Л 15. Тема: «Двигатели постоянного тока, их характеристики».

§1. Основные понятия.

Электрические машины обладают свойством обратимости, т.е. 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 валу якоря электромагнитный момент М. Однако теперь этот момент является не тормозящим, как это имело место в генераторе, а вращающим моментом. Под действием электромагнитного момента якорь машины начнет вращаться, т.е. машина будет работать в режиме двигателя, потребляя из сети электрическую энергию и преобразуя ее в механическую.

В процессе работы двигателя его якорь вращается в магнитном поле. В обмотке якоря индуктируется э.д.с. Е_а, направление которой можно определить по правилу правой руки. По своей природе эта э.д.с. ничем не отличается от э.д.с. наводящейся в якорной обмотке генератора. В двигателе же она направлена против токаI_аи поэтому называется противо-э.д.с. якоря.

Для двигателя, работающего с постоянной скоростью (частотой) вращения, можно составить уравнение э.д.с.

U=E_a+I_aR_a

E_a=c_m∙Ф_δ∙ω илиE_a=c_Е∙Ф_δ∙n– противо-э.д.с.

Ток в якоре - общий характер формулы.

При U_a>Е_а– режим двигателя, приU_a<Е_а– режим генератора.

Ток якоря подставим в эти два равенства и получим

§2. Пуск двигателя постоянного тока.

а) прямой пуск при U_a=const, Ф_δ=const.

Пусковой ток I_пуск=, обычноR_а=0,05. . .0,1 Ом, поэтомуI_пуск10-15 раз превышает номинальный ток двигателя.

Достоинства:простота схемы.

Недостатки:

1. большой пусковой ток;

2. искрение (может быть круговой огонь) из-за повышенной плотности тока;

3. бросок электромагнитного момента;

4. отрицательное влияние пускового тока на питающую сеть и пускозащитные устройства.

Поэтому такой пуск используется для двигателей Р<0,5 кВт (в них I_пускв 3-5 раз большеI_н).

§3. Рабочие характеристики двигателя постоянного тока.

Эксплуатационные свойства двигателя определяются его рабочими характеристиками, под которыми понимают зависимость I_a,n,M, η=f(P₂) от мощности на валу приU=const,i_в=const.

3.1.Двигатель параллельного возбуждения.

а) скоростная характеристика – зависимость n=f(I_a).

Для анализа зависимости обратимся к формуле

На эту зависимость влияет падение напряжения в якорной цепи. Ток возбуждения не зависит от тока якоря. С другой стороны, влияет реакция якоря, которая стремится уменьшить магнитный поток Ф_δ.

В цепь обмотки возбуждения выключатели и предохранители не ставят, т.к. при разрыве этой цепи и небольшой нагрузки на валу частота вращения двигателя резко возрастает (двигатель идет в «разнос»). При этом увеличивается ток якоря и может возникнуть круговой огонь.

При R_добполучим искусственные характеристики.

б) моментная характеристика – зависимость M=f(I_a).

Электромагнитный момент .

в) рабочие характеристики М, n,I_a,P₁, η=f(P₂) приU=const,I_в=const.

Максимальное значение η_maxдостигает при условии равенства постоянных и переменных потерь.

, отсюда

3.2. Двигатель с последовательным возбуждением.

а) скоростная характеристика– зависимость n=f(I_a).

,

Ф_δ=k_ф∙I_а, гдеk_ф– постоянный коэффициент.

Магнитный поток является функцией тока якоря. При I_а<(0,8. . .0,9)I_ном, когда магнитная система машины не насыщена, при дальнейшем увеличенииI_апоток Ф возрастает медленно, чемI_а. При больших нагрузкахI_а>I_номФ≈constи характеристика становится линейной.

б) моментная характеристика– зависимость M=f(I_a).

- квадратичная зависимость.

Двигатель последовательного возбуждения обладает значительной перегрузочной способностью. При I_а>I_номмоментная характеристика линейная.