تحریک یک موتور DC. ویژگی های یک موتور DC با تحریک مخلوط

مانند ژنراتور، سیم پیچ های سلف و آرمیچر موتور را می توان به صورت سری (شکل 339) یا موازی (شکل 340) متصل کرد. در مورد اول، موتور یک موتور تحریک شده سری (یا موتور سری) نامیده می شود، در مورد دوم - یک موتور تحریک موازی (یا موتور شنت). از موتورهای با تحریک مخلوط (موتورهای مرکب) نیز استفاده می شود که بخشی از سیم پیچ های سلف به صورت سری و بخشی به صورت موازی به آرمیچر متصل می شود. هر یک از این نوع موتورها ویژگی های خاص خود را دارند که استفاده از آن را در برخی موارد مطلوب و در موارد دیگر نامناسب می کند.

1. موتورهای با تحریک موازی. نمودار اتصال موتورهای این نوع به شبکه در شکل نشان داده شده است. 361. از آنجایی که در اینجا مدارهای آرمیچر و سلف به یکدیگر وابسته نیستند، جریان در آنها را می توان به طور مستقل با استفاده از رئوستات های جداگانه موجود در این مدارها تنظیم کرد. رئوستات متصل به مدار آرمیچر را رئوستات راه اندازی و رئوستات متصل به مدار سلف را تنظیم کننده می نامند. هنگام راه اندازی یک موتور با تحریک موازی، رئوستات راه اندازی باید به طور کامل روشن شود. با افزایش سرعت موتور، مقاومت رئوستات به تدریج کاهش می یابد و با رسیدن به سرعت نرمال، این رئوستات به طور کامل از مدار خارج می شود. موتورهای با تحریک موازی، به ویژه با قدرت قابل توجه، هرگز نباید بدون رئوستات راه اندازی روشن شوند. به همین ترتیب هنگام خاموش کردن موتور ابتدا باید رئوستات را به تدریج وارد کنید و تنها پس از آن کلید اتصال موتور به شبکه را خاموش کنید.

برنج. 361. مدار سوئیچینگ برای موتور با تحریک موازی. قوس برنجی 1 که در امتداد آن اهرم رئوستات شروع حرکت می کند، از طریق گیره 2 به انتهای رئوستات تنظیم کننده و از طریق گیره 3 به رئوستات راه اندازی متصل می شود. این کار به این دلیل انجام می شود که وقتی رئوستات راه اندازی به کنتاکت بیکار 4 تغییر می کند و جریان قطع می شود، مدار تحریک قطع نمی شود.

درک ملاحظات پشت این قوانین برای روشن و خاموش کردن موتورها دشوار نیست. ما دیدیم (نگاه کنید به فرمول (172.1)) که جریان در آرمیچر

,

ولتاژ شبکه کجاست، a - e. d.s در سیم پیچ های آرمیچر القا شده است. در لحظه اول، زمانی که موتور هنوز فرصتی برای چرخش و به دست آوردن سرعت کافی نداشته است، به عنوان مثال. d.s. بسیار کوچک است و جریان عبوری از آرمیچر تقریباً برابر است

مقاومت آرمیچر معمولاً بسیار کم است. به گونه ای محاسبه می شود که افت ولتاژ در آرمیچر از 5-10٪ ولتاژ شبکه ای که موتور برای آن طراحی شده است تجاوز نکند. بنابراین، در صورت عدم وجود رئوستات راه اندازی، جریان در ثانیه های اول می تواند 10-20 برابر جریان معمولی باشد که موتور در بار کامل برای آن طراحی شده است و این برای آن بسیار خطرناک است. هنگامی که یک رئوستات راه اندازی با مقاومت معرفی می شود جریان شروعاز طریق لنگر

. (173.1)

مقاومت رئوستات شروع به گونه ای انتخاب می شود که جریان راه اندازی بیش از 1.5-2 بار از جریان معمولی فراتر رود.

بیایید آنچه گفته شد را توضیح دهیم مثال عددی. بیایید فرض کنیم که ما یک موتور 1.2 کیلو وات داریم که برای ولتاژ 120 ولت طراحی شده و دارای مقاومت آرمیچر است. جریان آرمیچر در بار کامل

.

اگر این موتور را بدون رئوستات راه اندازی به شبکه وصل کنیم، در ثانیه های اول جریان راه اندازی از طریق آرمیچر خواهد بود.

,

10 برابر جریان عملیاتی معمولی در آرمیچر. اگر بخواهیم جریان راه اندازی بیش از 2 برابر از جریان معمولی تجاوز نکند، یعنی برابر 20 آمپر باشد، باید مقاومت راه اندازی را طوری انتخاب کنیم که برابر باشد.

,

اوم اهل کجاست؟

همچنین واضح است که توقف ناگهانی بدون خاموش شدن، به عنوان مثال به دلیل افزایش شدید بار، برای یک موتور شنت بسیار خطرناک است، زیرا در این مورد به عنوان مثال، d.s. به صفر می رسد و جریان در آرمیچر آنقدر افزایش می یابد که گرمای ژول اضافی تولید شده در آن می تواند منجر به ذوب شدن عایق یا حتی خود سیم های سیم پیچ شود (موتور "سوخته" می شود).

یک رئوستات کنترلی متصل به مدار سلف برای تغییر دور موتور عمل می کند. با افزایش یا کاهش مقاومت مدار سلف با استفاده از این رئوستات، جریان در مدار سلف و در نتیجه میدان مغناطیسی که آرمیچر در آن می چرخد ​​را تغییر می دهیم. در بالا دیدیم که برای یک بار موتور معین، جریان در موتور به طور خودکار تنظیم می شود تا گشتاور حاصل، گشتاور ترمز ایجاد شده توسط بار موتور را متعادل کند. این به دلیل این واقعیت حاصل می شود که e. d.s. به مقدار مربوطه می رسد. اما القا شده توسط e. d.s. از یک سو با القای مغناطیسی و از سوی دیگر با فرکانس چرخش آرمیچر تعیین می شود.

