Pobuda istosmjernog motora. Značajke istosmjernog motora mješovite uzbude

Kao i u slučaju generatora, namoti induktora i armatura motora mogu se spojiti ili serijski (slika 339) ili paralelno (slika 340). U prvom slučaju, motor se naziva serijski pobuđeni motor (ili serijski motor), u drugom paralelno pobuđeni motor (ili shunt motor). Koriste se i motori s mješovitom pobudom (složeni motori) kod kojih je dio namota 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 s paralelnom uzbudom. Krug za spajanje motora ove vrste na mrežu prikazan je na Sl. 361. Budući da su ovdje krugovi armature i induktora neovisni jedan o drugom, struja u njima može se neovisno kontrolirati pomoću zasebnih reostata uključenih u ove krugove. Reostat uključen u krug armature naziva se početni reostat, a reostat uključen u krug induktora naziva se upravljački reostat. Prilikom pokretanja motora s paralelnom pobudom, reostat za pokretanje mora biti potpuno uključen; kako motor povećava brzinu, otpor reostata se postupno smanjuje i kada se postigne normalna brzina, ovaj se reostat potpuno uklanja iz kruga. Motori s paralelnom pobudom, osobito značajne snage, ni u kojem slučaju se ne smiju uključivati ​​bez startnog reostata. Na isti način, kada ugasite motor, prvo morate postupno uvoditi reostat i tek onda isključiti prekidač koji povezuje motor na mrežu.

Riža. 361. Shema uključivanja motora s paralelnom uzbudom. Mjedeni 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, uzbudni krug 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 mrežni napon, i - e. d. s., inducirano u namotima armature. U prvom trenutku, kada se motor još nije uspio pokrenuti i dobiti 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 s otporom, startna struja kroz armaturu

. (173.1)

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

Pojasnimo ono što je rečeno brojčanim primjerom. Pretpostavimo da imamo motor od 1,2 kW, nazivnog za 120 V i otpornosti armature. Struja armature pri punom opterećenju

.

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

,

10 puta veća od normalne radne struje u armaturi. Ako želimo da početna struja premašuje 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 shunt motor vrlo opasno iznenada ga zaustaviti bez isključivanja, na primjer, zbog naglog povećanja opterećenja, jer u ovom slučaju e. itd. sa. pada na nulu i struja u armaturi raste toliko 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 induktorskog kruga pomoću ovog reostata mijenjamo struju u krugu induktora, a time i magnetsko polje u kojem se kotva okreće. Iznad smo vidjeli da se za dano opterećenje motora struja u njemu automatski postavlja tako da rezultirajući moment uravnotežuje moment kočenja stvoren opterećenjem motora. To je zbog činjenice da inducirana e. itd. sa. dosegne odgovarajuću vrijednost. Ali inducirana e. itd. sa. određena je, s jedne strane, magnetskom indukcijom, as druge, frekvencijom rotacije armature.

Što je veći magnetski tok induktora, to mora biti manji broj okretaja motora da bi se dobila određena vrijednost e. itd., i, obrnuto, što je magnetski tok slabiji, frekvencija rotacije bi trebala biti veća. Stoga, kako bi se povećala brzina vrtnje šant motora pri danom opterećenju, potrebno je oslabiti magnetski tok u induktoru, tj. uvesti veći otpor u krug induktora pomoću reostata za podešavanje. Naprotiv, kako bi se smanjila brzina vrtnje šant motora, potrebno je povećati magnetski 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. - smanjiti. To je zbog blagog smanjenja frekvencije rotacije armature. Međutim, smanjenje brzine uslijed povećanja opterećenja s nulte na normalnu snagu 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 mijenja. Ako bismo uz promjene opterećenja željeli zadržati istu brzinu, onda bi se to moglo učiniti laganom promjenom struje u krugu induktora uz pomoć reostata za podešavanje.

Dakle, s operativne točke gledišta, istosmjerni motori s paralelnom uzbudom (shunt motori) karakteriziraju sljedeća dva svojstva: a) njihova brzina vrtnje ostaje gotovo konstantna kada se opterećenje mijenja; 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 značajke važne, na primjer, za pogon tokarilica i drugih strojeva, čija brzina ne bi trebala biti jako ovisna o opterećenju.

