Pobuda DC motora. Karakteristike mješovite pobude DC motora

Kao iu slučaju generatora, namotaji induktora i armature motora mogu biti povezani ili serijski (Sl. 339) ili paralelno (Sl. 340). U prvom slučaju, motor se naziva serijski pobuđeni motor (ili serijski motor), u drugom, paralelno pobuđeni motor (ili šant motor). Koriste se i motori sa mješovitom pobudom (složeni motori) kod kojih je dio namotaja induktora spojen serijski s armaturom, a dio paralelno. Svaki od ovih tipova motora ima svoje karakteristike koje čine njegovu upotrebu preporučljivom u nekim slučajevima, a nepraktičnom u drugim.

1. Motori sa paralelnom pobudom. Krug za povezivanje motora ovog tipa na mrežu prikazan je na Sl. 361. Budući da su ovdje kola armature i induktora neovisni jedno o drugom, struja u njima može se kontrolirati nezavisno korištenjem zasebnih reostata uključenih u ova kola. Reostat uključen u krug armature naziva se početni reostat, a reostat uključen u krug induktora naziva se kontrolni reostat. Prilikom pokretanja motora s paralelnom pobudom, reostat za pokretanje mora biti potpuno uključen; kako motor povećava brzinu, otpor reostata se postepeno smanjuje i kada se postigne normalna brzina, ovaj reostat se potpuno uklanja iz strujnog kruga. Motori sa paralelnom pobudom, posebno velike snage, ni u kom slučaju se ne smiju uključivati ​​bez reostata za pokretanje. Na isti način, kada ugasite motor, prvo morate postepeno uvoditi reostat pa tek onda isključiti prekidač koji povezuje motor na mrežu.

Rice. 361. Šema uključivanja motora sa paralelnom pobudom. Mesingani luk 1, po kojem se pomiče poluga startnog reostata, spojen je preko stezaljke 2 na kraj reostata za podešavanje, a kroz stezaljku 3 na startni reostat. To je učinjeno tako da kada se startni reostat prebaci na kontakt u praznom hodu 4 i struja se isključi, krug pobude se ne prekine.

Nije teško razumjeti razmatranja koja dovode do ovih pravila za uključivanje i isključivanje motora. Vidjeli smo (vidi formulu (172.1)) da struja u armaturi

,

gdje je napon mreže, i - e. d. s., indukovana u namotajima armature. U prvom trenutku, kada motor još nije imao vremena da se okrene i postigne dovoljnu brzinu, npr. itd. sa. je vrlo mala i struja kroz armaturu je približno jednaka

Otpor armature je obično vrlo nizak. Računa se tako da pad napona na armaturi ne prelazi 5-10% mrežnog napona za koji je motor dizajniran. Stoga, u nedostatku startnog reostata, struja u prvim sekundama može biti 10-20 puta veća od normalne struje za koju je motor dizajniran pri punom opterećenju, a to je vrlo opasno za njega. Uz uveden startni reostat sa otporom, startna struja kroz armaturu

. (173.1)

Otpor startnog reostata odabran je tako da početna struja premašuje normalnu ne više od 1,5-2 puta.

Objasnimo ono što je rečeno na numeričkom primjeru. Pretpostavimo da imamo motor od 1,2 kW, naznačen na 120 V i koji ima otpor armature. Struja armature pri punom opterećenju

.

Ako bismo ovaj motor priključili na mrežu bez startnog reostata, tada bi u prvim sekundama startna struja kroz armaturu imala vrijednost

,

10 puta veća od normalne radne struje u armaturi. Ako želimo da početna struja premaši normalnu ne više od 2 puta, odnosno da je bila jednaka 20 A, tada moramo odabrati početni otpor tako da se ostvari jednakost

,

odakle dolazi ohm.

Također je jasno da je za šant motor vrlo opasno naglo ga zaustaviti bez isključivanja, na primjer, zbog naglog povećanja opterećenja, jer u ovom slučaju e. itd. sa. pada na nulu i struja u armaturi se toliko povećava da višak Joule topline koji se u njoj oslobađa može dovesti do topljenja izolacije ili čak samih žica za namotaje (motor "izgori").

Reostat za podešavanje uključen u krug induktora služi za promjenu brzine motora. Povećanjem ili smanjenjem otpora kruga induktora pomoću ovog reostata mijenjamo struju u kolu induktora, a time i magnetsko polje u kojem se rotira armatura. Iznad smo vidjeli da se za dato opterećenje motora, struja u njemu automatski postavlja tako da rezultirajući moment uravnotežuje kočioni moment stvoren opterećenjem motora. To je zbog činjenice da inducirana e. itd. sa. dostigne odgovarajuću vrijednost. Ali indukovana e. itd. sa. je određena, s jedne strane, magnetskom indukcijom, as druge, frekvencijom rotacije armature.