هرچه شار مغناطیسی سلف بیشتر باشد، سرعت موتور باید کمتر باشد تا مقدار e مشخصی به دست آید. d.s.، و برعکس، هرچه شار مغناطیسی ضعیف تر باشد، سرعت چرخش باید بیشتر باشد. بنابراین، برای افزایش سرعت چرخش یک موتور شنت در یک بار معین، لازم است شار مغناطیسی در سلف تضعیف شود، یعنی با استفاده از یک رئوستات تنظیم کننده، مقاومت بیشتری به مدار سلف وارد شود. برعکس، برای کاهش سرعت چرخش موتور شنت، لازم است شار مغناطیسی در سلف افزایش یابد، یعنی با حذف رئوستات کنترل، مقاومت در مدار سلف کاهش یابد.

با استفاده از یک رئوستات تنظیم کننده، می توانید دور معمولی موتور را در ولتاژ معمولی و بدون بار تنظیم کنید. با افزایش بار، جریان در آرمیچر باید افزایش یابد، و به عنوان مثال القا شده در آن. d.s. - نزول کردن. این به دلیل کاهش جزئی در سرعت چرخش آرمیچر رخ می دهد. با این حال، کاهش سرعت چرخش ناشی از افزایش بار از صفر به قدرت معمولی موتور معمولاً بسیار ناچیز است و از 5-10٪ دور معمولی موتور بیشتر نمی شود. این عمدتا به این دلیل است که در موتورهای تحریک موازی، جریان در سلف با تغییر جریان در آرمیچر تغییر نمی کند. اگر زمانی که بار تغییر می کند، می خواستیم همان سرعت چرخش را حفظ کنیم، این کار را می توان با تغییر جزئی جریان در مدار سلف با استفاده از یک رئوستات قابل تنظیم انجام داد.

بنابراین، از نقطه نظر عملیاتی، موتورها جریان مستقیمبا تحریک موازی (موتورهای شنت) با دو ویژگی زیر مشخص می شوند: الف) فرکانس چرخش آنها هنگام تغییر بار تقریباً ثابت می ماند. ب) فرکانس چرخش آنها را می توان با استفاده از یک رئوستات قابل تنظیم در محدوده وسیعی تغییر داد. بنابراین، چنین موتورهایی به طور گسترده در صنایعی استفاده می شوند که هر دو ویژگی مشخص شده آنها مهم است، به عنوان مثال، برای راندن ماشین تراش و سایر ماشین آلات، که سرعت چرخش آنها نباید تا حد زیادی به بار بستگی داشته باشد.

173.1. در شکل شکل 362 نموداری از یک موتور شنت با رئوستات راه اندازی و کنترل ترکیبی را نشان می دهد. این مدار را درک کنید و توضیح دهید که تک تک قطعات این رئوستات چه نقشی دارند.

برنج. 362. برای تمرین 173.1

173.2. موتور شنت باید راه اندازی شود. برای این منظور دو رئوستات ارائه شده است: یکی از سیم ضخیم با مقاومت کم، دیگری از سیم نازک با مقاومت بالا ساخته شده است. کدام یک از این رئوستات ها باید به عنوان یک شروع و کدام یک به عنوان یک کنترل روشن شود؟ چرا؟

2. موتورهای با تحریک متوالی. نمودار اتصال این موتورها به شبکه در شکل نشان داده شده است. 363. در اینجا جریان آرمیچر در همان زمان جریان سلف است و بنابراین رئوستات راه اندازی هم جریان آرمیچر و هم جریان در سلف را تغییر می دهد. در بارهای بیکار یا بسیار کوچک، جریان در آرمیچر، همانطور که می دانیم، باید بسیار کم باشد، یعنی القای e. d.s. باید تقریبا برابر با ولتاژ شبکه باشد. اما با جریان بسیار کم از طریق آرمیچر و سلف، میدان سلف نیز ضعیف است. بنابراین، زمانی که بار کمضروری e. d.s. فقط به دلیل دور موتور بسیار بالا می توان به دست آورد. در نتیجه، در جریان های بسیار کم (بار کم)، سرعت چرخش موتورهای سری به قدری زیاد می شود که از نظر استحکام مکانیکی موتور می تواند خطرناک شود.

برنج. 363. مدار سوئیچینگ برای موتور با تحریک متوالی

آنها می گویند که موتور وحشی کار می کند. این غیرقابل قبول است و بنابراین موتورهای برانگیخته سری را نمی توان بدون بار یا با بار کم (کمتر از 20 تا 25 درصد توان معمولی موتور) راه اندازی کرد. به همین دلیل، اتصال این موتورها به ماشین ابزار یا ماشین های دیگر با استفاده از درایوهای تسمه یا طناب توصیه نمی شود، زیرا شکستگی یا آزاد شدن تصادفی تسمه منجر به "شکاف" موتور می شود. بنابراین، در موتورهای با تحریک متوالی، با افزایش بار، جریان در آرمیچر و میدان مغناطیسی سلف افزایش می یابد. بنابراین، دور موتور به شدت کاهش می یابد و گشتاور ایجاد شده به شدت افزایش می یابد.

این خصوصیات موتورها با تحریک متوالی آنها را برای استفاده در حمل و نقل (تراموا، ترولی‌بوس، قطار برقی) و در دستگاه‌های بالابر (جرثقیل) راحت‌تر می‌کند، زیرا در این موارد لازم است بار سنگینگشتاورهای زیاد در سرعتهای پایین و در بارهای کمتر (در سرعت معمولی) گشتاورهای کمتر و فرکانسهای بالاتر.

سرعت چرخش یک موتور برانگیخته سری معمولاً توسط یک رئوستات کنترلی متصل به موازات سیم پیچ های سلف کنترل می شود (شکل 364). هر چه مقاومت این رئوستات کمتر باشد، قسمت بزرگتری از جریان آرمیچر به آن منشعب می شود و جریان کمتری از سیم پیچ های سلف عبور می کند. اما با کاهش جریان در سلف، دور موتور افزایش می یابد و با افزایش آن کاهش می یابد. بنابراین، برخلاف آنچه برای موتور شنت وجود داشت، برای افزایش سرعت چرخش یک موتور سری، باید با حذف رئوستات کنترل، مقاومت مدار سلف را کاهش داد. برای کاهش سرعت چرخش یک موتور سریال، باید با معرفی یک رئوستات تنظیم کننده، مقاومت مدار سلف را افزایش داد.