173.1. Na sl. 362 prikazan je dijagram shunt motora s takozvanim kombiniranim reostatom za pokretanje i podešavanje. Shvatite ovaj sklop i objasnite kakvu ulogu imaju pojedini dijelovi ovog reostata.

Riža. 362. Za vježbu 173.1

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

2. Motori sa serijskom pobudom. Krug za spajanje ovih motora na mrežu prikazan je na Sl. 363. Ovdje je struja armature ujedno i struja prigušnice, 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 inducirana emf. itd. sa. trebao bi biti gotovo jednak naponu mreže. Ali uz vrlo malu struju kroz armaturu i induktor, polje induktora je također slabo. Stoga, pri malom opterećenju, potrebna e. itd. sa. može se dobiti 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 s gledišta mehaničke čvrstoće motora.

Riža. 363. Shema uključivanja motora sa serijskom pobudom

Kažu da se motor „juri“. To je neprihvatljivo i stoga se motori sa serijskim uzbuđenjem ne smiju pokretati bez opterećenja ili pri malom opterećenju (manje od 20-25% normalne snage motora). Iz istog razloga se ne preporuča spajanje ovih motora na alatne strojeve ili druge strojeve s remenskim ili kabelskim pogonom, jer će prekid ili slučajno otpuštanje remena dovesti do "bijega" motora. Dakle, kod motora sa serijskom uzbudom, kada raste opterećenje, raste struja u armaturi i magnetsko polje induktora; stoga brzina motora naglo pada, a okretni moment koji razvija naglo raste.

Ova svojstva motora sa sekvencijalnim uzbudom čine ih najpogodnijim za upotrebu u transportu (tramvaji, trolejbusi, električni vlakovi) i u uređajima za dizanje (dizalice), budući da je u tim slučajevima potrebno imati velike momente u trenutku pokretanja u vrlo veliko opterećenje pri malim brzinama, a pri manjim opterećenjima (pri normalnom hodu) niži zakretni momenti i veće frekvencije.

Regulacija brzine motora sa serijskom pobudom obično se provodi pomoću reostata za namještanje spojenog paralelno s namotima induktora (slika 364). Što je manji otpor ovog reostata, veći dio struje armature se grana u njega i manje struje teče kroz namote induktora. Ali sa smanjenjem struje u induktoru, brzina motora se povećava, a s povećanjem se smanjuje. Stoga, za razliku od onog što je bio slučaj sa šant motorom, da bi se povećala brzina vrtnje serijskog motora, potrebno je smanjiti otpor kruga induktora izvođenjem reostata za podešavanje. Kako bi se smanjila brzina vrtnje serijskog motora, potrebno je povećati otpor kruga induktora uvođenjem reostata za podešavanje.

Riža. 364. Shema 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 shunt motor može.

Tablica 8. Prednosti, nedostaci i područja primjene motora raznih tipova

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

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

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

Ako su četke u geometrijskom neutralnom položaju, prilikom povećanja ja a tok F δ će se neznatno smanjiti zbog djelovanja poprečne reakcije armature. Kao rezultat toga, brzina n, prema izrazu (7), prikazanom u članku "Opći podaci o istosmjernim motorima", težit će porastu. S druge strane, pad napona R a × ja ali uzrokuje smanjenje brzine. Dakle, moguće su tri vrste karakteristika brzine, prikazane na Sl. jedan: 1 - s prevladavanjem utjecaja R a × ja a; 2 - uz međusobnu kompenzaciju utjecaja R a × ja a i smanjenje F δ; 3 - s prevladavanjem utjecaja smanjenja F δ.

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

Karakteristike vrste 3 (Slika 1) neprihvatljivi su u smislu održivog rada (vidi članak ""). Stoga se paralelni uzbudni motori proizvode s blago padajućim karakteristikama oblika 1 (slika 1). U modernim visoko korištenim strojevima, zbog prilično jake zasićenosti zubaca armature, utjecaj bočne reakcije armature može biti toliko velik da se karakteristika oblika 1 (Slika 1) je nemoguće. Zatim se za dobivanje takve karakteristike na polove postavlja slab serijski uzbudni namot konkordantne inkluzije čija sila magnetiziranja iznosi do 10% sile magnetiziranja paralelnog uzbudnog namota. U tom se slučaju djelomično ili potpuno kompenzira smanjenje F δ pod utjecajem poprečne reakcije armature. Takav serijski namot polja naziva se stabilizirajući, a motor s takvim namotom još se naziva paralelni uzbudni motor.

