

Пренебрегая влиянием реакции якоря на процесс изменения нагрузки на валу электродвигателя, можно принять электромагнитный момент пропорциональным току якоря. Поэтому механические характеристики электродвигателей постоянного тока имеют такой же вид, как и соответствующие скоростные характеристики.

В момент пуска электродвигателя число оборотов n = 0 и пусковой ток равен Iя = UC/rя. Так как сопротивление обмотки якоря мало, то пусковой ток во много раз превышает номинальный ток двигателя, поэтому прямой пуск допустим только для двигателей небольшой мощности. С целью ограничения пускового тока в цепь якоря включают пусковые резисторы, сопротивление которых выбирается из условия ограничения пускового тока максимально допустимым значением Iмакс. Сопротивление первой ступени пуска, когда n = 0, определяется из условия:

23

По мере разгона электродвигателя возрастает противо-ЭДС Е и ток якоря уменьшается, при уменьшении тока до Iмин включают вторую ступень пуска. Сопротивление второй и при необходимости последующих ступеней пуска определяют из условия:

rп2 = Uc −СеnФ −rя.

Регулирование скорости электродвигателя постоянного тока можно выполнять тремя способами: изменением напряжения сети Uр, включением в цепь якоря регулировочных сопротивлений (реостатов) rр, изменением (ослаблением) магнитного потока Фмин.

Реверсирование – изменение направления вращения электродвигателя – производится путем изменения направления магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения, либо направления тока в цепи якоря. После отключения время выбега электродвигателя без торможения может быть велико, что недопустимо при реверсировании механизмов.

Механическое торможение обычно производится при взаимодействии тормозных колодок с тормозным шкивом. Недостаток такого способа торможения состоит в нестабильности тормозного момента, зависящего от коэффициента трения колодок.

Электрическое торможение происходит, когда ток протекает согласно с ЭДС двигателя. Возможны три способа электрического торможения.

Торможение с возвратом (рекуперацией) электроэнергии в сеть. При этом ЭДС должна быть больше напряжения источника питания и электродвигатель переходит в режим генератора. Такое торможение осуществимо при снижении напряжения источника электроэнергии, при спуске грузов в подъемных механизмах и в других случаях.

Торможение противовключением. При этом ЭДС и напряжение склады-

ваются, а для ограничения тока в цепь якоря включается резистор. Динамическое торможение выполняется при включении на зажимы

электродвигателя тормозного резистора. Кинетическая энергия электропривода превращается в электрическую и рассеивается в цепи якоря и в тормозном резисторе. Торможение противовключением и динамическое торможение связаны с потерями энергии, но из-за простоты способа реализации нашли наибольшее распространение.

24