Što je veći magnetni tok induktora, to mora biti niža brzina motora da bi se dobila određena vrijednost e. itd., i obrnuto, što je slabiji magnetni tok, to bi frekvencija rotacije trebala biti veća. Stoga, da bi se povećala brzina rotacije šant motora pri datom opterećenju, potrebno je oslabiti magnetski tok u induktoru, odnosno uvesti veći otpor u krug induktora pomoću reostata za podešavanje. Naprotiv, kako bi se smanjila brzina rotacije šant motora, potrebno je povećati magnetni tok u induktoru, odnosno smanjiti otpor u krugu induktora, izvodeći reostat za podešavanje.

Uz pomoć reostata za podešavanje moguće je podesiti normalnu brzinu motora pri normalnom naponu i bez opterećenja. S povećanjem opterećenja, struja u armaturi bi se trebala povećati, a e. itd. sa. - smanjenje. To je zbog blagog smanjenja frekvencije rotacije armature. Međutim, smanjenje brzine zbog povećanja opterećenja od nule do normalne snage motora obično je vrlo malo i ne prelazi 5-10% normalne brzine motora. To je uglavnom zbog činjenice da se kod motora s paralelnom pobudom struja u induktoru ne mijenja kada se struja u armaturi promijeni. Ako smo s promjenama u opterećenju željeli zadržati istu brzinu, onda bi se to moglo učiniti laganom promjenom struje u krugu induktora uz pomoć reostata za podešavanje.

Dakle, sa operativne tačke gledišta, DC motori sa paralelnom pobudom (šant motori) karakterišu sledeća dva svojstva: a) njihova brzina rotacije ostaje skoro konstantna kada se opterećenje menja; b) frekvencija njihove rotacije može se mijenjati u širokom rasponu pomoću reostata za podešavanje. Stoga se takvi motori dosta koriste u industriji gdje su obje ove karakteristike važne, na primjer, za pogon tokarilica i drugih strojeva, čija brzina ne bi trebala jako ovisiti o opterećenju.

173.1. Na sl. 362 prikazuje dijagram šant motora sa takozvanim kombiniranim reostatom za pokretanje i podešavanje. Shvatite ovo kolo i objasnite kakvu ulogu imaju pojedini dijelovi ovog reostata.

Rice. 362. Za vježbu 173.1

173.2. Šant motor treba pokrenuti. Za to su data dva reostata: jedan od debele žice sa malim otporom, drugi od tanke žice sa visokim otporom. Koji od ovih reostata treba uključiti kao okidač, a koji kao podešavanje? Zašto?

2. Motori sa serijskom pobudom. Krug za povezivanje ovih motora na mrežu prikazan je na Sl. 363. Ovdje je struja armature istovremeno i struja induktora, pa stoga startni reostat mijenja i struju u armaturi i struju u induktoru. Pri praznom hodu ili vrlo malim opterećenjima, struja u armaturi, kao što znamo, mora biti vrlo mala, odnosno indukovana emf. itd. sa. treba da bude skoro jednak naponu mreže. Ali s vrlo malom strujom kroz armaturu i induktor, polje induktora je također slabo. Stoga, pri malom opterećenju, potrebna e. itd. sa. može se postići samo uz vrlo visoku brzinu motora. Kao posljedica toga, pri vrlo malim strujama (malo opterećenje), brzina serijski pobuđenog motora postaje toliko visoka da može postati opasna sa stanovišta mehaničke čvrstoće motora.

Rice. 363. Šema uključivanja motora sa sekvencijalnom pobudom

Za motor se kaže da je "trkački". Ovo je neprihvatljivo i stoga se serijski pobuđeni motori ne smiju pokretati bez opterećenja ili pri malom opterećenju (manje od 20-25% normalne snage motora). Iz istog razloga se ne preporučuje povezivanje ovih motora sa alatnim mašinama ili drugim mašinama sa remenskim ili kablovskim pogonom, jer će prekid ili slučajno otpuštanje remena dovesti do „bezanja“ motora. Dakle, kod motora sa serijskom pobudom, kada raste opterećenje, raste struja u armaturi i magnetsko polje induktora; stoga brzina motora naglo pada, a obrtni moment koji razvija naglo raste.

Ova svojstva motora sa sekvencijalnom pobudom čine ih najpogodnijim za upotrebu u transportu (tramvaji, trolejbusi, električni vozovi) i u uređajima za dizanje (dizalice), jer je u tim slučajevima potrebno imati velike momente u momentu pokretanja u vrlo veliko opterećenje pri malim brzinama, a pri manjim opterećenjima (pri normalnom hodu) niži obrtni momenti i veće frekvencije.

Regulacija brzine motora sa serijskom pobudom obično se vrši pomoću reostata za podešavanje koji je povezan paralelno sa namotajima induktora (Sl. 364). Što je manji otpor ovog reostata, veći dio struje armature se grana u njega i manje struje teče kroz namotaje induktora. Ali sa smanjenjem struje u induktoru, brzina motora se povećava, a s povećanjem se smanjuje. Stoga, za razliku od šanta motora, da bi se povećala brzina rotacije serijskog motora, potrebno je smanjiti otpor induktorskog kola izvođenjem reostata za podešavanje. Da bi se smanjila brzina rotacije serijskog motora, potrebno je povećati otpor kruga induktora uvođenjem reostata za podešavanje.

