Eccitazione del motore a corrente continua. Caratteristiche di un motore a corrente continua ad eccitazione mista

Come nel caso di un generatore, gli avvolgimenti dell'induttore e l'indotto del motore possono essere collegati sia in serie (Fig. 339) che in parallelo (Fig. 340). Nel primo caso, il motore è chiamato motore eccitato in serie (o motore in serie), nel secondo è chiamato motore eccitato in parallelo (o motore shunt). Vengono utilizzati anche motori ad eccitazione mista (motori composti), in cui alcuni degli avvolgimenti dell'induttore sono collegati all'indotto in serie e alcuni in parallelo. Ciascuno di questi tipi di motori ha le sue caratteristiche, che rendono il suo utilizzo appropriato in alcuni casi e poco pratico in altri.

1. Motori ad eccitazione parallela. Lo schema per il collegamento di motori di questo tipo alla rete è mostrato in fig. 361. Poiché qui i circuiti dell'indotto e dell'indotto non dipendono l'uno dall'altro, la corrente in essi contenuta può essere regolata indipendentemente con l'ausilio di reostati separati inclusi in questi circuiti. Il reostato incluso nel circuito dell'indotto è chiamato avviamento e il reostato incluso nel circuito dell'induttore è chiamato regolazione. Quando si avvia il motore con eccitazione parallela, il reostato di avviamento deve essere completamente inserito; man mano che il motore prende velocità, la resistenza del reostato si riduce gradualmente e al raggiungimento della velocità normale questo reostato viene completamente rimosso dal circuito. I motori con eccitazione in parallelo, soprattutto di grande potenza, non devono in nessun caso essere accesi senza reostato di avviamento. Allo stesso modo, a motore spento, occorre prima introdurre gradualmente il reostato e solo successivamente spegnere l'interruttore che collega il motore alla rete.

Riso. 361. Lo schema di inclusione del motore con eccitazione parallela. L'arco di ottone 1, lungo il quale si muove la leva del reostato di avviamento, è collegato tramite il morsetto 2 all'estremità del reostato di regolazione, e tramite il morsetto 3 al reostato di avviamento. Questo viene fatto in modo che quando il reostato di avviamento viene commutato sul contatto inattivo 4 e la corrente viene disattivata, il circuito di eccitazione non si interrompa.

Non è difficile comprendere le considerazioni che danno origine a queste regole per l'accensione e lo spegnimento dei motori. Abbiamo visto (vedi formula (172.1)) che la corrente di armatura

,

dove è la tensione di rete, a - e. d.s., indotto negli avvolgimenti dell'indotto. Al primo momento, quando il motore non ha ancora avuto il tempo di girare e guadagnare velocità sufficiente, ad es. ds è molto piccolo e la corrente attraverso l'armatura è approssimativamente uguale a

La resistenza dell'armatura è generalmente molto bassa. Viene calcolato in modo che la caduta di tensione di armatura non superi il 5-10% della tensione di rete per la quale il motore è progettato. Pertanto, in assenza di un reostato di avviamento, la corrente nei primi secondi potrebbe essere 10-20 volte superiore alla corrente normale per la quale il motore è progettato a pieno carico, e questo è per esso molto pericoloso. Con lo stesso reostato di avviamento introdotto con resistenza corrente di partenza attraverso l'ancora

. (173.1)

La resistenza del reostato di avviamento è selezionata in modo che la corrente di avviamento superi quella normale di non più di 1,5-2 volte.

Spieghiamo cosa è stato detto esempio numerico. Supponiamo di avere un motore da 1,2 kW, progettato per una tensione di 120 V e dotato di resistenza di armatura. Corrente di armatura a pieno carico

.

Se accendessimo questo motore nella rete senza un reostato di avviamento, nei primi secondi la corrente di avviamento attraverso l'indotto avrebbe il valore

,

10 volte la normale corrente di esercizio nell'indotto. Se vogliamo che la corrente di spunto superi quella normale di non più di 2 volte, cioè sia uguale a 20 A, allora dobbiamo selezionare la resistenza di spunto in modo che avvenga l'uguaglianza

,

dove Om.

È anche chiaro che è molto pericoloso che un motore shunt si arresti improvvisamente senza spegnerlo, ad esempio a causa di un forte aumento del carico, poiché in questo caso e. ds scende a zero e la corrente nell'indotto aumenta così tanto che l'eccesso di calore Joule rilasciato in essa può portare alla fusione dell'isolamento o addirittura dei fili degli avvolgimenti stessi (il motore si "brucia").

Il reostato di regolazione, incluso nel circuito dell'induttore, serve a modificare il regime del motore. Aumentando o diminuendo la resistenza del circuito dell'induttore con l'aiuto di questo reostato, cambiamo la corrente nel circuito dell'induttore e quindi il campo magnetico in cui ruota l'armatura. Abbiamo visto in precedenza che per un dato carico del motore, la corrente nel motore viene regolata automaticamente in modo che la coppia risultante bilancia la coppia frenante generata dal carico del motore. Ciò è dovuto al fatto che l'e. ds raggiunge il valore corrispondente. Ma l'indotto e. ds è determinato, da un lato, dall'induzione magnetica e, dall'altro, dalla frequenza di rotazione dell'indotto.