برنج. 364. نمودار روشن کردن رئوستات برای تنظیم سرعت موتور سریال

173.3. توضیح دهید که چرا یک موتور سریال را نمی توان در حالت آرام یا با بار کم کار کرد، اما یک موتور شنت می تواند.

جدول 8. مزایا، معایب و کاربردهای موتورها انواع مختلف

در خاتمه در قالب یک جدول مقایسه می کنیم. 8 مزایا و معایب اصلی انواع موتورهای الکتریکی که در این فصل مورد بحث قرار گرفتیم و زمینه های کاربرد آنها.

اجازه دهید مشخصات یک موتور تحریک موازی را با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم که ویژگی های عملکرد آن را تعیین می کند.

سرعت و مشخصات مکانیکی موتور با برابری های (7) و (9) ارائه شده در مقاله "" تعیین می شود. U= const و مندر = ثابت. در صورت عدم وجود مقاومت اضافی در مدار آرمیچر، این ویژگی ها نامیده می شوند طبیعی.

اگر برس ها در حالت خنثی هندسی باشند، با افزایش منو جریان Ф δ به دلیل عمل واکنش عرضی آرمیچر کمی کاهش می یابد. در نتیجه سرعت nبا توجه به عبارت (7) ارائه شده در مقاله “اطلاعات عمومی در مورد موتورهای DC” تمایل به افزایش خواهد داشت. از طرفی افت ولتاژ آریک × منو باعث کاهش سرعت می شود. بنابراین، سه نوع مشخصه سرعت ممکن است، که در شکل 1 نشان داده شده است. 1: 1 - با نفوذ غالب آریک × منآ؛ 2 - با جبران نفوذ متقابل آریک × من a و کاهش F δ; 3 - هنگامی که تأثیر کاهش ف δ غالب است.

با توجه به اینکه تغییر در Ф δ نسبتاً کم است، ویژگی های مکانیکی n = f(م) یک موتور تحریک موازی، تعیین شده توسط برابری (9)، ارائه شده در مقاله "اطلاعات عمومی در مورد موتورهای DC"، با U= const و منв = const از نظر ظاهری با ویژگی ها منطبق است n = f(منالف) (شکل 1). به همین دلیل، این ویژگی ها تقریباً ساده هستند.

ویژگی های گونه 3 (شکل 1) تحت شرایط عملیات پایدار غیرقابل قبول هستند (به مقاله "" مراجعه کنید). بنابراین، موتورهای تحریک موازی با ویژگی های فرم کمی کاهش می یابد 1 (تصویر 1). در ماشین‌های پرکاربرد مدرن، به دلیل اشباع نسبتاً قوی دندان‌های آرمیچر، تأثیر واکنش عرضی آرمیچر می‌تواند آنقدر زیاد باشد که مشخصه‌ای از فرم 1 (شکل 1) غیر ممکن است. سپس، برای به دست آوردن چنین مشخصه ای، یک سیم پیچ تحریک سری ضعیف از گنجاندن همخوان در قطب ها قرار می گیرد که نیروی مغناطیسی آن تا 10٪ نیروی مغناطیسی سیم پیچ تحریک موازی است. در این حالت کاهش F δ تحت تأثیر واکنش عرضی آرمیچر تا حدی یا به طور کامل جبران می شود. چنین سیم پیچ میدان سری نامیده می شود تثبیت کنندهو موتوری با چنین سیم پیچی هنوز هم موتور تحریک موازی نامیده می شود.

تغییر سرعت چرخش Δ n(شکل 1) هنگام حرکت از حالت بیکار ( من a = من a0) به بار نامی ( من a = منالف) موتور تحریک موازی هنگام کار بر روی یک مشخصه طبیعی کوچک است و به میزان 2 تا 8 درصد است. n n چنین ویژگی هایی با کاهش ضعیف سخت نامیده می شوند. موتورهای تحریک موازی با ویژگی های صلب در تاسیساتی استفاده می شود که در آنها لازم است سرعت چرخش در هنگام تغییر بار تقریباً ثابت بماند (ماشین های برش فلز و غیره).

شکل 2. مشخصات مکانیکی و سرعت یک موتور تحریک موازی در جریان های تحریک مختلف

کنترل سرعت با تضعیف شار مغناطیسی

کنترل سرعت با تضعیف شار مغناطیسی معمولاً با استفاده از یک رئوستات در مدار تحریک انجام می شود. آر r.v (شکل 1 را ببینید، بدر مقاله "" و شکل 1 در مقاله "راه اندازی موتورهای DC"). در صورت عدم وجود مقاومت اضافی در مدار آرمیچر ( آر pa = 0) و U= ویژگی های const n = f(منالف) و n = f(متعریف شده توسط برابری های (7) و (9) ارائه شده در مقاله "اطلاعات عمومی در مورد موتورهای DC"، برای معانی مختلف آر r.v., من in یا Ф δ شکل نشان داده شده در شکل 2 را دارند. همه مشخصات n = f(منالف) روی محور x همگرا شوند ( n= 0) در یک نقطه مشترک با جریان بسیار زیاد منالف که با توجه به عبارت (5) ارائه شده در مقاله «اطلاعات عمومی موتورهای DC» برابر است با

من a = U / آرآ.

با این حال، ویژگی های مکانیکی n = f(م) محور x را در نقاط مختلف قطع کنید.

مشخصه پایین در شکل 2 مربوط به جریان اسمی است. ارزش های nدر حالت پایدار با نقاط تلاقی مشخصه های مورد نظر با منحنی مطابقت دارد م st = f(n) برای ماشین کار متصل به موتور (خط چین ضخیم در شکل 2).

نقطه دور موتور ( م = م 0 , من a = من a0) کمی به سمت راست محور ارتین در شکل 2 قرار دارد. با افزایش سرعت چرخش nبه دلیل افزایش تلفات مکانیکی م 0 و من a0 نیز افزایش می یابد (خط چین نازک در شکل 2).

اگر در این حالت، با استفاده از یک گشتاور اعمال شده خارجی، شروع به افزایش سرعت چرخش کنید n، آن E a [نگاه کنید به عبارت (6) در مقاله "اطلاعات عمومی در مورد موتورهای DC"] افزایش می یابد، و منیک و مبا توجه به برابری های (5) و (8) ارائه شده در مقاله "اطلاعات عمومی در مورد موتورهای DC" کاهش می یابد. در من a = 0 و م= 0 تلفات مکانیکی و مغناطیسی موتور توسط ورودی به شفت پوشش داده می شود قدرت مکانیکی، و با افزایش بیشتر سرعت منیک و معلامت تغییر می کند و موتور به حالت کار ژنراتور می رود (بخش های مشخصه در شکل 2 در سمت چپ محور ارتین).