Rice. 364. Šema za uključivanje reostata za regulaciju brzine serijskog motora

173.3. Objasnite zašto se serijski motor ne može pokrenuti bez opterećenja ili s malim opterećenjem, ali šant motor može.

Tabela 8. Prednosti, nedostaci i područja primjene motora različitih tipova

U zaključku ćemo uporediti u obliku tabele. 8 glavnih prednosti i nedostataka različitih tipova elektromotora o kojima smo raspravljali u ovom poglavlju, te područja njihove primjene.

Razmotrimo detaljnije karakteristike motora s paralelnom pobudom, koje određuju njegova radna svojstva.

Brzina i mehaničke karakteristike motora određene su jednakostima (7) i (9) prikazanim u članku "", at U= const i i v = konst. U nedostatku dodatnog otpora u kolu armature, ove karakteristike se nazivaju prirodno.

Ako su četke u geometrijskom neutralnom položaju, prilikom povećanja I a fluks F δ će se blago smanjiti zbog djelovanja poprečne reakcije armature. Kao rezultat, brzina n, prema izrazu (7), prikazanom u članku "Opći podaci o DC motorima", će imati tendenciju povećanja. S druge strane, pad napona R a × I ali uzrokuje smanjenje brzine. Dakle, moguće su tri vrste karakteristika brzine, prikazane na Sl. 1: 1 - sa prevagom uticaja R a × I a; 2 - uz međusobnu kompenzaciju uticaja R a × I a i smanjenje F δ; 3 - sa dominacijom uticaja smanjenja F δ.

Zbog činjenice da je promjena u F δ relativno mala, mehaničke karakteristike n = f(M) paralelnog uzbudnog motora, određenog jednakošću (9), prikazanog u članku "Opći podaci o DC motorima", na U= const i i v = const se po formi poklapaju sa karakteristikama n = f(I a) (Slika 1). Iz istog razloga, ove karakteristike su gotovo jasne.

Karakteristike vrste 3 (Slika 1) su neprihvatljive u smislu održivog rada (vidi članak ""). Stoga se motori s paralelnom pobudom proizvode sa blago opadajućim karakteristikama oblika 1 (slika 1). U modernim mašinama koje se često koriste, zbog prilično jake zasićenosti zubaca armature, utjecaj bočne reakcije armature može biti toliko velik da se karakteristika oblika 1 (Slika 1) je nemoguće. Zatim, da bi se dobila takva karakteristika, na polove se postavlja slab serijski pobudni namotaj konkordantne inkluzije, čija sila magnetiziranja iznosi do 10% sile magnetiziranja paralelnog pobudnog namotaja. U ovom slučaju, smanjenje F δ pod utjecajem poprečne reakcije armature se djelomično ili potpuno kompenzira. Takav serijski namotaj polja naziva se stabiliziranje, a motor s takvim namotajem još uvijek se zove paralelni uzbudni motor.

Promjena brzine rotacije Δ n(Slika 1) pri prelasku iz stanja mirovanja ( I a = I a0) do nazivnog opterećenja ( I a = I a) paralelni uzbudni motor kada radi na prirodnoj karakteristici je mali i iznosi 2 - 8% n n. Takve karakteristike slabog pada nazivaju se tvrdim. Motori sa paralelnom pobudom sa krutim karakteristikama koriste se u instalacijama u kojima se zahteva da brzina rotacije ostane približno konstantna pri promeni opterećenja (mašine za rezanje metala, itd.).

Slika 2. Mehaničke i brzinske karakteristike paralelnog pobudnog motora pri različitim pobudnim tokovima

Regulacija brzine slabljenjem magnetnog fluksa

Kontrola brzine slabljenjem magnetskog fluksa obično se izvodi pomoću reostata u krugu pobude R r.v (vidi sliku 1, b u članku "" i slici 1 u članku "Pokretanje DC motora"). U nedostatku dodatnog otpora u kolu armature ( R pa = 0) i U= konstantne karakteristike n = f(I a) i n = f(M), definirane jednakostima (7) i (9), prikazanim u članku "Opći podaci o DC motorima", za različite vrijednosti R r.v, i v ili F δ imaju oblik prikazan na slici 2. Sve karakteristike n = f(I a) konvergiraju na osi apscise ( n= 0) u zajedničkoj tački pri vrlo velikoj struji I a, koji je prema izrazu (5) datom u članku "Opći podaci o DC motorima" jednak

I a = U / R a.

Međutim, mehaničke karakteristike n = f(M) sijeku osu apscise u različitim tačkama.

Donja karakteristika na slici 2 odgovara nominalnom protoku. Vrijednosti n pri stacionarnom radu odgovaraju tačkama preseka razmatranih karakteristika sa krivom M st = f(n) za radnu mašinu priključenu na motor (podebljana isprekidana linija na slici 2).

Tačka praznog hoda motora ( M = M 0 , I a = I a0) leži malo desno od ordinate na slici 2. Sa povećanjem brzine rotacije n zbog povećanih mehaničkih gubitaka M 0 i I a0 takođe raste (tanka isprekidana linija na slici 2).