Maggiore è il flusso magnetico dell'induttore, minore deve essere il regime del motore per ottenere un certo valore di e. ecc., e, al contrario, più debole è il flusso magnetico, maggiore dovrebbe essere la frequenza di rotazione. Pertanto, per aumentare la velocità del motore in derivazione a un dato carico, è necessario indebolire il flusso magnetico nell'induttore, ovvero introdurre più resistenza nel circuito dell'induttore utilizzando un reostato di regolazione. Al contrario, per ridurre la velocità del motore shunt, è necessario aumentare il flusso magnetico nell'induttore, cioè ridurre la resistenza nel circuito dell'induttore, facendo emergere il reostato di regolazione.

Con l'ausilio di un reostato di regolazione è possibile impostare il normale regime del motore a tensione normale ea vuoto. Con l'aumento del carico, la corrente nell'armatura dovrebbe aumentare e l'e. ds - diminuire. Ciò è dovuto a una certa diminuzione della frequenza di rotazione dell'armatura. Tuttavia, la riduzione di velocità dovuta all'aumento del carico da zero alla normale potenza del motore è generalmente molto piccola e non supera il 5-10% del normale regime del motore. Ciò è dovuto principalmente al fatto che nei motori con eccitazione parallela, la corrente nell'induttore non cambia al variare della corrente nell'indotto. Se, con le variazioni di carico, volessimo mantenere la stessa velocità di rotazione, ciò potrebbe essere fatto modificando leggermente la corrente nel circuito dell'induttore con l'aiuto di un reostato di regolazione.

Quindi, da un punto di vista operativo, i motori corrente continua ad eccitazione parallela (motori shunt) sono caratterizzati dalle seguenti due proprietà: a) la loro frequenza di rotazione rimane pressoché costante al variare del carico; b) la frequenza della loro rotazione può essere variata su un ampio intervallo utilizzando un reostato di regolazione. Pertanto, tali motori sono abbastanza ampiamente utilizzati nell'industria in cui entrambe queste caratteristiche sono importanti, ad esempio per azionare torni e altre macchine utensili, la cui velocità non dovrebbe dipendere fortemente dal carico.

173.1. Sulla fig. 362 mostra uno schema di un motore shunt con un cosiddetto ballast combinato. Comprendere questo circuito e spiegare quale ruolo svolgono le singole parti di questo reostato.

Riso. 362. Esercitare 173.1

173.2. Devi avviare il motore shunt. Per questo vengono forniti due reostati: uno in filo spesso con bassa resistenza, l'altro in filo sottile con alta resistenza. Quale di questi reostati dovrebbe essere incluso come partenza e quale come regolazione? Come mai?

2. Motori ad eccitazione sequenziale. Lo schema per il collegamento di questi motori alla rete è mostrato in fig. 363. Qui la corrente di armatura è nello stesso tempo la corrente dell'induttore, e quindi il reostato di avviamento cambia sia la corrente nell'indotto che la corrente nell'induttore. A carichi inattivi o molto bassi, la corrente nell'indotto, come sappiamo, deve essere molto piccola, cioè la e indotta. ds dovrebbe essere quasi uguale alla tensione di rete. Ma con una corrente molto piccola attraverso l'armatura e l'induttore, anche il campo dell'induttore è debole. Pertanto, quando carico leggero necessario e. ds può essere ottenuto solo a scapito di un regime motore molto elevato. Di conseguenza, a correnti molto basse (carico leggero), la velocità di rotazione del motore eccitato in serie diventa così elevata da poter diventare pericolosa in termini di resistenza meccanica del motore.

Riso. 363. Schema di accensione del motore con eccitazione sequenziale

Dicono che il motore "sbanda". Ciò è inaccettabile e di conseguenza i motori con eccitazione in serie non devono funzionare a vuoto o con un carico leggero (inferiore al 20-25% della normale potenza del motore). Per lo stesso motivo, si sconsiglia di collegare questi motori a macchine utensili o altre macchine con trasmissione a cinghia o cavo, poiché una rottura o un rilascio accidentale della cinghia comporterà la "campata" del motore. Pertanto, nei motori con eccitazione in serie, all'aumentare del carico, aumentano la corrente di armatura e il campo magnetico dell'induttore; pertanto, il regime del motore diminuisce bruscamente e la coppia sviluppata da esso aumenta bruscamente.

Queste proprietà dei motori con eccitazione in serie li rendono più convenienti per l'uso nei trasporti (tram, filobus, treni elettrici) e nei dispositivi di sollevamento (gru), poiché in questi casi è necessario avere al momento della partenza molto carico pesante coppie elevate a basse velocità e a carichi inferiori (in funzionamento normale) coppie più piccole e frequenze più elevate.

La regolazione del regime del motore con eccitazione seriale viene solitamente effettuata da un reostato di regolazione collegato in parallelo agli avvolgimenti dell'induttore (Fig. 364). Minore è la resistenza di questo reostato, maggiore parte della corrente di armatura si dirama in esso e minore corrente passa attraverso gli avvolgimenti dell'induttore. Ma quando la corrente nell'induttore diminuisce, la velocità del motore aumenta e quando aumenta, diminuisce. Pertanto, contrariamente a quanto avveniva per il motore shunt, per aumentare la velocità di rotazione del motore seriale è necessario ridurre la resistenza del circuito induttore emettendo il reostato di regolazione. Per ridurre la velocità di rotazione di un motore di serie è necessario aumentare la resistenza del circuito induttore introducendo un reostato di regolazione.

Riso. 364

173.3. Spiega perché un motore seriale non può funzionare al minimo o con un carico ridotto, ma un motore shunt può farlo.

