3 Схемы включения двигателей постоянного тока

Двигатели параллельного возбуждения

В схеме двигателя параллельного возбуждения Рисунок3.1.обмотка возбуждения включена параллельно с обмоткой якоря. Последовательно с обмоткой возбуждения включен регулировочный реастат R_р, а в цепи якоря пусковой реостат R_п. Особенность такой схемы включения в том,

что ток возбуждения двигателя не зависит от тока якоря, а значит, величина магнитного поток остается постоянной (если пренебречь размагничивающим действием реакции якоря) при изменении нагрузки на валу двигателя. При этом условии механическая, скоростная и моментная характеристики будут линейными Рисунок3.2. Угол наклона скоростной и механической характеристик к оси абсцисс будет определяться величиной сопротивления пускового реостата. Чем большеR_п, тем больше угол наклона (характеристика становится мягче).

, (3.1)

, (3.2)

где  угловая скорость вращения холостого хода,

снижение угловой скорости вращения, обусловленное суммарным падением напряжения на всех сопротивлениях цепи якоря.

Реакция якоря, несколько уменьшая поток машины Ф при нагрузке, стремится придать естественной механической характеристике отрицательный угол наклона, при котором угловая скорость вращения возрастает с ростом момента. Однако двигатель с такой характеристикой в большинстве электроприводов устойчиво работать не может. Поэтому современные двигатели (особенно мощные) с параллельным возбуждением снабжаются небольшой последовательной обмоткой, которая придает механической характеристике необходимый наклон. В цепь обмотки возбуждения выключатели и предохранители не устанавливают, т.к. при разрыве этой цепи и небольшой нагрузке на валу угловая скорость вращения резко возрастает (двигатель идет "в разнос"), возрастает также ток якоря и появляется круговой огонь на коллекторе.

В ряде случаев обмотку возбуждения запитывают от независимого источника (схема независимого возбуждения). Механические характеристики в этом случае аналогичны характеристикам двигателя с параллельным возбуждением, так как и в этом случае, ток возбуждения не зависит от тока якоря.

Примером использования рассмотренной схемы включения являются двигатели серии МИ и СД.

Двигатель последовательного возбуждения

Вданном случае обмотка возбуждения включается последовательно с обмоткой якоря рис 3.3, а это значит, чтоI_в=I_я и магнитный поток Ф является некоторой функцией тока якоря I_я. Характер этой функции меняется в зависимости от нагрузки двигателя.

При I_я<(0,8-0,9)I_ном, когда магнитная система машины ненасыщенна Ф=k_фI_я, при чем k_ф в значительном диапазоне нагрузок остается практически постоянным. При дальнейшем росте нагрузки, а значит и тока якоря, рост потока замедляется и при I_я>I_ном, когда машина достигает насыщения, считают, что Ф=const. В соответствии с этим изменяются зависимости =f(I_я), =f(М), М=f(I_я). При I_я<(0,8-0,9)I_ном скоростная характеристика имеет форму гиперболы т.к.

, (3.3)

где с₁,с₂ - const.

А при I_я>I_ном скоростная характеристика становится линейной, и угловая скорость вращения будет определяться по формуле 3.1, где Ф=const.

Аналогично можно получить выражения для моментной характеристики: на первом участке

, (3.4)

а на втором участке по формуле 2.4.

Механическая характеристика на первом участке

, (3.5)

а на втором участке зависимость становится линейной и описывается выражением 3.2.

Нужно отметить особенность двигателя последовательного возбуждения резко развивать угловую скорость вращения при малых нагрузках, превышающую предельно допустимые значения (двигатель идет "в разнос". Обычно минимально допустимая нагрузка, при которой

I_я=(0,2-0,25)I_ном , только двигатели малой мощности можно использовать в таких условиях т.к. они имеют относительно большое сопротивление обмотки якоря. Двигатели средней и большой мощности нельзя применять для привода механизмов, работающих в режиме холостого хода или при небольшой нагрузке.

Если в цепь якоря включен пусковой реостат, то, изменяя величину его сопротивления можно получить семейство механических характеристик, причем, чем большеR_п, тем ниже располагается характеристика. Механические характеристики такого двигателя  мягкие, что обеспечивает ему устойчивую работу при любой механической нагрузке больше минимальной. Свойство таких двигателей развивать большой вращающий момент, пропорциональный квадрату тока якоря, имеет важное значение, особенно в тяжелых условиях пуска и при перегрузках, так как с постепенным увеличением нагрузки двигателя мощность на его входе растет медленнее, чем вращающий момент. Так у двигателей параллельного возбуждения мощность пропорциональна моменту, а двигателей последовательного возбуждения Р=с. А при заданной кратности перегрузки по моменту М/М_ном=к_м, ток якоря в двигателе с параллельным возбуждением увеличивается в к_м раз, а в двигателе с последовательным возбуждением только враз. По этой же причине двигатель развивает больший пусковой момент, т.к. при заданной кратности пускового токаI_п/I_ном=к_i, пусковой момент М_п=, в то время как у двигателя с параллельным возбуждением.