Excitarea motorului de curent continuu. Caracteristicile motorului DC cu excitație mixtă

Ca și în cazul unui generator, înfășurările inductorului și armătura motorului pot fi conectate fie în serie (Fig. 339), fie în paralel (Fig. 340). În primul caz, motorul se numește motor excitat în serie (sau motor în serie), în al doilea, motor excitat în paralel (sau motor shunt). Se folosesc și motoare cu excitație mixtă (motoare compuse), în care o parte din înfășurările inductoare sunt conectate în serie cu armătura și o parte în paralel. Fiecare dintre aceste tipuri de motoare are propriile sale caracteristici care fac ca utilizarea sa să fie recomandabilă în unele cazuri și nepractică în altele.

1. Motoare cu excitație paralelă. Circuitul pentru conectarea motoarelor de acest tip la rețea este prezentat în Fig. 361. Deoarece aici circuitele de armătură și inductor sunt independente unele de altele, curentul din ele poate fi controlat independent folosind reostate separate incluse în aceste circuite. Reostatul inclus în circuitul armăturii se numește reostat de pornire, iar reostatul inclus în circuitul inductor se numește reostat de control. La pornirea motorului cu excitație paralelă, reostatul de pornire trebuie să fie complet pornit; pe măsură ce motorul crește viteza, rezistența reostatului se reduce treptat și când se atinge turația normală, acest reostat este complet scos din circuit. Motoarele cu excitație paralelă, în special de putere semnificativă, nu trebuie în niciun caz pornite fără reostat de pornire. La fel, atunci când opriți motorul, trebuie mai întâi să introduceți treptat reostatul și abia apoi să opriți întrerupătorul care conectează motorul la rețea.

Orez. 361. Schema de pornire a motorului cu excitaţie paralelă. Arcul de alamă 1, de-a lungul căruia se mișcă pârghia reostatului de pornire, este conectat prin clema 2 la capătul reostatului de reglare și prin clema 3 la reostatul de pornire. Acest lucru se face astfel încât, atunci când reostatul de pornire este comutat pe contactul inactiv 4 și curentul este oprit, circuitul de excitație să nu se întrerupă.

Nu este greu de înțeles considerentele care dau naștere acestor reguli pentru pornirea și oprirea motoarelor. Am văzut (vezi formula (172.1)) că curentul din armătură

,

unde este tensiunea rețelei și - e. d. s., induse în înfăşurările armăturii. În primul moment, când motorul nu a avut încă timp să se rotească și să câștige suficientă viteză, de ex. etc cu. este foarte mic iar curentul prin armătură este aproximativ egal cu

Rezistența armăturii este de obicei foarte scăzută. Se calculează astfel încât căderea de tensiune pe armătură să nu depășească 5-10% din tensiunea de rețea pentru care este proiectat motorul. Prin urmare, în absența unui reostat de pornire, curentul din primele secunde ar putea fi de 10-20 de ori mai mare decât curentul normal pentru care motorul este proiectat la sarcină maximă, iar acest lucru este foarte periculos pentru acesta. Cu reostatul de pornire introdus cu rezistență, curentul de pornire prin armătură

. (173.1)

Rezistența reostatului de pornire este selectată astfel încât curentul de pornire să îl depășească pe cel normal de cel mult 1,5-2 ori.

Să explicăm ceea ce s-a spus cu un exemplu numeric. Să presupunem că avem un motor de 1,2 kW, nominal pentru 120 V și având o rezistență de armătură. Curentul de armătură la sarcină maximă

.

Dacă am conecta acest motor la rețea fără reostat de pornire, atunci în primele secunde curentul de pornire prin armătură ar avea o valoare

,

de 10 ori curentul normal de funcționare din armătură. Dacă dorim ca curentul de pornire să-l depășească pe cel normal de cel mult 2 ori, adică a fost egal cu 20 A, atunci trebuie să alegem rezistența de pornire astfel încât egalitatea să aibă loc

,

de unde vine ohmul.