Tabella 8. Vantaggi, svantaggi e applicazioni dei motori vari tipi

In conclusione, confrontiamo sotto forma di tabella. 8 i principali vantaggi e svantaggi dei vari tipi di motori elettrici che abbiamo considerato in questo capitolo, e le loro aree di applicazione.

Consideriamo più in dettaglio le caratteristiche del motore ad eccitazione parallela, che ne determinano le proprietà operative.

La velocità e le caratteristiche meccaniche del motore sono determinate dalle uguaglianze (7) e (9), presentate nell'articolo "", con u= cost e io in = cost. In assenza di resistenza aggiuntiva nel circuito dell'indotto, vengono chiamate queste caratteristiche naturale.

Se i pennelli sono sul neutro geometrico, con un aumento io e il flusso Ф δ diminuirà leggermente a causa dell'azione della reazione dell'armatura trasversale. Di conseguenza, la velocità n, secondo l'espressione (7), presentata nell'articolo "Informazioni generali sui motori a corrente continua", tenderà ad aumentare. D'altra parte, la caduta di tensione R un × io e provoca una diminuzione della velocità. Pertanto, sono possibili tre tipi di caratteristiche di velocità, mostrate in Fig. uno: 1 - con predominanza di influenza R un × io un; 2 – con reciproca compensazione dell'influenza R un × io a e diminuire Ф δ ; 3 - con la predominanza dell'influenza di una diminuzione di Ф δ .

A causa del fatto che la variazione di Ф δ è relativamente piccola, le caratteristiche meccaniche n = F(m) di un motore ad eccitazione parallela, definito dall'equazione (9) presentata nell'articolo "Informazioni generali sui motori a corrente continua", con u= cost e io c = const coincidono in apparenza con le caratteristiche n = F(io a) (figura 1). Per lo stesso motivo, queste caratteristiche sono quasi semplici.

Visualizza le caratteristiche 3 (Figura 1) sono inaccettabili in condizioni di funzionamento stabile (vedi articolo ""). Pertanto, i motori ad eccitazione parallela sono prodotti con caratteristiche della forma leggermente in calo 1 (figura 1). Nelle moderne macchine altamente utilizzate, a causa della saturazione piuttosto forte dei denti dell'indotto, l'influenza della reazione trasversale dell'indotto può essere così grande che una caratteristica della forma 1 (Figura 1) è impossibile. Quindi, per ottenere tale caratteristica, sui poli viene posizionato un avvolgimento di eccitazione in serie debole di un'inclusione consonante, la cui forza magnetizzante è fino al 10% della forza magnetizzante dell'avvolgimento di eccitazione parallelo. In questo caso, la diminuzione di Ф δ sotto l'influenza della reazione dell'armatura trasversale è parzialmente o completamente compensata. Viene chiamato un tale avvolgimento di eccitazione in serie stabilizzante e un motore con un tale avvolgimento è ancora chiamato motore ad eccitazione parallela.

Cambio velocità di rotazione Δ n(figura 1) quando si passa dal minimo ( io un = io a0) al carico nominale ( io un = io a) per un motore ad eccitazione parallela, quando opera su una caratteristica naturale, è piccolo ed è pari al 2 - 8% di n n. Tali caratteristiche debolmente cadenti sono chiamate rigide. I motori ad eccitazione parallela rigida sono utilizzati in installazioni in cui la velocità di rotazione deve rimanere pressoché costante al variare del carico (macchine per il taglio dei metalli, ecc.).

Figura 2. Caratteristiche meccaniche e di velocità di un motore ad eccitazione parallela con diversi flussi di eccitazione

Controllo della velocità mediante riduzione del flusso

Il controllo della velocità indebolendo il flusso magnetico viene solitamente effettuato utilizzando un reostato nel circuito di eccitazione. R r.v (vedi figura 1, B nell'articolo "" e nella figura 1 nell'articolo "Avviamento di motori CC"). In assenza di ulteriore resistenza nel circuito dell'indotto ( R ra = 0) e u= caratteristiche cost n = F(io a) e n = F(m), definito dalle uguaglianze (7) e (9), presentato nell'articolo "Informazioni generali sui motori in corrente continua", per valori diversi R rv, io in o Ф δ hanno la forma mostrata in Figura 2. Tutte le caratteristiche n = F(io a) convergere sull'asse x ( n= 0) in un punto comune a una corrente molto grande io a, che, secondo l'espressione (5), presentata nell'articolo "Informazioni generali sui motori in corrente continua", è uguale a

io un = u / R un.

Tuttavia, le proprietà meccaniche n = F(m) intersecano l'asse x in punti diversi.

La caratteristica inferiore in figura 2 corrisponde alla portata nominale. I valori n in regime stazionario corrispondono ai punti di intersezione delle caratteristiche considerate con la curva m st = F(n) per una macchina funzionante collegata al motore (linea tratteggiata spessa in figura 2).

Punto di minimo motore ( m = m 0 , io un = io a0) si trova leggermente a destra dell'asse y nella Figura 2. Con un aumento della velocità di rotazione n a causa di maggiori perdite meccaniche m 0 e io anche a0 aumenta (linea tratteggiata sottile nella figura 2).