Ako u ovom načinu rada, uz pomoć vanjskog primijenjenog momenta, počnite povećavati brzinu rotacije n, onda E a [vidi izraz (6) u članku "Opće informacije o DC motorima"] će se povećati, i I i i Mće se, prema jednakostima (5) i (8), prikazanim u članku "Opći podaci o DC motorima", smanjiti. At I a = 0 i M= 0, mehanički i magnetni gubici motora pokrivaju se mehaničkom snagom dovedenom na osovinu, a uz daljnje povećanje brzine I i i M promijenite znak i motor će se prebaciti na generatorski način rada (presjeci karakteristika na slici 2 lijevo od ordinatne ose).

Motori opšte upotrebe omogućavaju, prema komutacionim uslovima, regulaciju brzine slabljenjem polja u opsegu od 1:2. Motori se proizvode i sa regulacijom brzine na ovaj način u opsegu do 1:5 ili čak 1:8, ali u ovom slučaju, kako bi se ograničio maksimalni napon između kolektorskih ploča, potrebno je povećati zračni zazor, podesiti protok u pojedinačnim grupama polova (pogledati članak "Kontrola brzine i stabilnost DC motora") ili koristiti kompenzacioni namotaj. To povećava cijenu motora.

Kontrola brzine otporom u kolu armature, umjetnim mehaničkim i brzinskim karakteristikama

Ako serijski u krug armature uključuje dodatni otpor R ra (slika 3, a), tada umjesto izraza (7) i (9) iznesenih u članku "Opći podaci o DC motorima" dobijamo

(1)

(2)

Otpor R ra može biti podesiv i mora biti dizajniran za dugotrajan rad. Krug pobude mora biti spojen na mrežni napon.

Slika 3. Šema za regulaciju brzine rotacije paralelnog uzbudnog motora pomoću otpora u kolu armature ( a) i odgovarajuće mehaničke i brzinske karakteristike ( b)

Specifikacije n = f(M) i n = f(I a) za različite vrijednosti R pa = const at U= const i i v = const prikazani su na slici 3, b (R pa1< R pa2< R pa3). Gornja karakteristika ( R pa = 0) je prirodno. Svaka od karakteristika prelazi osu apscise ( n= 0) u tački za koju

Nastavak ovih karakteristika ispod ose apscise na slici 3 odgovara kočenju motora opozicijom. U ovom slučaju n < 0, э. д. с. E a ima suprotan predznak i dodaje se naponu mreže U, kao rezultat toga

i obrtni moment motora M djeluje suprotno smjeru rotacije i stoga koči.

Ako je u stanju mirovanja ( I a = I a0), uz pomoć obrtnog momenta primenjenog spolja, počnite da povećavate brzinu rotacije, zatim se prvo dostiže režim I a = 0 i zatim I ali će promijeniti smjer i mašina će se prebaciti u generatorski režim (odjeljci karakteristika na slici 3, b lijevo od ordinate).

Kao što se vidi na slici 3, b, kada je uključen R pa karakteristike postaju manje stroge i na velikim vrijednostima R ra - strmo pada, ili meka.

Ako je kriva momenta otpora M st = f(n) ima oblik prikazan na slici 3, b podebljana isprekidana linija, vrijednosti n u stabilnom stanju za svaku vrijednost R pa su određene presecima odgovarajućih krivulja. Više R ra, što manje n i niža efikasnost (efikasnost).

Regulacija brzine promjenom napona armature

Kontrola brzine promjenom napona armature može se vršiti pomoću jedinice generator-motor (G-D), koja se naziva i Leonardova jedinica (slika 4). U ovom slučaju, glavni pokretač PD(naizmjenična struja, unutrašnje sagorijevanje i slično) rotira generator jednosmjerne struje konstantnom brzinom G... Armatura generatora je direktno povezana sa armaturom DC motora D, koji služi kao pogon radne mašine RM... Namotaji polja generatora OVG i motor ATS napajaju se iz nezavisnog izvora - mreže jednosmerne struje (slika 4) ili iz uzbuđivača (mali DC generatori) na osovini glavnog pokretača PD... Regulacija struje pobude generatora i c.g. treba proizvesti praktično od nule (na slici 4. uz pomoć reostata, spojenog prema potenciometrijskom kolu). Ako je potrebno preokrenuti motor, možete promijeniti polaritet generatora (na slici 4 pomoću prekidača NS).

Slika 4. Šema jedinice "generator - motor" za regulaciju brzine motora nezavisnog pobudnog motora

Pokretanje motora D a regulacija njegove brzine se vrši na sljedeći način. Na maksimumu i vd and i vg = 0 pokrenite glavni pokretač PD... Zatim postepeno povećavajte i vg, i na niskom naponu generatora U motor D doći će u rotaciju. Daljnjim prilagođavanjem, U do U = U n, možete postići bilo koju brzinu motora do n = n n. Dalje povećanje n moguće smanjenjem i v.d. Za okretanje motora smanjite i c.g na nulu, prebaciti OVG i ponovo povećati i c.g od vrijednosti i c.g = 0.