De asemenea, este clar că pentru un motor șunt este foarte periculos să-l opriți brusc fără a-l opri, de exemplu, din cauza creșterii brusce a sarcinii, deoarece în acest caz e. etc cu. scade la zero și curentul din armătură crește atât de mult încât excesul de căldură Joule eliberat în ea poate duce la topirea izolației sau chiar a firelor de înfășurare în sine (motorul „arde”).

Un reostat de reglare inclus în circuitul inductor servește la modificarea turației motorului. Prin creșterea sau scăderea rezistenței circuitului inductor folosind acest reostat, schimbăm curentul din circuitul inductor și, prin urmare, câmpul magnetic în care se rotește armătura. Am văzut mai sus că pentru o sarcină dată a motorului, curentul din acesta este setat automat astfel încât cuplul rezultat echilibrează cuplul de frânare creat de sarcina motorului. Acest lucru se datorează faptului că e. etc cu. atinge valoarea corespunzătoare. Dar indus e. etc cu. este determinată, pe de o parte, de inducția magnetică, iar pe de altă parte, de frecvența de rotație a armăturii.

Cu cât fluxul magnetic al inductorului este mai mare, cu atât turația motorului trebuie să fie mai mică pentru a obține o anumită valoare a lui e. etc. și, invers, cu cât fluxul magnetic este mai slab, cu atât frecvența de rotație ar trebui să fie mai mare. Prin urmare, pentru a crește viteza de rotație a motorului de șunt la o sarcină dată, este necesar să se slăbească fluxul magnetic în inductor, adică să se introducă mai multă rezistență în circuitul inductor folosind un reostat de reglare. Dimpotrivă, pentru a reduce viteza de rotație a motorului șunt, este necesară creșterea fluxului magnetic în inductor, adică reducerea rezistenței în circuitul inductor, scoțând la iveală un reostat de reglare.

Cu ajutorul unui reostat de reglare, este posibil să setați turația normală a motorului la tensiune normală și fără sarcină. Odată cu creșterea sarcinii, curentul din armătură ar trebui să crească, iar e. etc cu. - scădea. Acest lucru se datorează unei scăderi ușoare a frecvenței de rotație a armăturii. Cu toate acestea, scăderea vitezei din cauza creșterii sarcinii de la zero la puterea normală a motorului este de obicei foarte mică și nu depășește 5-10% din turația normală a motorului. Acest lucru se datorează în principal faptului că, la motoarele cu excitație paralelă, curentul din inductor nu se modifică atunci când se schimbă curentul din armătură. Dacă, cu modificări ale sarcinii, am vrut să menținem aceeași viteză, atunci acest lucru s-ar putea realiza prin modificarea ușoară a curentului din circuitul inductor cu ajutorul unui reostat de reglare.

Astfel, din punct de vedere operațional, motoarele de curent continuu cu excitație paralelă (motoare șunt) se caracterizează prin următoarele două proprietăți: a) viteza lor de rotație rămâne aproape constantă la modificarea sarcinii; b) frecvența de rotație a acestora poate fi modificată într-o gamă largă cu ajutorul unui reostat de reglare. Prin urmare, astfel de motoare sunt utilizate pe scară largă în industrie, unde ambele caracteristici sunt importante, de exemplu, pentru acționarea strungurilor și a altor mașini, a căror viteză nu ar trebui să fie puternic dependentă de sarcină.

173.1. În fig. 362 prezintă o diagramă a unui motor șunt cu un așa-numit reostat combinat de pornire și reglare. Înțelegeți acest circuit și explicați ce rol joacă părțile individuale ale acestui reostat.

Orez. 362. A exercita 173.1

173.2. Motorul de șunt trebuie pus în mișcare. Pentru aceasta se dau doua reostate: unul dintr-un fir gros cu rezistenta mica, celalalt dintr-un fir subtire cu rezistenta mare. Care dintre aceste reostate ar trebui să fie incluse ca declanșator și care ca ajustare? De ce?