Se in questa modalità, con l'ausilio di una coppia applicata esternamente, iniziare ad aumentare la velocità di rotazione n, poi e a [vedi espressione (6) nell'articolo "Informazioni generali sui motori CC"] aumenterà, e io a e m diminuirà, secondo le uguaglianze (5) e (8), presentate nell'articolo "Informazioni generali sui motori a corrente continua". A io a = 0 e m= 0 perdite meccaniche e magnetiche del motore sono coperte dall'ingresso all'albero potenza meccanica, e con un ulteriore aumento di velocità io a e m cambierà segno e il motore passerà alla modalità di funzionamento del generatore (sezioni delle caratteristiche in Figura 2 a sinistra dell'asse y).

I motori di applicazione generale consentono, a seconda delle condizioni di commutazione, il controllo della velocità mediante indebolimento di campo entro 1: 2. I motori sono realizzati anche con controllo della velocità in questo modo fino a 1: 5 o anche 1: 8, ma in questo caso per limitare tensione massima tra le piastre del collettore, è necessario aumentare il traferro, regolare il flusso secondo singoli gruppi poli (vedi articolo "Regolazione della velocità di rotazione e stabilità di funzionamento dei motori in corrente continua") o applicare un avvolgimento di compensazione. Ciò aumenta il costo del motore.

Controllo della velocità mediante resistenza nel circuito dell'indotto, caratteristiche meccaniche artificiali e velocità

Se una resistenza aggiuntiva è inclusa in serie nel circuito dell'indotto R ra (Figura 3, un), quindi al posto delle espressioni (7) e (9), presentate nell'articolo "Informazioni generali sui motori CC", otteniamo

(1)

(2)

Resistenza R ra può essere regolabile e dovrebbe essere progettato per lungo lavoro. Il circuito di eccitazione deve essere collegato alla tensione di rete.

Figura 3. Schema per controllare la velocità di rotazione di un motore ad eccitazione parallela utilizzando la resistenza nel circuito dell'indotto ( un) e le corrispondenti caratteristiche meccaniche e di velocità ( B)

Specifiche n = F(m) e n = F(io e per significati diversi R pa = cost a u= cost e io in = const sono mostrati in Figura 3, B (R pa1< R pa2< R pa3). Caratteristica superiore ( R pa = 0) è naturale. Ciascuna delle caratteristiche incrocia l'asse x ( n= 0) nel punto per cui

La continuazione di queste caratteristiche sotto l'asse delle ascisse di figura 3 corrisponde alla frenatura del motore in controcorrente. In questo caso n < 0, э. д. с. e a ha il segno opposto e si somma alla tensione di rete u, per cui

e la coppia del motore m agisce contro il senso di rotazione e quindi frena.

Se inattivo ( io un = io a0) con l'aiuto della coppia applicata dall'esterno, iniziare ad aumentare la velocità di rotazione, quindi si raggiunge prima la modalità io a = 0 e poi io a cambierà direzione e la macchina entrerà in modalità generatore (sezioni delle caratteristiche in Figura 3, B a sinistra dell'asse y).

Come si può vedere dalla figura 3, B, quando è acceso R le caratteristiche di ra diventano meno rigide, e quando grandi valori R ra - in forte caduta o morbido.

Se la curva del momento di resistenza m st = F(n) ha la forma mostrata in Figura 3, B linea tratteggiata spessa, quindi i valori n in regime stazionario per ogni valore R ra sono determinati dai punti di intersezione delle curve corrispondenti. Più R ra, meno n e al di sotto del coefficiente azione utile(kpd).

Controllo della velocità variando la tensione di armatura

Il controllo della velocità variando la tensione di armatura può essere effettuato utilizzando l'unità motore-generatore (G-D), detta anche unità Leonard (Figura 4). In questo caso, il motore primo PD(corrente alternata, combustione interna, ecc.) fa ruotare un generatore di corrente continua a velocità costante G. Indotto del generatore direttamente collegato all'indotto del motore CC D, che funge da azionamento della macchina da lavoro RM. Avvolgimenti di eccitazione del generatore OVG e motore ATS alimentato da una fonte indipendente - una rete CC (Figura 4) o da eccitatori (piccoli generatori CC) sull'albero del motore primo PD. Controllo della corrente di eccitazione del generatore io v.g va eseguito praticamente da zero (in Figura 4 utilizzando un reostato collegato secondo un circuito potenziometrico). Se è necessario invertire il motore, è possibile modificare la polarità del generatore (in Figura 4, utilizzando l'interruttore P).

Figura 4. Schema dell'unità "generatore - motore" per il controllo della velocità di un motore ad eccitazione indipendente

Accensione del motore D e la regolazione della sua velocità si effettua come segue. Al massimo io ed. e io v.g = 0 avvia il motore principale PD. Quindi aumentare lentamente io v.g, e con una piccola tensione del generatore u motore D entrerà in rotazione. Regolando, inoltre, u fino a u = u n, puoi ottenere qualsiasi regime del motore fino a n = n n. Ulteriore aumento n possibile riducendo io o.d. Per invertire il motore, ridurre io c.g a zero, cambia OVG e aumentare ancora io c.d dal valore io cg = 0.

quando macchina funzionante crea un carico fortemente pulsante (ad esempio in alcuni laminatoi) ed è indesiderabile che i picchi di carico siano trasferiti completamente al motore primo o alla rete AC, il motore D può essere dotato di volano (unità G-D-M, o unità Leonard-Ilgner). In questo caso, in diminuzione n durante il picco di carico, parte di questo carico è coperto dall'energia cinetica del volano. L'efficienza del volano sarà maggiore con una risposta del motore più morbida. PD o D.

v Di recente sempre più il motore PD e generatore G sostituito da un raddrizzatore a semiconduttore con tensione regolabile. In questo caso si chiama anche l'aggregato in questione valvola (tiristore) unità.