موتورهای برای استفاده عمومی، با توجه به شرایط سوئیچینگ، امکان کنترل سرعت را با تضعیف میدان در محدوده 1: 2 می دهند. موتورهای با کنترل سرعت به این روش نیز در محدوده 1: 5 یا حتی 1: 8 ساخته می شوند، اما در این مورد، برای محدود کردن حداکثر ولتاژبین صفحات جمع کننده لازم است شکاف هوا را افزایش دهید، جریان را مطابق با آن تنظیم کنید گروه های جداگانهقطب ها (به مقاله "تنظیم سرعت چرخش و پایداری موتورهای DC" مراجعه کنید) یا از سیم پیچ جبرانی استفاده کنید. این باعث افزایش قیمت موتور می شود.

تنظیم سرعت با مقاومت در مدار آرمیچر، مشخصات مکانیکی مصنوعی و سرعت

اگر یک مقاومت اضافی را به صورت سری با مدار آرمیچر اضافه کنید آر ra (شکل 3، آ، سپس به جای عبارات (7) و (9) ارائه شده در مقاله "اطلاعات عمومی در مورد موتورهای DC" به دست می آوریم.

(1)

(2)

مقاومت آر ra قابل تنظیم است و باید برای آن طراحی شود کار طولانی. مدار تحریک باید به ولتاژ برق وصل شود.

شکل 3. طرحی برای تنظیم سرعت چرخش موتور تحریک موازی با استفاده از مقاومت در مدار آرمیچر ( آ) و مشخصات مکانیکی و سرعت مربوطه ( ب)

مشخصات n = f(م) و n = f(منو برای معانی مختلف آر ra = صرف در U= const و من v = const در شکل 3 نشان داده شده است، ب (آر pa1< آر ra2< آر pa3). مشخصه بالایی ( آر pa = 0) طبیعی است. هر یک از ویژگی ها محور آبسیسا را ​​قطع می کند ( n= 0) در نقطه ای که برای آن

ادامه این مشخصه ها در زیر محور x در شکل 3 مربوط به ترمز موتور توسط back-on است. در این مورد n < 0, э. д. с. E a علامت مخالف دارد و به ولتاژ شبکه اضافه می شود U، در نتیجه

و گشتاور موتور مبرخلاف جهت چرخش عمل می کند و بنابراین ترمز می کند.

اگر در حالت بیکار ( من a = من a0) با کمک یک گشتاور اعمال شده خارجی، شروع به افزایش سرعت چرخش کنید، سپس حالت ابتدا به دست می آید. من a = 0 و سپس من a تغییر جهت می دهد و ماشین به حالت ژنراتور تغییر می کند (بخش های مشخصه در شکل 3، بسمت چپ محور y).

همانطور که از شکل 3 مشاهده می شود، ب، هنگامی که روشن است آرویژگی های ra کمتر سختگیرانه می شود، و زمانی که ارزش های بزرگ آر ra - به شدت در حال سقوط، یا نرم.

اگر منحنی گشتاور م st = f(n) شکل نشان داده شده در شکل 3 را دارد، بخط چین ضخیم و سپس مقادیر nدر حالت ثابت برای هر مقدار آر ra توسط نقاط تقاطع منحنی های مربوطه تعیین می شود. بیشتر آر ra، کمتر nو ضریب کمتر اقدام مفید(k.p.d.).

کنترل سرعت با تغییر ولتاژ آرمیچر

کنترل سرعت با تغییر ولتاژ آرمیچر را می توان با استفاده از واحد ژنراتور-موتور (G-E) که واحد لئونارد نیز نامیده می شود انجام داد (شکل 4). در این مورد محرک اصلی PD(جریان متناوب، احتراق داخلی و مانند آن) یک مولد جریان مستقیم را با سرعت ثابت می چرخاند. جی. آرمیچر ژنراتور مستقیماً به آرمیچر موتور DC متصل می شود Dکه به عنوان محرک برای ماشین کار عمل می کند RM. سیم پیچ میدان ژنراتور OVGو موتور ATSاز یک منبع مستقل تغذیه می شود - یک شبکه جریان مستقیم (شکل 4) یا از تحریک کننده ها (مولدهای جریان مستقیم کوچک) روی شفت محرک اصلی PD. تنظیم جریان تحریک ژنراتور من v.g باید عملاً از صفر تولید شود (در شکل 4 با استفاده از یک رئوستات متصل به مدار پتانسیومتری). در صورت نیاز به معکوس کردن موتور، می توانید قطبیت ژنراتور را تغییر دهید (در شکل 4 با استفاده از کلید پ).

شکل 4. نمودار واحد ژنراتور-موتور برای تنظیم سرعت یک موتور تحریک مستقل

راه اندازی موتور Dو سرعت آن به صورت زیر کنترل می شود. در حداکثر من i.d و من v.g = 0 محرک اصلی را شروع کنید PD. سپس به تدریج افزایش دهید من v.g و در ولتاژ پایین ژنراتور Uموتور Dبه چرخش خواهد آمد. تنظیم بیشتر Uدر تا U = U n، شما می توانید هر سرعت چرخش موتور را تا حداکثر دریافت کنید n = n n افزایش بیشتر nشاید با کاهش من e.d. برای معکوس کردن موتور، کاهش دهید من vg به صفر، تغییر دهید OVGو دوباره افزایش یابد من v.g از مقدار من v.g = 0.

چه زمانی ماشین کاریک بار ضربانی شدید ایجاد می کند (مثلاً برخی از آسیاب های نورد) و مطلوب نیست که پیک های بار به طور کامل به محرک اصلی یا به شبکه AC، موتور منتقل شوند. Dمی تواند به فلایویل (واحد G – D – M یا واحد Leonard – Ilgner) مجهز شود. در این مورد، هنگام کاهش nدر زمان اوج بار، بخشی از این بار توسط انرژی جنبشی فلایویل پوشانده می شود. راندمان فلایویل با ویژگی موتور نرم تر بیشتر خواهد بود. PDیا D.