Kada pogonjena mašina stvori naglo pulsirajuće opterećenje (na primjer, neke valjaonice) i nepoželjno je da se vrhovi opterećenja u potpunosti prenesu na glavni pokretač ili na AC mrežu, motor D može biti opremljen zamašnjakom (G - D - M jedinica, ili Leonard - Ilgner jedinica). U ovom slučaju, kada se smanjuje n tokom vršnog opterećenja, dio ovog opterećenja se apsorbira kinetičkom energijom zamašnjaka. Efikasnost zamašnjaka će biti veća sa mekšim odzivom motora PD ili D.

U posljednje vrijeme sve češće motor PD i generator G zamjenjuje se poluprovodničkim ispravljačem reguliranim naponom. U ovom slučaju, razmatrana jedinica se također poziva ventil (tiristor) vozi.

Razmatrane jedinice se koriste kada je potrebno regulirati brzinu rotacije motora s visokom efikasnošću u širokom rasponu - do 1: 100 i više (velike mašine za rezanje metala, valjaonice i tako dalje).

Imajte na umu da je promjena U regulisati n prema šemi na slici 1, b prikazano u članku "Opće informacije o DC generatorima" i na slici 3, a, ne daje željene rezultate, jer se istovremeno s promjenom napona kruga armature proporcionalno mijenja U Vidi i struju pobude. Od regulacije U može se proizvesti samo iz vrijednosti U = U n dolje, tada će uskoro magnetsko kolo biti zasićeno, kao rezultat toga U i i c će varirati proporcionalno jedno drugom. Prema jednakosti (7), prikazanoj u članku "Opći podaci o DC motorima"), n u isto vrijeme se ne mijenja bitno.

Nedavno je tzv regulacija pulsa DC motori. U ovom slučaju, krug armature motora se napaja iz izvora konstantne struje sa konstantnim naponom kroz tiristore, koji se periodično, s frekvencijom od 1 - 3 kHz, uključuju i isključuju. Kako bi se izgladila krivulja struje armature, kondenzatori su spojeni na njegove terminale. Napon na stezaljkama armature u ovom slučaju je praktički konstantan i proporcionalan omjeru vremena uključivanja tiristora i trajanja cijelog ciklusa. Dakle, pulsna metoda omogućava regulaciju brzine rotacije motora kada se napaja iz izvora konstantnog napona u širokim granicama bez reostata u krugu armature i praktički bez dodatnih gubitaka. Na isti način, bez startnog reostata i bez dodatnih gubitaka, motor se može pokrenuti.

Impulsna metoda upravljanja je ekonomski vrlo korisna za upravljanje motorima koji rade u promjenjivim brzinama s čestim startovima, na primjer, u elektrificiranim vozilima.

Slika 5. Performanse motora paralelnog polja P n = 10 kW, U n = 200 V, n n = 950 o/min

Karakteristike performansi

Krive performansi su ovisnosti o potrošnji energije P 1, potrošnja struje I, brzina n, momenat M, a efikasnost η od korisne snage P 2 at U= konstantni i konstantni položaji regulacionih reostata. Radne karakteristike paralelnog uzbudnog motora male snage u odsustvu dodatnog otpora u krugu armature prikazane su na slici 5.

Istovremeno sa povećanjem snage osovine P 2 se povećava i moment na osovini M... Pošto sa povećanjem P 2 i M brzina n onda lagano opada M ∼ P 2 / n raste nešto brže P 2. Povećati P 2 i M prirodno praćeno povećanjem struje motora I... Proporcionalno I potrošnja energije iz mreže se također povećava P 1 . U praznom hodu ( P 2 = 0) efikasnost η = 0, zatim sa povećanjem P 2, u početku η brzo raste, ali pri velikim opterećenjima, zbog velikog povećanja gubitaka u krugu armature, η ponovo počinje opadati.

Dijagram motora.

Dijagram motora paralelne pobude prikazan je na Sl. 1.25. Namotaj armature i namotaj polja su povezani paralelno. U ovom krugu: I je struja koju motor troši iz mreže, I I je struja armature, I in je struja pobude. Iz prvog Kirchhoffovog zakona slijedi da je I = I I + I in.

Prirodne mehaničke karakteristike. Prirodna mehanička karakteristika opisana je formulom (1.6).

U praznom hodu M = 0 i n x = U / C E F.

Ako je F = const, onda jednadžba mehaničkih karakteristika ima oblik:

n = nNS– bM, (1.8)

gdje je b = R I / C E F.

Iz (1.8) proizilazi da je mehanička karakteristika (slika 1.26, prava linija 1) prava linija sa uglom nagiba a i ugaonim koeficijentom b. Pošto sam mali u DC motorima, brzina rotacije n se neznatno mijenja sa povećanjem opterećenja na osovini - karakteristike ovog tipa se nazivaju "tvrde".

Struja koju motor troši iz mreže praktički raste proporcionalno momentu opterećenja. Zaista, M »M em = C m I I F, a pošto motor paralelne pobude ima F = const, onda je I I ~ M.

Kontrola brzine.

Regulacija brzine rotacije je moguća iz (1.6) na tri načina: promjenom magnetnog fluksa glavnih polova F, promjenom otpora armaturnog kola R i i promjenom napona U koji se dovodi u armaturno kolo (promjenom n zbog promjena momenta opterećenja M nije uključena u koncept regulacije).