Le unità considerate vengono utilizzate quando è necessario controllare la velocità di rotazione del motore con alta efficienza su un ampio intervallo - fino a 1: 100 o più (grandi macchine per il taglio dei metalli, laminatoi e così via).

Si noti che il cambiamento u regolare n secondo lo schema di figura 1, B mostrato nell'articolo "Informazioni generali sui generatori CC" e nella Figura 3, un, non dà i risultati desiderati, poiché contemporaneamente a una variazione della tensione del circuito dell'indotto, cambia proporzionalmente u anche corrente di eccitazione. Dal regolamento u può essere derivato solo dal valore u = u n giù, quindi presto il circuito magnetico sarà saturo, a causa del quale u e io cambieranno proporzionalmente tra loro. Secondo l'equazione (7) presentata nell'articolo "Informazioni generali sui motori CC"), n pur non cambiando in modo significativo.

Recentemente, il cosiddetto controllo dell'impulso Motori a corrente continua. In questo caso, il circuito dell'indotto del motore è alimentato da una sorgente di corrente continua con tensione costante tramite tiristori, che periodicamente, con una frequenza di 1 - 3 kHz, si accendono e si spengono. Per appianare la curva della corrente di armatura, i condensatori sono collegati ai suoi morsetti. La tensione ai terminali dell'indotto in questo caso è praticamente costante e proporzionale al rapporto tra il tempo di accensione del tiristore e il tempo dell'intero ciclo. In questo modo, metodo dell'impulso permette di regolare la velocità di rotazione del motore quando è alimentato da una sorgente a tensione costante su un ampio intervallo senza reostato nel circuito dell'indotto e praticamente senza perdite aggiuntive. Allo stesso modo, senza reostato di avviamento e senza perdite aggiuntive, è possibile avviare il motore.

Il metodo di controllo degli impulsi è economicamente molto vantaggioso per controllare i motori che funzionano in modalità a velocità variabile con avviamenti frequenti, ad esempio nei veicoli elettrificati.

Figura 5. Prestazioni del motore ad eccitazione parallela P n = 10 kW, u n = 200 V, n n = 950 giri/min

Caratteristiche operative

Le curve di prestazione sono curve di consumo energetico P 1 , consumo di corrente io, velocità n, momento m, e l'efficienza η dalla potenza utile P 2 a u= posizioni cost e costanti dei reostati di regolazione. Le prestazioni di un motore ad eccitazione parallela a bassa potenza in assenza di resistenza aggiuntiva nel circuito dell'indotto sono mostrate nella Figura 5.

Contemporaneamente all'aumento della potenza dell'albero P 2 sta crescendo e il momento sull'albero m. Dal momento che con un aumento P 2 e m velocità n diminuisce leggermente, m ∼ P 2 / n cresce un po' più velocemente P 2. Aumento P 2 e m, ovviamente, è accompagnato da un aumento della corrente del motore io. proporzionalmente io aumenta anche la potenza consumata dalla rete P uno . Al minimo ( P 2 = 0) efficienza η = 0, quindi all'aumentare P 2, all'inizio, η cresce rapidamente, ma a carichi elevati, a causa di un forte aumento delle perdite nel circuito dell'indotto, η ricomincia a diminuire.

Schema del motore.

Lo schema del motore ad eccitazione parallela è mostrato in fig. 1.25. L'avvolgimento dell'indotto e l'avvolgimento di eccitazione sono collegati in parallelo. In questo circuito: I è la corrente assorbita dal motore dalla rete, I I è la corrente di armatura, I in è la corrente di eccitazione. Dalla prima legge di Kirchhoff segue che I \u003d I I + I c.

Caratteristica meccanica naturale. La caratteristica meccanica naturale è descritta dalla formula (1.6).

Al minimo, M \u003d 0 e n x \u003d U / C E F.

Se Ф = const, l'equazione della caratteristica meccanica assume la forma:

n = nX– BM, (1.8)

dove b = R i / C E F.

Dalla (1.8) segue che la caratteristica meccanica (Fig. 1.26, retta 1) è una retta con angolo di inclinazione a e pendenza b. Poiché R I è piccolo per i motori a corrente continua, con un aumento del carico sull'albero, la velocità di rotazione n cambia leggermente - le caratteristiche di questo tipo sono dette "dure".

La corrente assorbita dal motore dalla rete aumenta praticamente in proporzione alla coppia di carico. In effetti, M » M em \u003d C m I I F, e poiché il motore di eccitazione parallela F \u003d const, allora I I ~ M.

Controllo della velocità.

Il controllo della velocità è possibile dalla (1.6) in tre modi: variando il flusso magnetico dei poli principali Ф, variando la resistenza del circuito dell'indotto RI e variando la tensione U fornita al circuito dell'indotto (cambiando n per la modifica della coppia di carico M non rientra nel concetto di regolazione).