2. Motoare cu excitație în serie. Circuitul pentru conectarea acestor motoare la rețea este prezentat în Fig. 363. Aici curentul de armătură este în același timp curentul inductorului și, prin urmare, reostatul de pornire modifică atât curentul din armătură, cât și curentul din inductor. La sarcină în gol sau la sarcini foarte mici, curentul din armătură, după cum știm, trebuie să fie foarte mic, adică fem-ul indus. etc cu. ar trebui să fie aproape egală cu tensiunea rețelei. Dar cu un curent foarte mic prin armătură și inductor, câmpul inductorului este, de asemenea, slab. Prin urmare, la o sarcină mică, e. etc cu. poate fi obținut doar printr-o turație foarte mare a motorului. În consecință, la curenți foarte mici (sarcină ușoară), viteza motorului excitat în serie devine atât de mare încât poate deveni periculoasă din punct de vedere al rezistenței mecanice a motorului.

Orez. 363. Schema de pornire a motorului cu excitaţie secvenţială

Se spune că motorul este „de curse”. Acest lucru este inacceptabil și, prin urmare, motoarele excitate în serie nu trebuie pornite fără sarcină sau la sarcină ușoară (mai puțin de 20-25% din puterea normală a motorului). Din același motiv, nu este recomandată conectarea acestor motoare la mașini-unelte sau la alte mașini cu transmisii prin curea sau prin cablu, deoarece ruperea sau eliberarea accidentală a curelei va duce la „fugarea” motorului. Astfel, la motoarele cu excitație în serie, când sarcina crește, crește curentul din armătură și câmpul magnetic al inductorului; prin urmare, turația motorului scade brusc, iar cuplul pe care îl dezvoltă crește brusc.

Aceste proprietăți ale motoarelor cu excitație secvențială le fac cele mai convenabile pentru utilizarea în transport (tramvaie, troleibuze, trenuri electrice) și în dispozitive de ridicare (macarale), deoarece în aceste cazuri este necesar să existe cupluri mari în momentul pornirii la foarte sarcină mare la viteze mici, iar la sarcini mai mici (la cursă normală) cupluri mai mici și frecvențe mai mari.

Reglarea vitezei motorului cu excitație în serie se realizează de obicei printr-un reostat de reglare conectat în paralel cu înfășurările inductorului (Fig. 364). Cu cât rezistența acestui reostat este mai mică, cu atât cea mai mare parte a curentului armăturii este ramificată în el și cu atât curge mai puțin curent prin înfășurările inductorului. Dar cu o scădere a curentului în inductor, viteza motorului crește, iar odată cu creșterea acesteia, scade. Prin urmare, spre deosebire de ceea ce a fost cazul motorului shunt, pentru a crește viteza de rotație a motorului în serie, este necesar să se reducă rezistența circuitului inductor prin scoaterea în evidență a reostatului de reglare. Pentru a reduce viteza de rotație a unui motor în serie, este necesară creșterea rezistenței circuitului inductor prin introducerea unui reostat de reglare.

Orez. 364. Schemă de pornire a unui reostat pentru reglarea vitezei unui motor în serie

173.3. Explicați de ce un motor în serie nu poate fi pornit fără sarcină sau cu o sarcină scăzută, dar un motor de șunt poate.

Tabel 8. Avantaje, dezavantaje și domenii de aplicare ale motoarelor de diferite tipuri

În concluzie, vom compara sub forma unui tabel. 8 avantaje și dezavantaje principale ale diferitelor tipuri de motoare electrice discutate de noi în acest capitol și domeniile lor de aplicare.

Să luăm în considerare mai detaliat caracteristicile unui motor cu excitație paralelă, care determină proprietățile sale de funcționare.

Viteza și caracteristicile mecanice ale motorului sunt determinate de egalitățile (7) și (9) prezentate în articolul „”, la U= const and iв = const. În absența rezistenței suplimentare în circuitul armăturii, aceste caracteristici sunt numite natural.

Dacă periile sunt în neutru geometric, la creștere eu iar fluxul Ф δ va scădea uşor datorită acţiunii reacţiei transversale a armăturii. Drept urmare, viteza n, conform expresiei (7), prezentată în articolul „Informații generale despre motoarele de curent continuu”, va tinde să crească. Pe de altă parte, căderea de tensiune R a × eu dar determină o scădere a vitezei. Astfel, sunt posibile trei tipuri de caracteristici de viteză, prezentate în Fig. unu: 1 - cu predominanţa influenţei R a × eu A; 2 - cu compensarea reciprocă a influenţei R a × eu a și scăderea lui Τ δ; 3 - cu predominanţa influenţei unei scăderi a Ф δ.