Regulacija n promjenom magnetnog fluksa F vrši se pomoću regulacionog reostata R p. Sa povećanjem otpora reostata, struja pobude I in i magnetni tok glavnih polova F se smanjuju. To dovodi, prvo, do povećanja broja obrtaja u praznom hodu n x i, drugo, do povećanja koeficijenta b, tj. za povećanje ugla nagiba mehaničkih karakteristika. Međutim, b ostaje mali i krutost mehaničkih svojstava ostaje. Na sl. 1.28 pored prirodne karakteristike 1 koja odgovara maksimalnom magnetnom fluksu F, data je porodica mehaničkih karakteristika 2-4, uzetih pri smanjenom magnetnom fluksu. Iz karakteristika proizlazi da promjenom magnetnog fluksa možete samo povećati brzinu rotacije u odnosu na prirodnu karakteristiku. U praksi se ovom metodom brzina rotacije može povećati ne više od 2 puta, jer povećanje brzine dovodi do pogoršanja komutacije, pa čak i mehaničkog oštećenja stroja.

Drugi način kontrole brzine povezan je sa uključivanjem u seriju sa armaturom reostata za podešavanje R i.r (početni reostat R p nije pogodan za ovu svrhu, jer je dizajniran za kratkotrajan rad). Formula (1.6) tada poprima oblik:

n = ,

iz čega slijedi da je brzina u praznom hodu na bilo kojem otporu R i.r ista, a koeficijent b i, prema tome, nagib mehaničkih karakteristika 5-7 raste (slika 1.26). Regulacija brzine rotacije na ovaj način dovodi do smanjenja brzine rotacije u odnosu na prirodnu karakteristiku. Osim toga, to je neekonomično, jer je povezano s velikim gubitkom snage (R i.p I) u regulacionom reostatu, kroz koji teče cijela struja armature.

Treći način kontrole brzine rotacije je promjena napona koji se dovodi na armaturu bez otpora. To je moguće samo kada se armatura motora napaja iz zasebnog izvora, čiji se napon može regulirati. Kao regulirani izvor koriste se zasebni generatori posebno dizajnirani za dati motor ili kontrolirane ventile (tiratroni, živini ispravljači, tiristori). U prvom slučaju formira se sistem mašina, nazvan G-D sistem (generator - motor), (slika 1.27). Koristi se za modulaciju upravljanja u širokom opsegu frekvencije rotacije snažnih DC motora i u sistemima automatskog upravljanja. Upravljački sistem sa kontrolisanim ventilima HC (slika 1.28) koristi se za kontrolu brzine motora manje snage. Njegova prednost je velika efikasnost.

Regulacija brzine promjenom U praktički je moguća samo u smjeru smanjenja, jer je povećanje napona iznad nominalnog neprihvatljivo zbog naglog pogoršanja komutacije. Iz (1.9) proizilazi da sa smanjenjem napona, brzina praznog hoda n x opada, a nagib mehaničkih karakteristika 8-10 se ne mijenja (vidi sliku 1.26), one ostaju krute čak i pri niskim naponima. Raspon regulacije (n max / n min) na ovaj način je 6:1-8:1. Može se značajno proširiti korištenjem posebnih povratnih kola.

Karakteristika podešavanja.

Kontrolna karakteristika n = f (I in) motora paralelne pobude prikazana je na Sl. 1.29.

Njegov karakter je određen ovisnošću (1.5), iz koje slijedi da je frekvencija rotacije obrnuto proporcionalna magnetskom fluksu i, prema tome, struji pobude I in. Sa strujom pobude I in = 0, što može biti kada je uzbudno kolo prekinuto, magnetni fluks je jednak zaostalom F rest i frekvencija rotacije postaje toliko visoka da se motor može mehanički srušiti - slična pojava se naziva bijeg motora .

Fizički, fenomen razdvajanja objašnjava se činjenicom da bi moment (1.2) sa smanjenjem magnetskog fluksa, čini se, trebao smanjiti, ali se struja armature II = (U - E) / RI znatno povećava, jer E (1.1) se smanjuje, a razlika U - E raste u većoj mjeri (obično E »0.9 U).

Načini kočenja.

Načini kočenja motora nastaju kada elektromagnetski moment koji razvija motor djeluje protiv smjera rotacije armature. Mogu se pojaviti tokom rada motora kada se radni uvjeti mijenjaju ili nastaju umjetno kako bi se brzo smanjila brzina, zaustavio ili preokrenuo motor.

Kod motora s paralelnom pobudom moguća su tri načina kočenja: regenerativno kočenje s povratom energije u mrežu, suprotno kočenje i dinamičko kočenje.