La regolazione di n variando il flusso magnetico F si effettua tramite il reostato di regolazione R p. Con un aumento della resistenza del reostato, la corrente di eccitazione I e il flusso magnetico dei poli principali Ф diminuiscono. Ciò comporta, in primo luogo, un aumento del regime del minimo n x e, in secondo luogo, un aumento del coefficiente b, cioè per aumentare l'angolo di inclinazione della caratteristica meccanica. b rimane comunque piccolo e viene mantenuta la rigidità delle caratteristiche meccaniche. Sulla fig. 1.28, oltre alla caratteristica naturale 1, corrispondente al flusso magnetico massimo F, viene mostrata una famiglia di caratteristiche meccaniche 2-4, prese con flusso magnetico ridotto. Dalle caratteristiche consegue che variando il flusso magnetico è possibile solo aumentare la velocità di rotazione rispetto alla caratteristica naturale. In pratica, la velocità di rotazione con questo metodo può essere aumentata di non più di 2 volte, poiché un aumento della velocità porta a un deterioramento della commutazione e persino danno meccanico automobili.

Un altro modo per controllare la velocità è legato all'inserimento in serie con l'indotto del reostato di regolazione R n.r (il reostato di avviamento Rp non è adatto a questo scopo, poiché è progettato per un funzionamento a breve termine). La formula (1.6) assume quindi la forma:

n= ,

da cui ne consegue che la velocità al minimo per ogni resistenza R i.r è la stessa, e il coefficiente b e, di conseguenza, la pendenza delle caratteristiche meccaniche 5-7 aumenta (Fig. 1.26). La regolazione della velocità in questo modo porta ad una diminuzione della velocità rispetto alla caratteristica naturale. Inoltre, è antieconomico, poiché è associato a una grande perdita di potenza (R i.r I) nel reostato di controllo, attraverso il quale scorre l'intera corrente di armatura.

Il terzo modo per controllare la velocità è una variazione reostatica della tensione fornita all'indotto. È possibile solo quando l'indotto del motore è alimentato da una sorgente separata, la cui tensione può essere regolata. Come fonte regolata vengono utilizzati generatori separati appositamente progettati per questo motore o valvole controllate (tiratroni, raddrizzatori a mercurio, tiristori). Nel primo caso si forma un sistema di macchine, chiamato Sistema G-D(generatore - motore), (Fig. 1.27). Viene utilizzato per un controllo fluido su un'ampia gamma di velocità di potenti motori CC e nei sistemi controllo automatico. Il sistema di controllo con valvole controllate HC (Fig. 1.28) viene utilizzato per controllare la velocità dei motori di potenza inferiore. Il suo vantaggio è la grande economia.

La regolazione della velocità di rotazione variando U è praticamente possibile solo in direzione decrescente, poiché un aumento della tensione al di sopra del valore nominale è inaccettabile a causa di un forte deterioramento della commutazione. Dalla (1.9) segue che al diminuire della tensione, il regime del minimo n x diminuisce, e la pendenza delle caratteristiche meccaniche 8-10 non cambia (vedi Fig. 1.26), rimangono rigide anche quando basso voltaggio. L'intervallo di controllo (n max / n min) in questo modo è 6:1-8:1. Può essere notevolmente ampliato utilizzando circuiti di feedback speciali.

Caratteristica di regolazione.

La caratteristica di regolazione n=f(I c) del motore ad eccitazione parallela è mostrata in fig. 1.29.

Il suo carattere è determinato dalla dipendenza (1.5), da cui segue che la frequenza di rotazione è inversamente proporzionale al flusso magnetico e, di conseguenza, alla corrente di eccitazione Ic. Quando la corrente di eccitazione I in \u003d 0, che può essere quando il circuito di eccitazione è interrotto, il flusso magnetico è uguale al F ost residuo e la velocità di rotazione diventa così alta che il motore può essere distrutto meccanicamente: viene chiamato un fenomeno simile spaziatura del motore.

Fisicamente, il fenomeno di separazione è spiegato dal fatto che la coppia (1.2) con una diminuzione del flusso magnetico, sembrerebbe, dovrebbe diminuire, tuttavia, la corrente di armatura I i \u003d (U - E) / R i aumenta di più significativamente, poiché E (1.1) diminuisce e la differenza U – E aumenta in misura maggiore (solitamente E » 0.9 U).

modalità di frenata.

Le modalità di frenatura del motore si verificano quando la coppia elettromagnetica sviluppata dal motore agisce contro il senso di rotazione dell'indotto. Possono verificarsi durante il funzionamento del motore al variare delle condizioni operative, oppure possono essere creati artificialmente per ridurre rapidamente la velocità, arrestare o invertire il motore.

Sono possibili tre modalità di frenatura per il motore shunt: frenatura rigenerativa con ritorno di energia alla rete, frenatura a corrente inversa e frenatura dinamica.

Generatorefrenata si verifica quando la velocità dell'armatura n diventa maggiore della velocità ideale (cioè a M pr \u003d 0) al minimo n x (n> n x). Il passaggio a questa modalità dalla modalità motore è possibile, ad esempio, quando si abbassa il carico, quando il momento creato dal carico viene applicato all'indotto nella stessa direzione del momento elettromagnetico del motore, ad es. quando la coppia del carico agisce in accordo con la coppia elettromagnetica del motore e prende una velocità maggiore di n x . Se n>nx , allora E>U c (dove U c è la tensione di rete) e la corrente del motore cambia segno (1.4) - la coppia elettromagnetica dalla coppia diventa frenante e la macchina passa dalla modalità motore alla modalità generatore e trasferisce energia alla rete (recupero energetico). Il passaggio della macchina dalla modalità motore alla modalità generatore è illustrato dalla caratteristica meccanica (Fig. 1.30). Lasciare in modalità motore un punto di lavoro 1; corrisponde al momento M. Se la velocità di rotazione aumenta, il punto di lavoro secondo la caratteristica 1 dal quadrante I passa nel quadrante II, ad esempio, al punto di lavoro a 2, che corrisponde alla velocità di rotazione n΄ e alla frenatura coppia - М΄.