که در اخیرابه طور فزاینده ای موتور PDو ژنراتور جیبا یکسو کننده نیمه هادی جایگزین شده است ولتاژ قابل تنظیم. در این حالت واحد مورد نظر نیز نامیده می شود شیر فلکه (تریستور) راندن.

واحدهای در نظر گرفته شده در مواقعی مورد استفاده قرار می گیرند که لازم است سرعت چرخش موتور با راندمان بالا در محدوده وسیعی تنظیم شود - تا 1: 100 یا بیشتر (ماشین های برش فلز بزرگ، آسیاب های نورد و غیره).

توجه داشته باشید که تغییر Uبه منظور تنظیم nمطابق نمودار شکل 1، بدر مقاله "اطلاعات عمومی در مورد ژنراتورهای DC" و شکل 3 نشان داده شده است. آ، نتایج مورد نظر را نمی دهد، زیرا همزمان با تغییر ولتاژ مدار آرمیچر به طور متناسب تغییر می کند. Uهمچنین جریان تحریک از زمان تنظیم Uفقط می توان از مقدار بدست آورد U = U n پایین، سپس به زودی مدار مغناطیسی اشباع می شود، در نتیجه Uو مندر متناسب با یکدیگر تغییر خواهند کرد. با توجه به برابری (7) ارائه شده در مقاله "اطلاعات عمومی در مورد موتورهای DC")، nبا این حال، تغییر قابل توجهی ندارد.

اخیراً به اصطلاح تنظیم نبضموتورهای DC در این حالت، مدار آرمیچر موتور از منبع DC با ولتاژ ثابتاز طریق تریستورهایی که به صورت دوره ای با فرکانس 1 - 3 کیلوهرتز روشن و خاموش می شوند. برای صاف کردن منحنی جریان آرمیچر، خازن ها به پایانه های آن متصل می شوند. ولتاژ در پایانه های آرمیچر در این حالت تقریباً ثابت و متناسب با نسبت زمان روشن شدن تریستور به مدت کل چرخه است. بدین ترتیب، روش پالسبه شما امکان می دهد سرعت چرخش موتور را هنگامی که از منبع ولتاژ ثابت در محدوده وسیعی بدون رئوستات در مدار آرمیچر و تقریباً بدون تلفات اضافی تغذیه می شود، تنظیم کنید. به همین ترتیب بدون رئوستات راه اندازی و بدون تلفات اضافی می توان موتور را راه اندازی کرد.

روش کنترل پالس از نظر اقتصادی برای کنترل موتورهایی که در حالت‌های سرعت متغیر با استارت‌های مکرر کار می‌کنند، به عنوان مثال در حمل و نقل الکتریکی بسیار سودمند است.

شکل 5: عملکرد موتور شنت پ n = 10 کیلو وات، U n = 200 ولت، n n = 950 دور در دقیقه

ویژگی های عملکرد

ویژگی های عملکرد بر اساس مصرف برق است پ 1 مصرف جریان من، سرعت n، لحظه م، و بازده η از توان مفید پ 2 در U= وضعیت ثابت و بدون تغییر رئوستات های تنظیم کننده. مشخصات عملکرد یک موتور تحریک موازی کم توان در غیاب مقاومت اضافی در مدار آرمیچر در شکل 5 ارائه شده است.

همزمان با افزایش قدرت شفت پ 2 گشتاور روی شفت افزایش می یابد م. از آنجایی که با افزایش پ 2 و مسرعت nسپس کمی کاهش می یابد م ∼ پ 2 / nکمی سریعتر رشد می کند پ 2. افزایش دادن پ 2 و مطبیعتاً با افزایش جریان موتور همراه است من. متناسب منتوان مصرفی از شبکه نیز افزایش می یابد پ 1 . در بیکاری ( پ 2 = 0) بازده η = 0، سپس با افزایش پ 2، در ابتدا η به سرعت افزایش می‌یابد، اما در بارهای بالا، به دلیل افزایش زیاد تلفات در مدار آرمیچر، η دوباره شروع به کاهش می‌کند.

نمودار موتور.

مدار موتور تحریک موازی در شکل نشان داده شده است. 1.25. سیم پیچ آرمیچر و سیم پیچ میدان به صورت موازی به هم متصل می شوند. در این مدار: I جریان مصرفی موتور از شبکه، I i جریان آرمیچر، I in جریان تحریک است. از قانون اول کیرشهوف نتیجه می شود که I = I i + I c.

ویژگی مکانیکی طبیعی مشخصه مکانیکی طبیعی با فرمول (1.6) توصیف می شود.

در حالت بیکار M = 0 و n x = U/C E F.

اگر Ф = const، معادله مشخصه مکانیکی به شکل زیر است:

n = nایکس– بم، (1.8)

جایی که b = R i / C E F.

از (1.8) چنین می شود که مشخصه مکانیکی (شکل 1.26، خط مستقیم 1) یک خط مستقیم با زاویه تمایل a و ضریب زاویه ای b است. از آنجایی که Ri برای موتورهای DC کوچک است، با افزایش بار روی شفت، سرعت چرخش n کمی تغییر می کند - ویژگی های این نوع "سخت" نامیده می شود.

جریان مصرفی موتور از شبکه عملاً متناسب با گشتاور بار افزایش می یابد. در واقع، M » M em = C m I I F، و از آنجایی که موتور تحریک موازی F = ثابت دارد، پس I I~ M است.

کنترل سرعت.

تنظیم سرعت چرخش از (1.6) به سه روش امکان پذیر است: با تغییر شار مغناطیسی قطب های اصلی Ф، با تغییر مقاومت مدار آرمیچر R i و با تغییر ولتاژ U عرضه شده به مدار آرمیچر (تغییر در n به دلیل تغییر در گشتاور بار M در مفهوم تنظیم گنجانده نشده است).