Generatorkočenje nastaje u onim slučajevima kada frekvencija rotacije armature n postane veća od frekvencije rotacije u idealnom (tj. pri M pr = 0) praznom hodu n x (n> n x). Prelazak na ovaj način rada iz režima motora moguć je, na primjer, pri spuštanju tereta, kada se moment koji stvara opterećenje primjenjuje na armaturu u istom smjeru kao i elektromagnetski moment motora, tj. kada moment opterećenja djeluje u skladu s elektromagnetnim momentom motora i postiže brzinu veću od n x. Ako je n> nx, tada je E> U c (gdje je U c mrežni napon) i struja motora mijenja svoj predznak (1.4) - elektromagnetski moment od rotacije postaje kočio, a mašina iz režima motora prelazi u generatorski režim i prenosi energiju u mrežu (oporaba energije). Prelazak mašine iz motornog u generatorski režim ilustruje mehanička karakteristika (slika 1.30). Neka u motornom režimu a 1 - radna tačka; odgovara momentu M. Ako se brzina rotacije povećava, tada radna tačka prema karakteristici 1 iz kvadranta I prelazi u kvadrant II, na primjer, u radnu tačku a 2, koja odgovara brzini rotacije n΄ i kočenju obrtni moment - M΄.

Kočenjeopozicija javlja se u motoru koji radi kada je smjer struje armature ili struje polja obrnut. U tom slučaju, elektromagnetski moment mijenja predznak i postaje kočio.

Rad motora sa suprotnim smjerom rotacije odgovara mehaničkim karakteristikama koje se nalaze u kvadrantima II i III (na primjer, prirodna karakteristika 2 na slici 1.30).

Iznenadni prijelaz na ovu karakteristiku je praktički neprihvatljiv, jer ga prati pretjerano velika udarna struja i kočni moment. Iz tog razloga, istovremeno s uključivanjem jednog od namotaja u krugu armature, uključuje se dodatni otpor R add, koji ograničava struju armature.

Mehanička karakteristika moda sa R ​​add ima veliki nagib (prava linija 3). Prilikom prelaska u režim kontra-sklopa, brzina n u prvom trenutku se ne može promijeniti (zbog inercije armature) i radna točka iz pozicije a 1 će se pomjeriti u poziciju a 3 na novoj karakteristici. Zbog pojave M tor-a, brzina n će brzo pasti sve dok se radna tačka a 3 ne pomeri u položaj a 4, koji odgovara zaustavljanju motora. Ako se u ovom trenutku motor ne odvoji od izvora napajanja, armatura će promijeniti smjer rotacije. Mašina će početi da radi u motornom režimu sa novim smerom rotacije, a njena radna tačka a 5 će biti na mehaničkoj karakteristici 3 u kvadrantu III.

Dynamickočenje nastaje u slučajevima kada je armatura motora isključena iz mreže i zatvorena na dinamički otpor kočenja R d.t. Karakteristična jednačina (1.6) ima oblik:

n =

što odgovara porodici pravih 4 (za različite R d.t) koje prolaze kroz ishodište. Prilikom prelaska na ovaj način rada, radna tačka a 1 ide na jednu od karakteristika 4, na primjer, u tačku a 6, a zatim se kreće duž prave linije 4 do nule. Armatura motora je kočena do potpunog zaustavljanja. Promjenom otpora R d.t, možete podesiti struju armature i brzinu kočenja.

Struja koja teče u pobudnom namotu glavnih polova stvara magnetni tok. DC električne mašine treba razlikovati po načinu pobude i krugu za uključivanje pobudnog namotaja.

DC generatori se mogu izvoditi sa nezavisnom, paralelnom, serijskom i mješovitom pobudom. Treba napomenuti da je upotreba DC generatora kao izvora energije sada vrlo ograničena.

Pobudni namotaj DC generator sa nezavisnom pobudom prima struju iz nezavisnog izvora - mreže jednosmerne struje, posebnog uzbudnika, pretvarača itd. (Slika 1, a). Ovi generatori se koriste u sistemima velike snage gdje se napon pobude mora odabrati različit od napona generatora, u sistemima koji se napajaju generatorima i drugim izvorima.

Vrijednost pobudne struje snažnih generatora je 1,0-1,5% struje generatora i do nekoliko desetina posto za strojeve kapaciteta reda desetina vati.

Rice. 1. Kola DC generatora: a - sa nezavisnom pobudom; b - sa paralelnom pobudom; c - sa uzastopnim uzbuđenjem; d - sa mješovitom pobudom P - potrošači

Imati G generator sa paralelnom pobudom pobudni namotaj je povezan na napon samog generatora (vidi sliku 1, b). Struja armature I I jednaka je zbiru struja opterećenja I p i struje pobude I in: I I = I p + I in

Generatori se obično prave za srednje snage.

Pobudni namotaj serijski pobuđeni generator serijski spojen na armaturno kolo i struja armature (slika 1, c). Proces samopobude generatora je vrlo brz. Takvi generatori se praktički ne koriste. Na samom početku razvoja energetskog sektora, sistem prenosa energije sa serijski povezanim generatorima i sekvencijalnim pobudnim motorima.

Generator sa mješovitom pobudom ima dva pobudna namotaja - paralelni ORP i serijski ORP obično sa uključivanjem suglasnika (slika 1, d). Paralelni namotaj se može spojiti prije serijskog namotaja ("kratki šant") ili nakon njega ("dugi šant"). MDS serijskog namota je obično mali i dizajniran je samo da kompenzira pad napona u armaturi pod opterećenjem. Takvi generatori se sada praktički ne koriste.