Promjena brzine vrtnje Δ n(Slika 1) pri prelasku iz stanja mirovanja ( ja a = ja a0) na nazivno opterećenje ( ja a = ja a) paralelni uzbudni motor pri radu na prirodnoj karakteristici je mali i iznosi 2 - 8% n n. Takve karakteristike slabog pada nazivaju se tvrdim. Motori s paralelnom uzbudom krutih karakteristika koriste se u instalacijama u kojima se zahtijeva da brzina vrtnje ostane približno konstantna pri promjeni opterećenja (strojevi za rezanje metala i sl.).

Slika 2. Mehaničke i brzinske karakteristike paralelnog uzbudnog motora pri različitim uzbudnim tokovima

Regulacija brzine slabljenjem magnetskog toka

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

ja a = U / R a.

Međutim, mehaničke karakteristike n = f(M) sijeku os apscise u različitim točkama.

Donja karakteristika na slici 2 odgovara nazivnom protoku. Vrijednosti n pri stacionarnom radu odgovaraju točkama presjeka razmatranih karakteristika s krivuljom M st = f(n) za radni stroj spojen na motor (podebljana isprekidana linija na slici 2).

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

Ako u ovom načinu rada, uz pomoć vanjskog zakretnog momenta, počnite povećavati brzinu vrtnje n, onda E a [vidi izraz (6) u članku "Opći podaci o istosmjernim motorima"] će se povećati, i ja i i Mće se prema jednakostima (5) i (8) iznesenim u članku "Opći podaci o istosmjernim motorima" smanjiti. Na ja a = 0 i M= 0, mehanički i magnetski gubici motora pokrivaju se mehaničkom snagom dovedenom na osovinu, a s daljnjim povećanjem brzine ja i i M promijenite predznak i motor će prijeći na generatorski način rada (presjeci karakteristika na slici 2 lijevo od ordinatne osi).

Motori opće uporabe omogućuju, prema komutacijskim uvjetima, regulaciju brzine slabljenjem polja u rasponu od 1:2. Motori se također proizvode s regulacijom brzine na ovaj način u rasponu do 1:5 ili čak 1:8, ali u ovom slučaju, kako bi se ograničio maksimalni napon između kolektorskih ploča, potrebno je povećati zračni razmak, podesiti protok u pojedinim grupama polova (vidi članak "Kontrola brzine i stabilnost istosmjernih motora") ili koristiti kompenzacijski namot. To povećava cijenu motora.

Regulacija brzine otporom u krugu 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 istosmjernim motorima" dobivamo

(1)

(2)

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

Slika 3. Shema za regulaciju brzine vrtnje paralelnog uzbudnog motora pomoću otpora u krugu armature ( a) i odgovarajuće mehaničke i brzinske karakteristike ( b)

Tehnički podaci n = f(M) i n = f(ja 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 os apscise ( n= 0) u točki za koju

Nastavak ovih karakteristika ispod osi 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, uslijed čega

i okretni moment motora M djeluje suprotno smjeru vrtnje i stoga koči.

Ako je u stanju mirovanja ( ja a = ja a0), uz pomoć zakretnog momenta primijenjenog izvana, počnite povećavati brzinu rotacije, zatim se prvo postiže način rada ja a = 0 i tada ja ali će promijeniti smjer i stroj će se prebaciti u generatorski način rada (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 krivulja momenta otpora M st = f(n) ima oblik prikazan na slici 3, b podebljana isprekidana linija, vrijednosti n u stacionarnom radu za svaku vrijednost R pa određuju se presječnim točkama odgovarajućih krivulja. Više R ra, što manje n a niža učinkovitost (učinkovitost).

Regulacija brzine promjenom napona armature

Kontrola brzine promjenom napona armature može se provesti pomoću jedinice generator-motor (G-D), koja se također naziva Leonardova jedinica (slika 4). U ovom slučaju, glavni pokretač PD(izmjenična struja, unutarnje izgaranje i slično) vrti generator istosmjerne struje konstantnom brzinom G... Armatura generatora je izravno spojena na armaturu istosmjernog motora D, koji služi kao pogon radnog stroja RM... Namoti polja generatora OVG i motor ATS napajaju se iz neovisnog izvora - istosmjerne mreže (slika 4) ili iz uzbuđivača (mali istosmjerni generatori) na osovini glavnog pokretača PD... Regulacija struje uzbude generatora i c.g. treba proizvesti praktički od nule (na slici 4. uz pomoć reostata, spojenog prema potenciometrijskom krugu). Ako je potrebno preokrenuti motor, možete promijeniti polaritet generatora (na slici 4 pomoću prekidača P).

