4. Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением. Принцип работы. Механические и рабочие характеристики.

ОВ включена последовательно с обмоткой якоря и через обмотку якоря и ОВ проходит один и тот же ток, т. е. . Поэтому магнитный поток Ф зависит от тока нагрузки.

Характеристика двигателя при определяется уравнением момента . Однако при слабом насыщении стали магнитный поток пропорционален току нагрузки ( ); поэтому момент пропорционален квадрату тока ( ). Из этого следует, что характеристика в начальной части представляет собой параболу. По мере увеличения нагрузки наступает насыщение магнитной цепи и характеристика момента М становится прямолинейной (рис. 5.7).

Магнитный поток ненасыщенной машины находится в прямой зависимости от тока нагрузки, и поэтому скорость вращения резко меняется в зависимости от нагрузки. Это видно из отношения: .

Механическая характеристика при двигателя с последовательным возбуждением имеет резко падающий вид, и поэтому двигатель с последовательным возбуждением работает устойчиво при любой нагрузке. На рис. 5.8 показаны механические характеристики: 1 – естественная, 2 — при номинальном напряжении и токе возбуждения , 3 — при шунтировании обмотки якоря сопротивлением.

Способность двигателя с последовательным возбуждением развивать значительные вращающие моменты определяет области применения этих двигателей: в подъемных устройствах, в качестве крановых двигателей и на электрическом транспорте в качестве тяговых двигателей.

5. Регулирование скорости вращения двигателей постоянного тока.

Из уравнения э. д. с. двигателя скорость вращения якоря двигателя

.

Из формулы: скорость вращения якоря зависит от напряжения питающей сети, величины сопротивления цепи якоря и величины основного магнитного потока. Регулируя ту или другую из указанных величин, можно изменять скорость вращения якоря.

Регулировочные свойства двигателя характеризуются пределами, плавностью и экономичностью регулирования скорости вращения.

Под пределами регулирования ( ) понимают отношение наибольшего числа оборотов к наименьшему , которое может быть получено при регулировании, т. е. .

Предел регулирования обычно дается в виде отношения 2:1; 5:1; 10:1 и т. д.

Под плавностью регулирования понимают отношение числа оборотов двух соседних ступеней регулирования ,

где т — номер ступени регулирования.

Регулировать скорость вращения двигателя изменением подводимого к нему напряжения можно по специальной системе генератор — двигатель (Г — Д). Для питания двигателя используется специальный генератор. Якори генератора и двигателя связаны между собой электрически. Напряжение на зажимах генератора изменяется регулированием величины тока в его обмотках возбуждения. Этот способ позволяет плавно и в широких пределах изменять скорость вращения двигателя. В системе Г — Д производится безреостатный пуск двигателя постепенным повышением напряжения, легко осуществляется изменение направления вращения изменением направления тока возбуждения в обмотке возбуждения генератора.

Однако в системе Г - Д требуется установка специального агрегата, первичного двигателя и генератора для питания электрической энергией двигателя. Поэтому данный способ регулирования скорости двигателя применяется лишь в специальных схемах электрических приводов, например, в схемах электропривода руля, брашпиля, шпиля, гребного винта и т. п.

Регулирование скорости вращения введением в цепь якоря добавочного сопротивления позволяет изменять скорость вращения только в сторону уменьшения, что следует из уравнения

.

Когда в цепь якоря вводится добавочное сопротивление, ток якоря в первый момент уменьшается ( ), при U=const уменьшается и вращающий момент ( , при Ф=const), который оказывается меньше противодействующего момента . Скорость вращения двигателя при этом естественно снизится, что вызовет уменьшение противо-э. д. с. и приведет к увеличению тока до первоначальной величины. Таким образом, равенство моментов будет восстановлено, но при меньшей скорости вращения.

Рассмотренный способ регулирования скорости вращения двигателя прост в эксплуатационном отношении, но обладает рядом существенных недостатков, а именно: регулировочный реостат имеет значительные габариты, так как он должен быть рассчитан на продолжительное протекание всего тока нагрузки; заметно возрастают потери в цепи якоря за счет нагрева регулировочного реостата. Поэтому регулировка скорости вращения введением в цепь якоря добавочного сопротивления применяется лишь в двигателях небольшой мощности и специальных схемах управления электроприводов подъемно-транспортных механизмов (грузовые лебедки).

Регулировка скорости вращения двигателя изменением основного магнитного потока машины получила наиболее широкое распространение. Изменение Ф возможно в результате изменения Iв. Это достигается введением в цепь возбуждения добавочного сопротивления (регулировочного реостата). Ф в зависимости от Iв изменяется в соответствии с кривой намагничивания.

Если пренебречь насыщением стали магнитной цепи, то можно считать, что , где — коэффициент пропорциональности. Тогда .

Этим способом скорость вращения якоря можно менять в сторону увеличения достаточно плавно и в довольно широких пределах. Следует, однако, иметь в виду, что уменьшение магнитного потока Ф в первый момент вызовет резкое увеличение тока в цепи якоря, так как

; .

Повышение величины тока при увеличении скорости вращения машины ухудшает условия коммутации. Поэтому пределы регулировки при этом способе ограничивают таким образом, чтобы поток машины не ослаблялся более чем на 25—30%.