Pobudni krugovi za DC motore su slični onima za generatore. obično se izvode velike snage nezavisno uzbuđen... Kod motora s paralelnim poljem, namotaj polja se napaja iz istog izvora energije kao i motor. Pobudni namotaj je direktno povezan na napon izvora energije tako da se ne utiče na uticaj pada napona u startnom otporu (slika 2).

Rice. 2. Dijagram DC motora sa paralelnom pobudom

Mrežna struja Ic se sastoji od armaturne struje I I i struje pobude I in.

Krug motora sekvencijalne pobude je sličan dijagramu na sl. 1, c. Zbog serijskog namotaja, obrtni moment pod opterećenjem se povećava više nego kod motora s paralelnom pobudom, dok je brzina rotacije smanjena. Ovo svojstvo motora određuje njihovu široku upotrebu u vučnim pogonima električnih lokomotiva: u magistralnim električnim lokomotivama, gradskom transportu itd. Pad napona u namotu polja pri nazivnoj struji iznosi nekoliko posto nazivnog napona.

Motori mješovite pobude zbog prisutnosti serijskog namotaja, u određenoj mjeri imaju svojstva serijskih pobudnih motora. Trenutno se praktički ne koriste. Motori sa paralelnom pobudom ponekad se izrađuju sa stabilizirajućim (serijskim) namotom, povezanim u skladu sa namotajem paralelnog polja, kako bi se osigurao tiši rad pri vršnim opterećenjima. MDS takvog stabilizirajućeg namotaja je mali - nekoliko posto glavnog MDS-a.

Pobuda DC motora je karakteristična karakteristika takvih motora. Vrsta pobude određuje mehaničke karakteristike DC električnih mašina. Pobuda može biti paralelna, serijska, mješovita i nezavisna. Vrsta pobude znači u kom se redosledu uključuju namotaji armature i rotora.

Kod paralelne pobude, namotaji armature i rotora su povezani paralelno jedan s drugim na isti izvor struje. Budući da pobudni namotaj ima više zavoja od namota armature, struja teče u njemu je beznačajna. U krugu, i namotaj rotora i namotaj armature, mogu se uključiti podešavanje otpora.

Slika 1 - Dijagram paralelne pobude DC mašine

Uzbudni namotaj se također može spojiti na poseban izvor struje. U ovom slučaju, pobuda će se zvati nezavisnom. Performanse takvog motora će biti slične performansama motora s permanentnim magnetom. Brzina rotacije motora sa nezavisnom pobudom, kao kod motora sa paralelnom pobudom, zavisi od struje armature i glavnog magnetnog fluksa. Glavni magnetni tok generira namotaj rotora.

Slika 2 - Šema nezavisne pobude DC mašine

Brzina rotacije može se podesiti pomoću reostata uključenog u krug armature, čime se mijenja struja u njemu. Također možete podesiti struju pobude, ali ovdje budite oprezni. Budući da je prekomjerno smanjena ili potpuno odsutna, kao rezultat prekida dovodne žice, struja u armaturi može porasti do opasnih vrijednosti.

Također, s malim opterećenjem na osovini ili u praznom hodu, brzina rotacije može se povećati toliko da može dovesti do mehaničkog uništenja motora.

Ako je pobudni namotaj povezan serijski s armaturom, tada se takva pobuda naziva sekvencijalna. U ovom slučaju, ista struja teče kroz armaturu i pobudni namotaj. Dakle, magnetni tok se mijenja s promjenom opterećenja motora. Stoga će brzina motora ovisiti o opterećenju.

Slika 3 - Šema serijske pobude DC mašine

Motori s takvom pobudom ne smiju se pokretati u praznom hodu ili sa malim opterećenjem na vratilu. Koriste se ako je potreban veliki startni moment ili sposobnost da izdrže kratkotrajna preopterećenja.

Mješovita pobuda koristi motore koji imaju dva namotaja na svakom polu. Mogu se uključiti tako da se magnetni fluksovi zbrajaju i oduzimaju.

Slika 4 - Mješoviti uzbudni krug DC mašine

Ovisno o tome kako su magnetski tokovi povezani, motor sa takvom pobudom može raditi kao motor sa serijskim i motor sa paralelnom pobudom. Sve ovisi o situaciji, ako je potreban veliki početni trenutak, takva mašina radi u načinu koherentnog uključivanja namotaja. Ako je potrebna konstantna brzina rotacije, s dinamički promjenjivim opterećenjem, koristi se suprotni namotaj.

U DC mašinama, smjer kretanja rotora se može mijenjati. Da biste to učinili, potrebno je promijeniti smjer struje u jednom od namotaja. Sidro ili uzbuđenje. Obrnutim polaritetom, smjer rotacije motora može se postići samo kod motora sa nezavisnom pobudom ili koji koristi trajni magnet. U drugim shemama prebacivanja potrebno je prebaciti jedan od namotaja.

Startna struja u DC mašini je dovoljno velika, pa je treba pokrenuti dodatnim reostatom kako bi se izbjeglo oštećenje namotaja.