Slika 4. Shema jedinice "generator - motor" za regulaciju brzine neovisnog uzbudnog motora

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

Kada pogonski stroj stvara naglo pulsirajuće opterećenje (na primjer, neke valjaonice) i nepoželjno je da se vrhovi opterećenja u potpunosti prenesu na glavni pokretač ili na izmjeničnu mrežu, motor D može biti opremljen zamašnjakom (G - D - M jedinica, ili Leonard - Ilgner jedinica). U ovom slučaju, kada se smanjuje n tijekom vršnog opterećenja dio tog opterećenja apsorbira kinetička energija zamašnjaka. Učinkovitost zamašnjaka bit će veća s mekšim odzivom motora PD ili D.

U posljednje vrijeme sve češće motor PD i generator G zamjenjuje se naponski reguliranim poluvodičkim ispravljačem. U ovom slučaju, razmatrana jedinica se također naziva ventil (tiristor) vožen.

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

Imajte na umu da promjena U regulirati n prema shemi na slici 1, b prikazano u članku "Opći podaci o istosmjernim generatorima" i slici 3, a, ne daje željene rezultate, budući da se istovremeno s promjenom napona kruga armature proporcionalno mijenja U Vidi također struju uzbude. Od regulacije U može se proizvesti samo iz vrijednosti U = U n dolje, tada će uskoro magnetski krug biti zasićen, zbog čega U i i c će se međusobno proporcionalno razlikovati. Prema jednakosti (7), prikazanoj u članku "Opći podaci o istosmjernim motorima"), n pritom se bitno ne mijenja.

U posljednje vrijeme tzv regulacija pulsa DC motori. U ovom slučaju, krug armature motora se napaja iz izvora konstantne struje s 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 je u ovom slučaju praktički konstantan i proporcionalan omjeru vremena uključivanja tiristora prema trajanju cijelog ciklusa. Dakle, pulsna metoda omogućuje regulaciju brzine vrtnje 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 reostata za pokretanje 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. Izvedba motora paralelnog polja P n = 10 kW, U n = 200 V, n n = 950 o/min

Karakteristike izvedbe

Krivulje performansi su ovisnosti o potrošnji energije P 1, potrošnja struje ja, brzina n, trenutak M, a učinkovitost η od korisne snage P 2 u U= konstantni i konstantni položaji regulacijskih reostata. Radne karakteristike motora s paralelnom uzbudom male snage u nedostatku dodatnog otpora u krugu armature prikazane su na slici 5.

Istovremeno s povećanjem snage osovine P 2 povećava i moment na osovini M... Budući da s povećanjem P 2 i M ubrzati n onda lagano opada M ∼ P 2 / n raste nešto brže P 2. Povećati P 2 i M prirodno popraćeno povećanjem struje motora ja... Proporcionalno ja povećava se i potrošnja energije iz mreže P jedan . U praznom hodu ( P 2 = 0) učinkovitost η = 0, zatim s povećanjem P 2, u početku η brzo raste, ali pri velikim opterećenjima, zbog velikog povećanja gubitaka u krugu armature, η ponovno počinje opadati.

Dijagram motora.

Dijagram motora paralelne uzbude prikazan je na sl. 1.25. Armaturni namot i namot polja spojeni su paralelno. U ovom krugu: I je struja koju motor troši iz mreže, I I je struja armature, I in je struja uzbude. 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, tada jednadžba mehaničkih karakteristika ima oblik:

n = nx– bM, (1.8)

gdje je b = R I / C E F.

Iz (1.8) proizlazi da je mehanička karakteristika (slika 1.26, ravna crta 1) pravac s kutom nagiba a i kutnim koeficijentom b. Budući da sam mali kod istosmjernih motora, brzina vrtnje n se lagano mijenja s povećanjem opterećenja na osovini - karakteristike ovog tipa nazivaju se "tvrdim".

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

Kontrola brzine.