تنظیم n با تغییر شار مغناطیسی F با استفاده از یک رئوستات تنظیم کننده Rr انجام می شود. با افزایش مقاومت رئوستات، جریان تحریک I در و شار مغناطیسی قطب های اصلی F کاهش می یابد. این اولاً منجر به افزایش سرعت بیکار n x و ثانیاً به افزایش ضریب b می شود. به افزایش زاویه شیب مشخصه مکانیکی. با این حال، b کوچک باقی می ماند و سفتی ویژگی های مکانیکی حفظ می شود. در شکل 1.28، علاوه بر مشخصه طبیعی 1، مربوط به حداکثر شار مغناطیسی Ф، خانواده ای از ویژگی های مکانیکی 2-4 را نشان می دهد که در شار مغناطیسی کاهش یافته گرفته شده است. از مشخصه ها به دست می آید که تغییر شار مغناطیسی فقط می تواند سرعت چرخش را نسبت به مشخصه طبیعی افزایش دهد. در عمل، با استفاده از این روش، سرعت چرخش را نمی توان بیش از 2 برابر افزایش داد، زیرا افزایش سرعت منجر به بدتر شدن تغییر و حتی کاهش می شود. آسیب مکانیکیماشین ها.

روش دیگر کنترل سرعت به صورت سری با آرمیچر یک رئوستات کنترلی R i.p متصل می شود (روستات راه اندازی R p برای این منظور نامناسب است، زیرا برای عملکرد کوتاه مدت طراحی شده است). سپس فرمول (1.6) به شکل زیر در می آید:

n= ,

که از آن نتیجه می شود که سرعت در حالت آزاد برای هر مقاومت R r یکسان است و ضریب b و در نتیجه شیب مشخصات مکانیکی 5-7 افزایش می یابد (شکل 1.26). تنظیم سرعت چرخش به این روش منجر به کاهش سرعت چرخش نسبت به ویژگی طبیعی می شود. علاوه بر این، غیراقتصادی است، زیرا با تلفات توان بالا (R i.r I) در رئوستات کنترل همراه است، که از طریق آن کل جریان آرمیچر جریان می یابد.

روش سوم تنظیم سرعت چرخش، تغییر بدون رئوستات در ولتاژ عرضه شده به آرمیچر است. تنها زمانی امکان پذیر است که آرمیچر موتور از یک منبع جداگانه تغذیه شود که ولتاژ آن قابل تنظیم است. ژنراتورهای جداگانه یا دریچه های کنترل شده (تیراترون ها، یکسو کننده های جیوه، تریستورها) که به طور خاص برای یک موتور معین طراحی شده اند به عنوان منبع کنترل شده استفاده می شوند. در حالت اول، سیستمی از ماشین ها تشکیل می شود که نامیده می شود سیستم G-D(ژنراتور - موتور)، (شکل 1.27). برای کنترل صاف بر روی طیف گسترده ای از سرعت های چرخش موتورهای قدرتمند DC و در سیستم ها استفاده می شود کنترل خودکار. یک سیستم کنترل با سوپاپ های HC کنترل شده (شکل 1.28) برای تنظیم سرعت چرخش موتورهای کم توان استفاده می شود. مزیت آن کارایی بیشتر است.

تنظیم سرعت چرخش با تغییر U عملاً فقط در جهت کاهشی امکان پذیر است، زیرا افزایش ولتاژ بالاتر از ولتاژ نامی به دلیل بدتر شدن شدید در کموتاسیون غیرقابل قبول است. از (1.9) نتیجه می شود که با کاهش ولتاژ، سرعت بی باری n x کاهش می یابد، و شیب ویژگی های مکانیکی 8-10 تغییر نمی کند (شکل 1.26 را ببینید)، آنها حتی در حالت صلب باقی می مانند. ولتاژ پایین. محدوده کنترل (n max /n min) در این روش 6:1-8:1 است. با استفاده از مدارهای بازخورد ویژه می توان آن را به میزان قابل توجهی گسترش داد.

مشخصه تنظیم کننده

مشخصه تنظیم کننده n=f(I in) موتور تحریک موازی در شکل نشان داده شده است. 1.29.

ویژگی آن با وابستگی (1.5) تعیین می شود، که از آن نتیجه می شود که فرکانس چرخش با شار مغناطیسی و در نتیجه با جریان تحریک Iv نسبت معکوس دارد. هنگامی که جریان تحریک I در = 0، که می تواند در هنگام شکسته شدن مدار تحریک اتفاق بیفتد، شار مغناطیسی برابر با F ost باقیمانده است و سرعت چرخش آنقدر زیاد می شود که موتور می تواند به طور مکانیکی از بین برود - پدیده مشابهی موتور نامیده می شود. فرار کن.

از نظر فیزیکی، پدیده جداسازی با این واقعیت توضیح داده می شود که گشتاور (1.2) با کاهش شار مغناطیسی، به نظر می رسد، باید کاهش یابد، با این حال، جریان آرمیچر I I = (U - E) / R I به طور قابل توجهی افزایش می یابد. از آنجایی که E (1.1) و تفاوت U کاهش می یابد - E به میزان بیشتری افزایش می یابد (معمولا E »0.9 U).

حالت های ترمز.

حالت های ترمز موتور زمانی اتفاق می افتد که گشتاور الکترومغناطیسی ایجاد شده توسط موتور بر خلاف جهت چرخش آرمیچر عمل کند. آنها می توانند در حین کارکرد موتور زمانی که شرایط عملیاتی تغییر می کند یا به طور مصنوعی به منظور کاهش سریع سرعت، توقف یا معکوس کردن موتور ایجاد می شوند، رخ دهند.

موتور تحریک موازی دارای سه حالت ترمز است: ترمز ژنراتور با بازگشت انرژی به شبکه، ترمز سوئیچ عقب و ترمز پویا.

