7.6 Двигун змішаного збудження

У цьому двигуні магнітний потік створюється в результаті спільних дій послідовної і паралельної обмоток збудження, що вмикаються, як правило, узгоджено. Тому його механічна характеристика розміщується між характеристиками двигунів послідовного і паралельного збудження (рис. 7.4). Вона (крива 3) м'якша, ніж характеристика 1, але жорсткіша, ніж 2. В залежності від співвідношення МРС обох обмоток, крива 3 може наближатися до характеристики 1 або 2. Тоді двигуну будуть більш-менш відповідати властивості двигуна паралельного чи послідовного збудження.

Рис. 7.4. Механічні характеристики двигунів паралельного (1), послідовного (2) і змішаного з узгодженим включенням послідовної обмотки (3) збуджень

Одним з плюсів цього двигуна є те, що він йде "в рознос'' і може працювати при холостому ході (частота обертанняп₀ має скінчене значення). Це одна з причин, через яку двигуни змішаного збудження застосовують на електрорухомому складі, наприклад на трамваях і тролейбусах.

7.7. Регулювання частоти обертання

Робота двигуна на звичайній характеристиці не завжди може задовольняти всі вимоги експлуатації. Часто буває необхідно розширити робочий діапазон, що може бути виконане регулюванням частоти обертання. Таке регулювання, згідно рівняння (7.14) можна виконати трьома способами:

1. зміною напруги живлення ;

2. зміною падіння напруги в колі якоря, тобто ввімкнення резистора в його коло;

3. зміною магнітного потоку Ф.

Всі ці три способи дають принципово однакові результати для двигунів будь-якого виду збудження, але кожний спосіб при цьому має свої характерні особливості.

Розглянемо принципові особливості, властиві цим способам регулювання, на прикладі двигуна послідовного збудження як такого, що має основне застосування у тяговому електроприводі.

Зміна напруги живлення.Звичайна швидкісна характеристика (крива 1 на рис. 7.3а) відповідає номінальній напрузі, тому зміна напруги живлення можлива лише донизу, що дасть сімейство швидкісних характеристик, аналогічних за формою звичайній, але розміщених нижче.

Зміну напруги живлення можна здійснювати за схемою Г-Д (генератор - двигун), коли до якоря двигуна, що регулюється, підводиться напруга, від спеціального генератора. Таке регулювання має місце на тепловозах. На електровозах плавне регулювання здійснюється за допомогою тиристорного перетворювача, а також головного трансформатора, змінюючи ступенями його вихідну напругу.

Резистор в колі якоря.Цей спосіб дозволяє отримати сімейство швидкісних або механічних характеристик, що лежить нижче звичайних. Кожна така характеристика відповідає згідно рівнянню (7.14) своєму значенню (криві2 і 3 нарис. 7.3). Спосіб регулювання, що розглядається має ряд недоліків: резистор, який повинен бути розрахований на довготермінове протікання струму, виявляється громіздким і дорогим; крім того, в резисторі втрачається більша частина енергії, що робить даний спосіб регулювання неекономним.

Зміна магнітного потоку.Може здійснюватися у бік його зменшення -послаблення збудження, або в бік його збільшення -підсилення збудження.

Послаблення збудження.Здійснюється шляхом шунтування обмотки збудження резистором (рис. 7.5а). Коли замикається контакторКМ1, частина струму якоря, що визначається значенням опору, розгалужується в коло шунтувального резистора; при цьому струм збудженняа значить і магнітний потікФ зменшуються, а частота обертання, згідно рівняння (7.5) зростає. Чим менше значення тим більша частина струму відгалужується в шунтувальний резистор і тим більше зростає частота обертання.

На рис. 7.56 характеристика послабленого збудження отримана при замиканні лише контактораКМ.1, а коли значення опору шунтувального резистора дорівнює, а струм в шунтувальному колі.

При замиканні одночасно контакторів КМ1, КМ2 (цьому відповідає характеристика) один резистор коротиться, опір шунтувального кола дорівнює, і по ньому тече струм

Розглянемо процес переходу зі звичайної на характеристику .

Нехай двигун працює на звичайній характеристиці (рис. 7.5б) у точці а, що відповідає частоті обертанняструму якоря. При замиканні контактораКМ1 зменшується магнітний потікФ і згідно (7.2) падає ЕРС двигунаЕ, бо завдяки інерції обертальних мас частота обертання в перший час залишається незмінною і дорівнює. Якщо зменшилась ЕРСЕ, то для зрівноваження прикладеної напруги, як витікає з рівняння (7.1), повинен зрости струм; тому має місце стрибок струму на, - струм стає рівним, стався перехід у на характеристиціОВ1.

При роботі в точці а існувала рівновага між обертальним моментом двигуна і статичним моментом опору на його валі [див. рівняння (7.6)]. Замикання контактораКМ1 викликає більший приріст струму, ніж зменшення магнітного потоку, тому обертальний момент двигуна (7.3) зросте і стає більшим від моменту опору; це призводить до зростання частоти обертання (за стрілкою на характеристиціОВ1), зменшення струму і обертального моменту. Частота обертання зростає до деякого значенняп₂, поки в точціс знову встановиться рівновага між обертальним моментом і статичним моментом опору.

Перехід на характеристику проходить аналогічно додатковим замиканням контактораКМ2.

Послідовно в шунтувальне коло ввімкнена індуктивність - індуктивний шунт. Його призначення -сприяти, рівномірному розподілу струмів І_я іІ_ш в перехідних режимах.

Описаний спосіб регулювання дуже економічний, бо сумарні втрати на збудження навіть зменшуються.

Посилення збудження. Здійснюється за допомогою шунтування якоря, що викликає зростання струму збудження і магнітного потоку, а частота обертання падає (крива 3 на рис. 7.5б). При переході на характеристику3 (точкаа) струм і обертальний момент зменшуються, а значить, починається рух по кривій3 вниз.

Шунтування якоря вимагає виконання резистора на повну напругу мережі, що робить його дуже громіздким і дорогим: його опір має бути більшим, значить втрати енергії - значніші. Крім того, шунтування якоря ефективне лише тоді, коли магнітне коло двигуна не насичене, тому такий спосіб регулювання на практиці, застосовується дуже рідко.