Frenareopposizione si verifica in un motore in funzione quando la direzione dell'indotto o della corrente di campo viene invertita. In questo caso il momento elettromagnetico cambia segno e diventa frenante.

Funzionamento del motore con direzione opposta la rotazione corrisponde a caratteristiche meccaniche situate nei quadranti II e III (ad esempio, caratteristica naturale 2 in Fig. 1.30).

Un passaggio improvviso a questa caratteristica è praticamente inaccettabile, poiché è accompagnato da un'eccessiva sovratensione di corrente e coppia frenante. Per questo motivo, contemporaneamente alla commutazione di uno degli avvolgimenti, nel circuito dell'indotto è inclusa una resistenza aggiuntiva R ext, che limita la corrente dell'indotto.

La caratteristica meccanica del modo con R ext ha un'ampia pendenza (retta 3). Quando si passa alla modalità di opposizione, la velocità di rotazione n non può cambiare al primo momento (a causa dell'inerzia dell'indotto) e il punto di lavoro dalla posizione a 1 andrà alla posizione a 3 di nuova caratteristica. A causa della comparsa del toro M, la velocità di rotazione n diminuirà rapidamente fino a quando il punto di funzionamento a 3 si sposta nella posizione a 4 corrispondente all'arresto del motore. Se in questo momento il motore non è scollegato dalla fonte di alimentazione, l'indotto cambierà il senso di rotazione. La macchina partirà in modalità motore con il nuovo senso di rotazione e il suo punto di lavoro a 5 sarà sulla curva meccanica 3 nel quadrante III.

dinamicofrenata si verifica quando l'indotto del motore viene scollegato dalla rete e si chiude alla resistenza di frenatura dinamica R d.t. L'equazione caratteristica (1.6) assume la forma:

n=

che corrisponde ad una famiglia di versi 4 (per differenti R d.t.) passanti per l'origine. Quando si passa a questa modalità, il punto di lavoro a 1 passa ad una delle caratteristiche 4, ad esempio al punto a 6 , quindi si sposta lungo la retta 4 fino a zero. L'indotto del motore viene frenato fino all'arresto completo. Modificando la resistenza R d.t, è possibile regolare la corrente di armatura e la velocità di frenata.

La corrente che scorre nell'avvolgimento di campo dei poli principali crea un flusso magnetico. Le macchine elettriche CC dovrebbero essere distinte dal metodo di eccitazione e dallo schema per l'accensione dell'avvolgimento di eccitazione.

I generatori DC possono essere eseguiti con eccitazione indipendente, parallela, in serie e mista. Va notato che ora l'uso dei generatori CC come fonti di alimentazione è molto limitato.

Avvolgimento di eccitazione Generatore DC con eccitazione indipendente riceve energia da una fonte indipendente: una rete CC, un'eccitatrice speciale, un convertitore, ecc. (Fig. 1, a). Questi generatori sono utilizzati in sistemi potenti quando la tensione di eccitazione deve essere scelta diversa dalla tensione del generatore, negli impianti che sono alimentati da generatori e altre sorgenti.

Il valore della corrente di eccitazione di potenti generatori è 1,0-1,5% della corrente del generatore e fino a decine di percento per macchine con una potenza dell'ordine di decine di watt.

Riso. 1. Schemi di generatori in corrente continua: a - con eccitazione indipendente; b - con eccitazione parallela; c - con eccitazione sequenziale; g - con eccitazione mista P - consumatori

A G generatore con eccitazione in parallelo l'avvolgimento di eccitazione viene attivato dalla tensione del generatore stesso (vedi Fig. 1, b). La corrente di armatura I i è uguale alla somma delle correnti di carico I p e della corrente di eccitazione I in: I i \u003d I p + I in

I generatori sono generalmente realizzati per potenza media.

Avvolgimento di eccitazione generatore con eccitazione in serieè collegato in serie al circuito dell'indotto ed è fatto circolare dalla corrente dell'indotto (Fig. 1, c). Il processo di autoeccitazione del generatore procede molto rapidamente. Tali generatori non sono praticamente utilizzati. All'inizio dello sviluppo dell'energia, è stato utilizzato sistema di trasmissione di potenza con generatori e motori collegati in serie eccitazione sequenziale.

Il generatore di eccitazione mista ha due avvolgimenti di eccitazione: ORP parallelo e serie OBC di solito con inclusione di consonanti (Fig. 1, d). L'avvolgimento parallelo può essere collegato prima dell'avvolgimento seriale ("shunt corto") o dopo di esso ("shunt lungo"). L'MMF di un avvolgimento in serie è solitamente piccolo ed è progettato solo per compensare la caduta di tensione nell'indotto sotto carico. Anche tali generatori ora non sono praticamente utilizzati.

I circuiti di eccitazione per i motori a corrente continua sono simili ai circuiti per i generatori. ad alta potenza eseguita normalmente con stimolazione indipendente. Per i motori shunt, l'avvolgimento di campo è alimentato dalla stessa fonte di alimentazione del motore. L'avvolgimento di eccitazione è collegato direttamente alla tensione della fonte di alimentazione in modo che l'influenza della caduta di tensione nella resistenza di avviamento non influisca (Fig. 2).

