Карточка № 9.8 (268). Генераторы с самовозбуждением

§9.9. Двигатели постоянного тока независимого и параллельного возбуждения. Вращающий момент

У двигателя параллельного возбуждения цепь обмотки возбуждения, так же как и цепь обмотки якоря, включена под постоянное напряжение сети. Цепь обмотки возбуждения можно питать и от отдельного источника постоянного тока (независимое возбуждение). И в том и в другом случае ток возбуждения не зависит от тока якоря.

Рис. 9.24. Схема включения в сеть двигателя постоянного тока параллельного возбуждения: Л — линия; Я — якорь; Ш — шунт

Схема включения в сеть двигателя постоянного тока параллельного возбуждения изображена на рис. 9.24. Обмотка якора включается в сеть через ступенчатый пусковой реостат Rп обмотка возбуждения — через реостат Rш. Токопроводящая ручка пускового реостата соединена с зажимом Л и до запуска двигателя находится на контакте О. При запуске она последовательно перемещается в крайнее левое положение.

При этом цепь возбуждения непосредственно подсоединена к сети через дугообразный контакт Ш, а цепь якоря Я через секции пускового реостата. В процессе пуска число включенных секций уменьшается, а по окончании пуска пусковой реостат полностью выводится. Такая

конструкция пускового реостата исключает разрыв цепи якоря при переключении ручки с одного контакта на другой. Следует иметь в виду, что пусковой реостат не рассчитан на длительное пребывание под током якоря, поэтому при работе двигателя его ручка должна находиться в крайнем левом положении.

Вращающий момент М двигателя определяется на основании закона Ампера F=I1lВcp и

известной из механики формулы

М = F D2 N = Bср I1l D2 N

Здесь F — сила, действующая на один проводник обмотки якоря; D — диаметр якоря; N — общее число проводников в обмотке якоря; I1 — ток в одном проводнике обмотки; l — действующая длина проводника; Вср — среднее значение магнитной индукции в воздушном зазоре машины.

Напомним, что Вср=2рФ/(πDl) (см. § 9.4), I1=Iя/(2а). Таким образом,

Постоянный для данного двигателя коэффициент pN/(2πa) обозначают см. Таким образом, М=смIяФ, т. е. вращающий момент двигателя прямо пропорционален току якоря и магнитному потоку возбуждения.

Выражение для вращающего момента двигателя можно получить и другим способом. Электромагнитная мощность Рэ, за счет которой создается момент, поворачивающий якорь,

Рэ=ЕIя,

где Е — ЭДС в обмотке якоря машины, работающей как генератор, и противо-ЭДС машины, работающей как двигатель.

Из механики известно, что мощность, вращающий момент и угловая частота вращения связаны соотношением Рэ=Мω. Следовательно, Мω=ЕIя, откуда М=ЕIя/ω.

Угловая скорость ω (рад/с) и частота вращения п (об/мин) легко выражаются друг через

где см=60сЕ/(2π).

Карточка № 9.9 (248).

Двигатели постоянного тока независимого и параллельного возбуждения. Вращающий момент

§9.10. Механическая и рабочие характеристики двигателей постоянного тока независимого и параллельного возбуждения

Зависимость установившейся частоты вращения от момента двигателя при постоянном напряжении питания цепей якоря и возбуждения называют механической характеристикой.

Зависимости частоты вращения п, тока якоря Iя, вращающего момента М и коэффициента полезного действия h от полезной мощности Р2 на валу двигателя при постоянном напряжении цепей якоря и возбуждения (Iв=сonst) называют рабочим и характеристиками.

Механическая и рабочие характеристики двигателя независимого возбуждения аналогичны этим характеристикам двигателя параллельного возбуждения.

Выведем уравнение механической характеристики. Подведенное к цепи якоря напряжение расходуется во внутреннем сопротивлении машины и компенсирует противо-ЭДС: U=E+IяRя. Подставив в это уравнение Е=сЕпФ и Iя=М/(смФ), получим зависимость между п и М:

U = cE nФ + сМФ Rя

М

Выразив эту зависимость в явном виде, получим уравнение механической характеристики:

При отсутствии тормозного момента на валу частота вращения двигателя максимальна: n0=U/(сЕФ). С увеличением момента частота вращения двигателя

уменьшается по линейному закону: n=n0—kM, где k — постоянный коэффициент. Механическая характеристика рассматриваемых двигателей изображена на рис. 9.25. Как

видно из рисунка, частота вращения двигателей при изменении тормозного момента в широких пределах (от нуля до номинального) изменяется незначительно. Следовательно, двигатели независимого и параллельного возбуждения имеют жесткую механическую характеристику.

Рабочие характеристики двигателей параллельного и независимого возбуждения представлены на рис. 9.26. Так как с увеличением полезной мощности Р2 вращающий момент возрастает, частота вращения двигателя уменьшается (ср. с механической характеристикой). С увеличением вращающего момента увеличивается и пропорциональный ему ток якоря. Машину проектируют таким образом, чтобы наибольший КПД достигался при нагрузках, несколько меньших номинальной.

Отечественные заводы выпускают машины постоянного тока различного типа и назначения. Электродвигатели серии П с номинальными мощностями от 0,13 до 200 кВт используют в электрических приводах, требующих широкого и плавного регулирования частоты вращения.