Regulacija brzine vrtnje iz (1.6) moguća je na tri načina: promjenom magnetskog toka glavnih polova F, promjenom otpora armaturnog kruga R i i promjenom napona U koji se dovodi u krug armature (promjenom n zbog na promjenu momenta opterećenja M nije uključeno u koncept regulacije).

Regulacija n promjenom magnetskog toka F provodi se pomoću reostata za podešavanje R p. S povećanjem otpora reostata smanjuje se struja uzbude I in i magnetski tok glavnih polova F. To dovodi, prvo, do povećanja broja okretaja u praznom hodu n x i, drugo, do povećanja koeficijenta b, t.j. za povećanje kuta nagiba mehaničkih karakteristika. Međutim, b ostaje mali i krutost mehaničkih svojstava ostaje. Na sl. 1.28 uz prirodnu karakteristiku 1 koja odgovara maksimalnom magnetskom toku F, dana je i obitelj mehaničkih karakteristika 2-4, uzetih pri smanjenom magnetskom toku. Iz karakteristika proizlazi da promjenom magnetskog toka možete samo povećati brzinu rotacije u odnosu na prirodnu karakteristiku. U praksi se ovom metodom brzina vrtnje može povećati ne više od 2 puta, jer povećanje brzine dovodi do pogoršanja komutacije, pa čak i mehaničkog oštećenja stroja.

Drugi način upravljanja brzinom povezan je s uključivanjem u seriju s armaturom reostata za podešavanje R i.r (početni reostat R p nije prikladan za tu svrhu, jer je dizajniran za kratkotrajni rad). Formula (1.6) tada poprima oblik:

n = ,

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

Treći način kontrole brzine vrtnje 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 određeni motor ili kontrolirane ventile (tiratroni, živini ispravljači, tiristori). U prvom slučaju formira se sustav strojeva, nazvan G-D sustav (generator - motor), (slika 1.27). Koristi se za moduliranje upravljanja u širokom rasponu frekvencije rotacije snažnih istosmjernih motora i u sustavima automatskog upravljanja. Za upravljanje brzinom motora manje snage koristi se upravljački sustav s kontroliranim ventilima HC (slika 1.28). Njegova prednost je velika učinkovitost.

Regulacija brzine promjenom U praktički je moguća samo u smjeru smanjenja, budući da je povećanje napona iznad nominalnog neprihvatljivo zbog oštrog pogoršanja komutacije. Iz (1.9) slijedi da se smanjenjem napona brzina praznog hoda n x smanjuje, a nagib mehaničkih karakteristika 8-10 se ne mijenja (vidi sliku 1.26), 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 krugova.

Karakteristika podešavanja.

Upravljačka karakteristika n = f (I in) paralelnog uzbudnog motora prikazana je na sl. 1.29.

Njegov karakter je određen ovisnošću (1.5), iz koje proizlazi da je frekvencija vrtnje obrnuto proporcionalna magnetskom toku i, prema tome, struji uzbude I in. Uz uzbudnu struju I in = 0, što može biti kada je uzbudni krug prekinut, magnetski tok je jednak preostalom F miru i frekvencija rotacije postaje toliko visoka da se motor može mehanički srušiti - sličan fenomen se naziva bijeg motora .

Fizički, fenomen odvajanja objašnjava se činjenicom da bi se moment (1.2) sa smanjenjem magnetskog toka, čini se, trebao smanjiti, ali se struja armature II = (U - E) / RI znatno povećava, budući da E (1.1) se smanjuje, a razlika U - E u većoj mjeri raste (obično E »0,9 U).

Načini kočenja.

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

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

Generatorkočenje nastaje u onim slučajevima kada frekvencija vrtnje armature n postane veća od frekvencije vrtnje u idealnom (tj. pri M pr = 0) praznom hodu n x (n> n x). Prijelaz na ovaj način rada iz rada motora moguć je npr. kod spuštanja tereta, kada se moment koji stvara opterećenje dovede na armaturu u istom smjeru kao i elektromagnetski moment motora, t.j. kada moment opterećenja djeluje u skladu s elektromagnetskim momentom motora i pokupi brzinu veću od n x. Ako je n> nx, onda E> U c (gdje je U c mrežni napon) i struja motora mijenja svoj predznak (1.4) - elektromagnetski moment od rotacije postaje kočio, a stroj iz rada motora prelazi u generatorski mod i prenosi energiju u mrežu (oporaba energije). Prijelaz stroja iz motornog u generatorski je ilustriran mehaničkom karakteristikom (slika 1.30). Neka u motornom načinu rada a 1 - radna točka; odgovara trenutku M. Ako se brzina vrtnje povećava, tada radna točka prema karakteristici 1 iz kvadranta I prelazi u kvadrant II, na primjer, u radnu točku a 2, što odgovara brzini rotacije n΄ i kočenju zakretni moment - M΄.