ژنراتورترمز گرفتندر مواردی رخ می دهد که فرکانس چرخش آرمیچر n از سرعت چرخش در حالت ایده آل (یعنی در M pr = 0) سرعت بیکار n x (n>n x) بیشتر شود. انتقال به این حالت از حالت موتور امکان پذیر است، به عنوان مثال، هنگام پایین آوردن بار، زمانی که گشتاور ایجاد شده توسط بار در همان جهتی که گشتاور الکترومغناطیسی موتور به آرمیچر اعمال می شود، یعنی. هنگامی که گشتاور بار مطابق با گشتاور الکترومغناطیسی موتور عمل می کند و سرعتی بیشتر از n x می گیرد. اگر n>n x ، E>U c (که U c ولتاژ شبکه است) و جریان موتور علامت خود را تغییر می دهد (1.4) - گشتاور الکترومغناطیسی از گشتاور چرخشی به گشتاور ترمز تغییر می کند و ماشین از حالت موتور تغییر می کند. به حالت ژنراتور و تامین انرژی شبکه (بازیابی انرژی). انتقال یک ماشین از حالت موتور به حالت ژنراتور توسط یک مشخصه مکانیکی نشان داده شده است (شکل 1.30). بگذارید یک نقطه کار در حالت موتور باشد. با گشتاور M مطابقت دارد. اگر سرعت چرخش افزایش یابد، نقطه کار مطابق با مشخصه 1 از ربع I به ربع II منتقل می شود، به عنوان مثال، به نقطه عملیاتی a 2، که مربوط به سرعت چرخش n و ترمز است. گشتاور - М΄.

ترمزمخالفتهنگامی که جهت جریان آرمیچر یا جریان میدان معکوس شود در یک موتور در حال کار رخ می دهد. در این حالت گشتاور الکترومغناطیسی علامت تغییر می دهد و تبدیل به ترمز می شود.

کارکرد موتور با جهت مخالفچرخش با مشخصات مکانیکی واقع در ربع II و III مطابقت دارد (به عنوان مثال، مشخصه طبیعی 2 در شکل 1.30).

انتقال ناگهانی به این ویژگی عملا غیرقابل قبول است، زیرا با افزایش بیش از حد جریان و گشتاور ترمز همراه است. به همین دلیل، همزمان با کلیدزنی یکی از سیم پیچ ها، یک مقاومت اضافی R ext در مدار آرمیچر روشن می شود و جریان آرمیچر را محدود می کند.

مشخصه مکانیکی حالت با R ext شیب زیادی دارد (خط مستقیم 3). هنگام تغییر به حالت پشت به پشت، سرعت چرخش n در لحظه اول نمی تواند تغییر کند (به دلیل اینرسی آرمیچر) و نقطه عملکرد از موقعیت a 1 به موقعیت a 3 در ویژگی جدید. با توجه به ظاهر M torus، سرعت چرخش n به سرعت کاهش می یابد تا زمانی که نقطه عملیاتی a 3 به موقعیت a 4 حرکت کند که مربوط به توقف موتور است. اگر در این لحظه موتور از منبع تغذیه جدا نشود، آرمیچر جهت چرخش را تغییر می دهد. ماشین در حالت موتور با جهت چرخش جدید شروع به کار می کند و نقطه کار آن a 5 در مشخصه مکانیکی 3 در ربع III خواهد بود.

پویاترمز گرفتندر مواردی رخ می دهد که آرمیچر موتور از شبکه جدا شده و به مقاومت ترمز دینامیکی R d.t بسته می شود. معادله مشخصه (1.6) به شکل زیر است:

n=

که مربوط به خانواده ای از خطوط مستقیم 4 (برای R d.t مختلف) است که از مبدا می گذرد. هنگام تغییر به این حالت، نقطه عملیاتی a 1 به یکی از مشخصه های 4، به عنوان مثال، به نقطه a 6 می رود و سپس در امتداد خط مستقیم 4 به سمت صفر حرکت می کند. آرمیچر موتور تا توقف کامل ترمز می شود. با تغییر مقاومت R d.t می توانید جریان آرمیچر و سرعت ترمز را تنظیم کنید.

جریان جریان در سیم پیچ میدان قطب های اصلی یک شار مغناطیسی ایجاد می کند. ماشین های الکتریکی DC باید با روش تحریک و مدار سیم پیچ تحریک متمایز شوند.

ژنراتورهای DC را می توان با تحریک مستقل، موازی، سری و مختلط ساخت.لازم به ذکر است که در حال حاضر استفاده از ژنراتورهای DC به عنوان منبع انرژی بسیار محدود است.

سیم پیچ ژنراتور DC با تحریک مستقلبرق را از یک منبع مستقل دریافت می کند - یک شبکه DC، یک تحریک کننده خاص، یک مبدل و غیره (شکل 1، a). این ژنراتورها در سیستم های قدرتمندهنگامی که ولتاژ تحریک باید متفاوت از ولتاژ ژنراتور انتخاب شود، در سیستم هایی که توسط ژنراتورها و سایر منابع تغذیه می شوند.

مقدار جریان تحریک ژنراتورهای قدرتمند 1.0-1.5٪ جریان ژنراتور و تا ده ها درصد برای ماشین های با توان مرتبه ده ها وات است.

برنج. 1. مدارهای ژنراتورهای جریان مستقیم: الف - با تحریک مستقل. ب - با تحریک موازی؛ ج - با تحریک متوالی؛ g - با تحریک مخلوط P - مصرف کنندگان

U جی ژنراتور با تحریک موازیسیم پیچ تحریک به ولتاژ خود ژنراتور روشن می شود (شکل 1، b را ببینید). جریان آرمیچر I i برابر است با مجموع جریان بار I p و جریان تحریک I v: I i = I p + I v

ژنراتورها معمولاً برای توان متوسط ​​ساخته می شوند.

سیم پیچ ژنراتور با تحریک سریبه صورت سری به مدار آرمیچر متصل می شود و توسط جریان آرمیچر به اطراف می چرخد ​​(شکل 1، ج). فرآیند خود تحریکی ژنراتور بسیار سریع پیش می رود. چنین ژنراتورهایی عملاً هرگز استفاده نمی شوند. در همان ابتدای توسعه انرژی، از آن استفاده شد سیستم انتقال قدرت با ژنراتورها و موتورهای متصل به صورت سری تحریک متوالی.

یک ژنراتور با تحریک مختلط دارای دو سیم پیچ تحریک است - ORP موازی و ORP سریال.معمولاً با گنجاندن صامت (شکل 1، د). سیم پیچ موازی را می توان قبل از سیم پیچ سری ("شنت ​​کوتاه") یا بعد از آن ("شنت ​​طولانی") متصل کرد. MMF یک سیم پیچ سری معمولا کوچک است و فقط برای جبران افت ولتاژ در آرمیچر در حین بار طراحی شده است. چنین ژنراتورهایی در حال حاضر نیز عملاً مورد استفاده قرار نمی گیرند.