Riso. 2. Schema del motore a corrente continua con eccitazione parallela

Corrente di rete Ic è costituito dalla corrente di armatura I I e dalla corrente di eccitazione I c.

Schema del motore ad eccitazione sequenziale simile allo schema di Fig. 1, c. A causa dell'avvolgimento in serie, la coppia sotto carico aumenta maggiormente rispetto ai motori ad eccitazione parallela, mentre la velocità di rotazione diminuisce. Questa proprietà dei motori determina la loro ampia applicazione negli azionamenti di trazione di locomotive elettriche: nelle locomotive elettriche di linea principale, nel trasporto urbano, ecc. La caduta di tensione nell'avvolgimento di eccitazione a corrente nominaleè una piccola percentuale della tensione nominale.

Motori ad eccitazione mista a causa della presenza di un avvolgimento in serie, in una certa misura hanno le proprietà dei motori di eccitazione in serie. Attualmente, non sono praticamente utilizzati. Motori ad eccitazione parallela a volte sono realizzati con un avvolgimento stabilizzante (in serie), collegato secondo l'avvolgimento di eccitazione in parallelo, per garantire un funzionamento più silenzioso durante i picchi di carico. L'MMF di un tale avvolgimento stabilizzante è piccolo: una piccola percentuale dell'MMF principale.

L'eccitazione del motore a corrente continua è caratteristica distintiva tali motori. Le caratteristiche meccaniche dipendono dal tipo di eccitazione macchine elettriche corrente continua. L'eccitazione può essere una serie parallela mista e indipendente. Il tipo di eccitazione indica in quale sequenza vengono attivati ​​gli avvolgimenti dell'indotto e del rotore.

Con l'eccitazione parallela, gli avvolgimenti dell'indotto e del rotore sono collegati in parallelo tra loro alla stessa fonte di corrente. Poiché l'avvolgimento di eccitazione ha più giri dell'avvolgimento dell'ancora, la corrente che scorre in esso è trascurabile. Nel circuito, sia l'avvolgimento del rotore che l'avvolgimento dell'indotto, possono essere incluse resistenze di regolazione.

Figura 1 - Circuito di eccitazione in parallelo di una macchina in corrente continua

L'avvolgimento di eccitazione può anche essere collegato a una sorgente di corrente separata. In questo caso, l'eccitazione sarà chiamata indipendente. Un tale motore avrà caratteristiche simili a un motore che utilizza un magnete permanente. La velocità di rotazione di un motore ad eccitazione indipendente, come quella di un motore ad eccitazione parallela, dipende dalla corrente di armatura e dal flusso magnetico principale. Il flusso magnetico principale è creato dall'avvolgimento del rotore.

Figura 2 - circuito di eccitazione indipendente di una macchina in corrente continua

La velocità di rotazione può essere regolata utilizzando un reostato incluso nel circuito dell'indotto, modificando così la corrente in esso. Puoi anche regolare la corrente di eccitazione, ma qui devi stare attento. Da quando è eccessivamente ridotto o totale assenza a seguito di un'interruzione del cavo di alimentazione, la corrente nell'indotto può aumentare fino a valori pericolosi.

Inoltre, con un piccolo carico sull'albero o al minimo, la velocità di rotazione può aumentare così tanto da portare alla distruzione meccanica del motore.

Se l'avvolgimento di eccitazione è collegato in serie con l'ancora, tale eccitazione è chiamata seriale. In questo caso, la stessa corrente scorre attraverso l'indotto e l'avvolgimento di eccitazione. Pertanto, il flusso magnetico cambia con il carico del motore. Pertanto, la velocità del motore dipenderà dal carico.

Figura 3 - Circuito di eccitazione in serie di una macchina in corrente continua

I motori con tale eccitazione non devono essere avviati al minimo o con un piccolo carico sull'albero. Sono utilizzati nel caso in cui sia richiesta una coppia di spunto elevata o la capacità di resistere a sovraccarichi a breve termine.

L'eccitazione mista utilizza motori che hanno due avvolgimenti su ciascun polo. Possono essere attivati ​​in modo che i flussi magnetici si sommano e si sottraggano.

Figura 4 - Circuito di eccitazione mista di una macchina in corrente continua

A seconda di come sono correlati i flussi magnetici, un motore con tale eccitazione può funzionare come un motore con eccitazione seriale o parallela. Tutto dipende dalla situazione, se è necessaria una grande coppia di spunto, una macchina del genere funziona nella modalità di accensione consonante degli avvolgimenti. Se necessario velocità costante rotazione, con un carico che cambia dinamicamente, vengono utilizzati gli avvolgimenti opposti.

Nelle macchine DC, puoi cambiare la direzione del rotore. Per fare ciò, è necessario cambiare la direzione della corrente in uno degli avvolgimenti. Ancoraggio o eccitazione. Modificando la polarità, il senso di rotazione del motore può essere ottenuto solo in un motore con eccitazione indipendente o in cui viene utilizzato un magnete permanente. In altri schemi di commutazione, uno degli avvolgimenti deve essere commutato.

La corrente di avviamento in una macchina DC è abbastanza grande, quindi dovrebbe essere avviata con un reostato aggiuntivo per evitare di danneggiare gli avvolgimenti.