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

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

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

Mehanička karakteristika moda s R add ima veliki nagib (ravna linija 3). Prilikom prelaska na protupreklopni način rada, brzina n se u prvom trenutku ne može promijeniti (zbog tromosti armature) i radna točka iz položaja a 1 će se pomaknuti u poziciju a 3 na novoj karakteristici. Zbog pojave M tor, brzina n će brzo pasti sve dok se radna točka a 3 ne pomakne u položaj a 4, što odgovara zaustavljanju motora. Ako se u ovom trenutku motor ne odvoji od izvora napajanja, armatura će promijeniti smjer vrtnje. Stroj će početi raditi u motornom režimu s novim smjerom vrtnje, a njegova radna točka a 5 bit će na mehaničkoj karakteristici 3 u kvadrantu III.

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

n =

što odgovara obitelji ravnih linija 4 (za različite R d.t) koje prolaze kroz ishodište. Prilikom prebacivanja u ovaj način rada, radna točka a 1 ide na jednu od karakteristika 4, na primjer, u točku a 6, a zatim se kreće duž ravne linije 4 do nule. Armatura motora je zakočena do potpunog zaustavljanja. Promjenom otpora R d.t, možete podesiti struju armature i brzinu kočenja.

Struja koja teče u uzbudnom namotu glavnih polova stvara magnetski tok. Električne strojeve istosmjerne struje treba razlikovati po načinu uzbude i krugu za uključivanje uzbudnog namota.

Generatori istosmjerne struje mogu se izvoditi s nezavisnom, paralelnom, serijskom i mješovitom pobudom. Treba napomenuti da je korištenje istosmjernih generatora kao izvora energije danas vrlo ograničeno.

Uzbudni namot DC generator s neovisnom pobudom prima struju iz neovisnog izvora - mreže istosmjerne struje, posebnog uzbudnika, pretvarača itd. (slika 1, a). Ovi generatori se koriste u sustavima velike snage gdje se napon uzbude mora odabrati različit od napona generatora, u sustavima koji se napajaju generatorima i drugim izvorima.

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

Riža. 1. Krugovi istosmjernih generatora: a - s neovisnom uzbudom; b - s paralelnom pobudom; c - uz uzastopno uzbuđenje; d - s mješovitom pobudom P - potrošači

Imati G generator s paralelnom pobudom uzbudni namot spojen je na napon samog generatora (vidi sliku 1, b). Struja armature I I jednaka je zbroju struja opterećenja I p i struje uzbude I in: I I = I p + I in

Generatori se obično izrađuju za srednje snage.

Uzbudni namot serijski pobuđeni generator spojen serijski na krug armature i struji armaturnom strujom (slika 1, c). Proces samouzbude generatora je vrlo brz. Takvi generatori se praktički ne koriste. Na samom početku razvoja energetskog sektora, sustav prijenosa energije sa serijski spojenim generatorima i sekvencijalnim uzbudnim motorima.

Generator s mješovitom uzbudom ima dva uzbudna namota - paralelni ORP i serijski ORP obično s uključenjem suglasnika (slika 1, d). Paralelni namot se može spojiti prije serijskog namota ("kratki šant") ili nakon njega ("dugi šant"). MDS serijskog namota obično je malen i dizajniran je samo da kompenzira pad napona u armaturi pod opterećenjem. Takvi generatori sada se također praktički ne koriste.

Uzbudni krugovi za istosmjerne motore slični su onima za generatore. obično se izvode velike snage neovisno uzbuđen... Kod motora s paralelnim poljem, namot polja se napaja iz istog izvora energije kao i motor. Uzbudni namot spojen je izravno na napon izvora energije tako da se ne utječe na utjecaj pada napona u startnom otporu (slika 2).