مدارهای تحریک برای موتورهای DC مشابه مدارهای مولد هستند. قدرت بالامعمولا انجام می شوند با تحریک مستقل. برای موتورهای شنت برانگیخته، سیم پیچ میدان با همان منبع انرژی موتور تغذیه می شود. سیم پیچ تحریک مستقیماً به ولتاژ منبع انرژی متصل می شود تا تأثیر افت ولتاژ در مقاومت راه اندازی تحت تأثیر قرار نگیرد (شکل 2).

برنج. 2. نمودار مدار یک موتور DC با تحریک موازی

جریان برق Ic از جریان آرمیچر I i و جریان تحریک I c تشکیل شده است.

مدار موتور سریمشابه نمودار در شکل 1، ج. به لطف سیم پیچ سری، گشتاور تحت بار بیشتر از موتورهای تحریک موازی افزایش می یابد، در حالی که سرعت چرخش کاهش می یابد. این ویژگی موتورها کاربرد گسترده آنها را در موتورهای کششی لکوموتیوهای الکتریکی تعیین می کند: در لوکوموتیوهای برقی خط اصلی، حمل و نقل شهری و غیره. افت ولتاژ در سیم پیچ تحریک در هنگام جریان نامیچند درصد از ولتاژ نامی است.

موتورهای تحریک مختلطبه دلیل وجود یک سیم پیچ سری، تا حدودی دارای خواص موتورهای سری برانگیخته هستند. در حال حاضر، آنها عملا استفاده نمی شوند. موتورهای موازیگاهی اوقات آنها با یک سیم پیچ تثبیت کننده (سری) انجام می شوند که مطابق با سیم پیچ تحریک موازی متصل می شود تا از عملکرد آرام تر در حین پیک بار اطمینان حاصل شود. MMF چنین سیم پیچ تثبیت کننده کوچک است - چند درصد از MMF اصلی.

تحریک موتور DC است ویژگی متمایزچنین موتورهایی مشخصات مکانیکی به نوع تحریک بستگی دارد ماشین های الکتریکیجریان مستقیم. تحریک می تواند موازی، متوالی، مختلط یا مستقل باشد. نوع تحریک به معنای دنباله ای است که در آن آرمیچر و سیم پیچ روتور روشن می شوند.

با تحریک موازی، سیم‌پیچ‌های آرمیچر و روتور به موازات یکدیگر به یک منبع جریان متصل می‌شوند. از آنجایی که سیم پیچ میدان دارای پیچ های بیشتری نسبت به سیم پیچ آرمیچر است، جریان جریان در آن ناچیز است. در مدار سیم پیچ روتور و سیم پیچ آرمیچر، مقاومت های تنظیمی را می توان گنجاند.

شکل 1 - مدار تحریک موازی یک ماشین DC

سیم پیچ تحریک را می توان به یک منبع جریان جداگانه نیز متصل کرد. در این حالت، تحریک مستقل نامیده می شود. چنین موتوری دارای ویژگی هایی مشابه موتورهایی است که از آهنربای دائمی استفاده می کند. سرعت چرخش موتور با تحریک مستقل، مانند موتور با تحریک موازی، به جریان آرمیچر و شار مغناطیسی اصلی بستگی دارد. شار مغناطیسی اصلی توسط سیم پیچ روتور ایجاد می شود.

شکل 2 - مدار تحریک مستقل یک ماشین DC

سرعت چرخش را می توان با استفاده از یک رئوستات متصل به مدار آرمیچر تنظیم کرد و در نتیجه جریان در آن را تغییر داد. شما همچنین می توانید جریان تحریک را تنظیم کنید، اما در اینجا باید مراقب باشید. از آنجایی که اگر بیش از حد کاهش یابد یا غیبت کاملدر نتیجه شکستگی سیم تغذیه، جریان در آرمیچر ممکن است به مقادیر خطرناک افزایش یابد.

همچنین با کم بودن بار روی شفت یا در حالت بیکار، سرعت چرخش می تواند به قدری افزایش یابد که منجر به تخریب مکانیکی موتور شود.

اگر سیم‌پیچ تحریک به‌صورت سری به سیم‌پیچ آرمیچر متصل شود، چنین تحریکی سریال نامیده می‌شود. در این حالت همان جریان از سیم پیچ آرمیچر و میدان عبور می کند. بنابراین، شار مغناطیسی با تغییر بار موتور تغییر می کند. بنابراین، سرعت موتور به بار بستگی دارد.

شکل 3 - مدار تحریک سری یک ماشین DC

موتورهای با چنین تحریکی را نمی توان در دور آرام یا با بار کمی روی شفت راه اندازی کرد. آنها زمانی استفاده می شوند که گشتاور راه اندازی زیاد یا توانایی تحمل بارهای اضافه کوتاه مدت مورد نیاز باشد.

با تحریک مختلط، از موتورهایی استفاده می شود که در هر قطب دو سیم پیچ دارند. می توان آنها را روشن کرد تا شارهای مغناطیسی هم اضافه و هم کم کنند.

شکل 4 - مدار تحریک مختلط یک ماشین DC

بسته به رابطه بین شارهای مغناطیسی، یک موتور با چنین تحریکی می تواند به عنوان یک موتور تحریک سری یا یک موتور تحریک موازی عمل کند. اگر به گشتاور راه اندازی زیاد نیاز باشد، همه چیز به موقعیت بستگی دارد، چنین ماشینی در حالت روشن شدن همخوان سیم پیچ ها کار می کند. در صورت لزوم سرعت ثابتچرخش، با یک بار تغییر دینامیکی، از اتصال متقابل سیم پیچ ها استفاده می شود.

در ماشین های DC می توانید جهت حرکت روتور را تغییر دهید. برای انجام این کار، تغییر جهت جریان در یکی از سیم پیچ ها ضروری است. لنگر یا هیجان. با تغییر قطبیت، جهت چرخش موتور فقط در موتوری با تحریک مستقل یا در آن از آهنربای دائمی استفاده می شود. در دیگر طرح های سوئیچینگ، باید یکی از سیم پیچ ها را تغییر دهید.

جریان راه اندازی در یک ماشین DC بسیار زیاد است، بنابراین برای جلوگیری از آسیب به سیم پیچ ها باید با یک رئوستات اضافی راه اندازی شود.