7.4. Двигун незалежного збудження

У випадку, якщо обмотка якоря двигуна і обмотка збудження під'єднані до джерел живлення з різними напругами, його називають двигуном незалежного збудження. Такі двигуни застосовуються в електроприводах, де вони живляться від генераторів чи напівпровідникових перетворювачів.

Механічні і робочі характеристки двигуна незалежного збудження аналогічні до характеристик двигуна паралельного збудження, тому що в них струм збудження також не залежить від струму якоря(див. п.7.3).

7.5 Двигун послідовного збудження.

У цьому двигуні обмотка збудження ввімкнена послідовно з обмоткою якоря, тобто ; тому магнітний потікФ є деякою функцією струму якоря (див. рис. 2.5).

Для подальшого вивчення властивостей двигуна доцільно магнітну характеристику подати у вигляді трьох ділянок: у початковій ("ненасиченій") частині існує лінійна залежність , тобтоприпри дуже великих навантаженнях (правіше точки с) можна вважати, що магнітний потік залишається незмінним, тобтотретя ділянка - перехід від лінійного "ненасиченого" до "насиченого", де між потокомФ і струмом існує складна нелінійна залежність.

Швидкісна характеристика. Будемо вважати, що магнітне поле двигуна ненасичене, або насичене дуже слабо, тобто. Підставимо це значення магнітного потоку в рівняння швидкісної характеристики (7.5) і розділимо почленно чисельник та знаменник; тоді

(7.18)

7.3.Характеристики двигуна послідовного збудження

Як бачимо, частота обертання зворотно пропорційна струму навантаження, тобто вираз (7.18) є рівнянням гіперболи (крива 1 на рис. 7.3а). Це звичайна швидкісна характеристика. При значних струмах, коли магнітне коло насичується і не існує прямої пропорційності між магнітним потоком і струмом якоря, характеристика трохи відхиляється від гіперболи і "спрямляється" (штрихова частина кривої 1 на рис. 7.3а).

Стала с₂ в рівнянні (7.18) може відрізнятися в залежності від того, чи ввімкнений у коло якоря резистор і який його опір, [див. рівняння (7.14)]. Чим більше значення, тим нижче розміщені штучні швидкісні характеристики (криві. 2 і 3на рис. 7.3а)

Моментна характеристика. Цю характеристику доцільно розділити на дві ділянки: 1) при малих струмах, коли; 2) при великих струмах, коли можна вважати.

На першій ділянці, згідно рівняння (7.3)

(7.19)

-обертальний момент пропорційний квадрату струму якоря, тобто моментна характеристика має форму параболи (див. рис. 7.3а). На другій ділянці справджується рівняння (7.16), тобто моментна характеристика стає лінійною. Між параболічною і лінійною частинами існує перехідна ділянка, що відповідає третій перехідній ділянці магнітної характеристики.

Механічна характеристикап=f(М), При побудові цієї характеристики також треба мати на увазі допущений на початку цього параграфу розділ кривої намагнічування на три ділянки.

Для першого,"ненасиченого", згідно (7.19), . Підставивши цей вираз у (7,18) отримаємо - рівняння звичайної механічної характеристики

(7.20)

де . Як бачимо механічна характеристика має гіперболічний вигляд (крива 1 на рис. 7.3б). При струмахзалежність наближається до лінійної.

Як і в рівнянні (7.18) значення сталої с₂ в (7.20) залежить від повного опору кола якоря: ввімкнений чи ні резистор і яким його опір чим опір більший, тим нижче розміщені штучні механічні характеристики (криві 2 і 3 нарис. 7.3б).

З рис. 7.3 випливає, що швидкісні механічні характеристики двигуна послідовного збудження є "м'якими", частота обертання при зміні навантаження змінюється в широкому діапазоні. З рівнянь (7.18) і (7.20) випливає, що якщо навантаження спадає до нуля, то частота обертання прямує до нескінченості; при незначних навантаженнях вона досягає неприпустимо великого значення (двигун іде в "рознос"), що може викликати механічне пошкодження якоря.

Тому двигуни послідовного збудження не можна застосовувати в електроприводах, де можливе саморозвантаження чи холостий хід (верстати, конвеєри тощо). Щоб відвернути саморозвантаження, двигун з'єднують з привідним механізмом зубчатою передачею чи глухою муфтою.

В той же час здатність двигуна послідовного збудження розвивати момент , тоді як у двигуна паралельного збудження, робить застосування першого бажаним при тяжких умовах запуску.

Згідно рівняння (7.16) і (7.19), відповідно для двигунів паралельного і послідовного збудження спостерігається така, пропорційність:

Корисна потужність двигуна При жорсткій механічній характеристиці(п=сопst) у двигуна паралельного збудження; у двигуна послідовного збудження, для якого згідно (7.20),

Таким чином, у двигунів послідовного збудження при зміні в широких межах моменту навантаження М струм і потужність змінюються менше, ніж у двигунів паралельного збудження.

Ця обставина надзвичайно благотворно впливає на систему електропостачання. Вона також означає, що одну і ту ж роботу можна виконати двигуном послідовного збудження меншої потужності, ніж двигуном паралельного збудження.

Дійсно, якщо для проведення по заданому профілю колії складу поїзда двигун сприймає на себе момент опору (опору рухові), що дорівнює подвійному номінальному, тобто , то двигун послідовного збудження буде споживати з контактної мережі струм,а двигун паралельного збудження -; потужність першого може бути прийнятанеобхідної потужності іншого.

Ці властивості двигунів послідовного збудження дозволяють застосувати їх для тягового електроприводу (електровози, тепловози, метро тощо) і в підйомно-транспортних установках.