4.11. Механическая и рабочие характеристики шунтового двигателя, регулирование скорости, его реверсирование

При установившейся скорости вращения (*).

Если механическую нагрузку на валу изменить, то равенство (*) временно нарушится.

Так при увеличении скоростьn снижается, уменьшается возрастает ток якоря, потребляемый из сети, возрастает вращающийся эл. моментдо тех пор, пока он не сравняется с. Сказанное удобно кратко записать следующей условной строкой.

; ;;;.

Аналогично выравнивается M и и при уменьшении механической нагрузки на валу двигателя. Роль регулятора играет противо – ЭДСЕ.

Решая совместно уравнения: иимеем:

;

. (1)

Чтобы получить механическую характеристику , подставим в равенство (1) ток якоря:

.

Это уравнение прямой линии. Его легко построить по двум точкам:

1) М=0;

2) М=; n =.

Механическая характеристика шунтового двигателя – жесткая. В данном случае её удалось получить аналитически. Главную роль в этом сыграло условие Ф=const.

Рабочие характеристики шунтового двигателя – это зависимости n, M,приU=const. Так как при этом ещё Ф=const, то , и по оси абсцисс удобнее откладывать.

n – характеристика жесткая. Опасен обрыв в цепи обмотки возбуждения во время работы двигателя, возможен механический разнос: ;М – линейная зависимость.

- почти всё аналогично АД, - снижается за счет роста потерь в меди.

Исходя из выражения , видим, что скорость вращения якоряn можно регулировать 3 способами:

1) Изменением напряжения на зажимах якоря, для чего последовательно с якорем включается регулируемое , рассчитанное на длительное включение.

Из формулы видно, чтоn<, ибоФ=const и при .

Кроме того, при М== const ток якоря = const, ибо он связан уравнением моментов

Регулирование скорости неэкономичное – нагрев реостата основным током.

2) Изменение потока главных полюсов Ф, для чего в цепь обмотки возбуждения вводится регулируемый реостат, меняющий ток возбуждения . Регулирование плавное, экономичное, в обе стороны от(выше и ниже).

3) При необходимости регулировать скорость двигателя в широких пределах применяется система генератор – двигатель (Г-Д). Здесь обмотка якоря регулируемого двигателя питается не от сети, а от специального генератора с независимым возбуждением, допускающего широкое регулирование U.

Схема дает также плавность пуска, без пусковых реостатов и без толчков тока.

Изменение направления вращения (реверсирование) двигателя достигается изменением направления тока либо в цепи якоря, либо в цепи обмотки возбуждения.

4.12. Д.П.Т. С последовательным и смешанным возбуждением

У сериесного двигателя в установившемся режиме , и ток якоря может быть записан следующем образом:(1)

Отсюда скорость (2)

а) При малых нагрузках:

Ток невелик, магнитная система не насыщена:;- гипербола.

б) При больших нагрузках: Ток велик, магнитная система насыщена,Ф=const=;- прямая линия.

Итак, скоростная характеристика – мягкая, т.е. Д. значительно снижает скорость с увеличением нагрузки (в отличии от шунтового). Из схемы Д видно, что для него не опасен обрыв АВ., ибо если , то; иМ=0. Но разнос сириесного ''Д'' все же возможен в режиме малых нагрузок. Из формулы (2) видно: при Ф→0; n→∞. На графике нанесена область недопустимо малых нагрузок (менее 25% ). Принимается ряд мер, предотвращающих разное:

1). Пуск ''Д'' производят только под большой механической нагрузкой.

2). Выбирается надежная механическая передача от ''Д'' к рабочей машине (например, ременная не допускается). Второй рабочей характеристикой является момент: М=.

А) При малых нагрузках: ;М=- парабола.

Б) При больших нагрузках: ;М=- прямая линия.

Сочетание этих двух участков двух участков дает большой вращающий момент М при больших механических нагрузках. К.п.д. η аналогичен АД и шунтовому, т.е. η получается при 0,75, его снижение также объясняется резким ростом медных потерь, =.

Механическая характеристика сериесного двигателя не может быть получена аналитически, как это было возможно сделать для шунтового двигателя. Причина – нелинейная зависимость между Ф и . Однако она может быть получена или опытным путем или построена по графикам рабочих характеристик проведением достаточного числа вертикалей и составлением таблицыn=f (М).

Примерный вид механической характеристики показан на рисунке:

1) Естественная характеристика;

2) Реостатная, когда последовательно с включается еще.

Форма кривой: гипербола – при малых нагрузках; прямая – при больших.

Реверсирование сериесного двигателя осуществляется по тому же принципу, что и для шунтового, т.е. надо изменить направление тока или в обмотке якоря, или в О.В., а в регулировании скорости есть свои особенности.

Изменение скорости n достигается регулированием сопротивления в цепи О.В.П.

А). при постепенном включении получается снижение скорости, что видно из формулы снижения скорости:, причем надо иметь в виду, что в установившемся режиме, когда, токи потокФ не будут изменяться , ибо они связаны уравнением моментов: .

Б). При параллельном включении по отношении к О.В.П. происходит увеличение скорости n из-за уменьшенияи потокаФ.

Сериесные двигатели применяются на эл. транспорте (тяговые двигатели), т.к. здесь требуется большой вращающий момент М, особенно в период пуска, и мягкая скоростная характеристика.

В тех случаях, когда желательно перечисленному прибавить положительные свойства шунтовых двигателей (возможность работать при малых нагрузках), применяют двигатели смешанного возбуждения.

Последние имеют также более широкую возможность регулирования скорости (и как Шунтовые, и как сериесные) и кроме того, можно использовать противовключение О.В.П., что дает изменение суммарного потока в более широких пределах. Это сразу расширяет пределы изменения скоростиn.