Datorită faptului că modificarea în Ф δ este relativ mică, caracteristicile mecanice n = f(M) a unui motor cu excitație paralelă, determinată prin egalitate (9), prezentată în articolul „Informații generale despre motoarele de curent continuu”, la U= const and iв = const coincide ca formă cu caracteristicile n = f(eu a) (Figura 1). Din același motiv, aceste caracteristici sunt aproape simple.

Caracteristicile speciei 3 (Figura 1) sunt inacceptabile în ceea ce privește funcționarea durabilă (a se vedea articolul „”). Prin urmare, motoarele cu excitație paralelă sunt fabricate cu caracteristici ușor în scădere ale formei 1 (imaginea 1). La mașinile moderne foarte utilizate, datorită saturației destul de puternice a dinților armăturii, influența reacției laterale a armăturii poate fi atât de mare încât o caracteristică a formei 1 (Figura 1) este imposibil. Apoi, pentru a obține o astfel de caracteristică, la poli este plasată o înfășurare de excitație în serie slabă a incluziunii concordante, a cărei forță de magnetizare este de până la 10% din forța de magnetizare a înfășurării de excitație paralelă. În acest caz, scăderea Ф δ sub influența reacției transversale a armăturii este compensată parțial sau complet. O astfel de înfășurare de câmp în serie se numește stabilizând, iar un motor cu o astfel de înfășurare este încă numit motor cu excitație paralelă.

Modificarea vitezei de rotație Δ n(Figura 1) la trecerea de la inactiv ( eu a = eu a0) la sarcina nominală ( eu a = eu a) un motor cu excitație paralelă atunci când funcționează pe o caracteristică naturală este mic și se ridică la 2 - 8% din n n. Asemenea caracteristici de cădere slabă sunt numite dure. Motoarele cu excitație paralelă cu caracteristici rigide sunt utilizate în instalațiile în care se cere ca viteza de rotație să rămână aproximativ constantă la schimbarea sarcinii (mașini de tăiat metale etc.).

Figura 2. Caracteristicile mecanice și de viteză ale unui motor cu excitație paralelă la diferite fluxuri de excitație

Reglarea vitezei prin atenuarea fluxului magnetic

Controlul vitezei prin slăbirea fluxului magnetic se realizează de obicei folosind un reostat în circuitul de excitație R r.v (vezi Figura 1, bîn articolul „” și Figura 1 din articolul „Pornirea motoarelor de curent continuu”). În absența unei rezistențe suplimentare în circuitul armăturii ( R pa = 0) și U= caracteristici const n = f(eu a) și n = f(M), definite prin egalități (7) și (9), prezentate în articolul „Informații generale despre motoarele de curent continuu”, pentru diferite valori R r.v, iв sau Ф δ au forma prezentată în figura 2. Toate caracteristicile n = f(eu a) converg pe axa absciselor ( n= 0) la un punct comun la un curent foarte mare eu a, care, conform expresiei (5) prezentată în articolul „Informații generale despre motoarele de curent continuu”, este egală cu

eu a = U / R A.

Cu toate acestea, caracteristicile mecanice n = f(M) intersectează axa absciselor în puncte diferite.

Caracteristica inferioară din figura 2 corespunde debitului nominal. Valorile n la regimul staţionar corespund punctelor de intersecţie a caracteristicilor considerate cu curba M st = f(n) pentru mașina de lucru conectată la motor (linia punctată îngroșată în Figura 2).

Punctul de ralanti al motorului ( M = M 0 , eu a = eu a0) se află ușor la dreapta ordonatei din figura 2. Cu o creștere a vitezei de rotație n din cauza pierderilor mecanice crescute M 0 și euа0 crește de asemenea (linia subțire întreruptă în Figura 2).