Riža. 2. Dijagram istosmjernog motora s paralelnom uzbudom

Mrežna struja Ic se sastoji od struje armature I I i struje uzbude I in.

Krug motora sekvencijalne pobude je sličan dijagramu na sl. 1, c. Zbog serijskog namota, moment pod opterećenjem raste više nego kod motora s paralelnom uzbudom, dok se brzina vrtnje smanjuje. Ovo svojstvo motora uvjetuje njihovu široku primjenu u vučnim pogonima električnih lokomotiva: u magistralnim električnim lokomotivama, gradskom prometu itd. Pad napona u namotu polja pri nazivnoj struji iznosi nekoliko posto nazivnog napona.

Mješoviti uzbudni motori zbog prisutnosti serijskog namota, u određenoj mjeri imaju svojstva serijskih uzbudnih motora. Trenutno se praktički ne koriste. Motori s paralelnom uzbudom ponekad se izrađuju sa stabilizirajućim (serijskim) namotom, povezanim u skladu s paralelnim namotom polja, kako bi se osigurao tiši rad pri vršnim opterećenjima. MDS takvog stabilizirajućeg namota je mali - nekoliko posto glavnog MDS-a.

Pobuda istosmjernog motora karakteristična je za takve motore. Mehaničke karakteristike električnih strojeva istosmjerne struje ovise o vrsti uzbude. Uzbuda može biti paralelna, serijska, mješovita i neovisna. Vrsta uzbude znači u kojem su slijedu uključeni namoti armature i rotora.

Kod paralelne pobude, namoti armature i rotora su međusobno paralelno povezani na isti izvor struje. Budući da uzbudni namot ima više zavoja od namota armature, struja teče u njemu je beznačajna. U krugu, i namota rotora i namota armature, mogu se uključiti podešavanje otpora.

Slika 1 - Dijagram paralelne pobude istosmjernog stroja

Uzbudni namot se također može spojiti na poseban izvor struje. U ovom slučaju, uzbuđenje će se zvati neovisno. Učinak takvog motora bit će sličan onom motora s permanentnim magnetom. Brzina vrtnje motora s neovisnom uzbudom, kao kod motora s paralelnom uzbudom, ovisi o struji armature i glavnom magnetskom toku. Glavni magnetski tok generira namot rotora.

Slika 2 - Shema neovisne uzbude istosmjernog stroja

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

Također, uz malo opterećenje na osovini ili u praznom hodu, brzina vrtnje se može povećati toliko da može dovesti do mehaničkog uništenja motora.

Ako je uzbudni namot spojen serijski s armaturom, tada se takva uzbuda naziva sekvencijalna. U tom slučaju kroz armaturu i uzbudni namot teče ista struja. Dakle, magnetski tok se mijenja s promjenom opterećenja motora. Stoga će brzina motora ovisiti o opterećenju.

Slika 3 - Shema serijske pobude istosmjernog stroja

Motori s takvom pobudom ne smiju se pokretati u praznom hodu ili s malim opterećenjem na osovini. Koriste se ako je potreban veliki početni moment ili sposobnost izdržavanja kratkotrajnih preopterećenja.

Mješovita uzbuda koristi motore koji imaju dva namota na svakom polu. Mogu se uključiti tako da se magnetski tokovi i zbrajaju i oduzimaju.

Slika 4 - Mješoviti uzbudni krug istosmjernog stroja

Ovisno o tome kako su magnetski tokovi povezani, motor s takvom pobudom može raditi kao motor sa serijskim i motor s paralelnom pobudom. Sve ovisi o situaciji, ako je potreban veliki početni trenutak, takav stroj radi u načinu koherentnog uključivanja namota. Ako je potrebna stalna brzina vrtnje, s dinamički promjenjivim opterećenjem, koristi se suprotni namot.

Kod istosmjernih strojeva može se mijenjati smjer kretanja rotora. Da biste to učinili, potrebno je promijeniti smjer struje u jednom od namota. Sidro ili uzbuđenje. Promjenom polariteta, smjer vrtnje motora može se postići samo u motoru s neovisnom pobudom ili koji koristi trajni magnet. U drugim shemama prebacivanja morate prebaciti jedan od namota.

Startna struja u istosmjernom stroju je dovoljno velika, pa ga treba pokrenuti dodatnim reostatom kako bi se izbjeglo oštećenje namota.