Dacă, în acest mod, cu ajutorul unui cuplu aplicat extern, începeți să creșteți viteza de rotație n, atunci E a [vezi expresia (6) din articolul „Informații generale despre motoarele de curent continuu”] va crește și eu si si M va scădea, conform egalităţilor (5) şi (8), prezentate în articolul „Informaţii generale despre motoarele de curent continuu”. La eu a = 0 și M= 0, pierderile mecanice și magnetice ale motorului sunt acoperite de puterea mecanică furnizată arborelui și cu o creștere suplimentară a vitezei eu si si M schimbați semnul și motorul va trece la modul de funcționare generator (secțiuni de caracteristici din figura 2 din stânga axei ordonatelor).

Motoarele de uz general permit, în funcție de condițiile de comutație, reglarea vitezei prin slăbirea câmpului în intervalul 1:2. Motoarele sunt fabricate și cu reglarea vitezei în acest fel în intervalul de până la 1:5 sau chiar 1:8, dar în acest caz, pentru a limita tensiunea maximă dintre plăcile colectoare, este necesar să se mărească spațiul de aer, să se ajusteze debitul în grupuri individuale de poli (a se vedea articolul „Controlul vitezei și stabilitatea motoarelor cu curent continuu”) sau să se folosească o înfăşurare de compensare. Acest lucru crește costul motorului.

Controlul vitezei prin rezistență în circuitul armăturii, mecanice artificiale și caracteristici de viteză

Dacă în serie în circuitul armăturii include o rezistență suplimentară R ra (Figura 3, A), apoi în loc de expresiile (7) și (9) prezentate în articolul „Informații generale despre motoarele de curent continuu”, obținem

(1)

(2)

Rezistenţă R ra poate fi reglabil și trebuie proiectat pentru funcționare pe termen lung. Circuitul de excitație trebuie conectat la tensiunea de rețea.

Figura 3. Schema de reglare a vitezei de rotație a unui motor cu excitație paralelă folosind o rezistență în circuitul armăturii ( A) și caracteristicile mecanice și de viteză corespunzătoare ( b)

Specificații n = f(M) și n = f(eu a) pentru valori diferite R pa = const at U= const and iв = const sunt prezentate în Figura 3, b (R pa1< R pa2< R pa3). Caracteristica superioară ( R pa = 0) este naturală. Fiecare dintre caracteristici traversează axa absciselor ( n= 0) în punctul pentru care

Continuarea acestor caracteristici sub axa absciselor din Fig. 3 corespunde frânării motorului prin opoziție. În acest caz n < 0, э. д. с. E a are semnul opus și se adaugă la tensiunea de rețea U, drept urmare

si cuplul motorului M acționează împotriva sensului de rotație și, prin urmare, frânează.

Dacă în modul inactiv ( eu a = eu a0), cu ajutorul cuplului aplicat din exterior, începeți să creșteți viteza de rotație, apoi mai întâi se ajunge la modul eu a = 0 și apoi eu dar va schimba direcția și mașina va comuta în modul generator (secțiunile caracteristicilor din Figura 3, b la stânga ordonatei).

După cum se vede în figura 3, b, când este pornit R caracteristicile pa devin mai puțin stricte și la valori mari R ra - cădere abruptă sau moale.

Dacă curba momentului de rezistenţă M st = f(n) are forma prezentată în figura 3, b linie punctată îndrăzneață, valorile n la starea de echilibru pentru fiecare valoare R pa sunt determinate de punctele de intersecție ale curbelor corespunzătoare. Cu atât mai mult R ra, cu atât mai puțin nși eficiență (eficiență) mai scăzută.

Reglarea vitezei prin schimbarea tensiunii armăturii

Controlul vitezei prin schimbarea tensiunii armăturii poate fi efectuat folosind o unitate generator-motor (G-D), numită și unitate Leonard (Figura 4). În acest caz, motorul principal PD(curent alternativ, ardere internă și altele asemenea) rotește un generator de curent continuu cu o viteză constantă G... Armătura generatorului este conectată direct la armătura motorului de curent continuu D, care servește drept motor de antrenare a mașinii de lucru RM... Înfășurări de câmp ale generatorului OVG si motor ATS sunt alimentate de la o sursă independentă - o rețea de curent continuu (Figura 4) sau de la excitatoare (generatoare mici de curent continuu) de pe arborele motorului principal PD... Reglarea curentului de excitație a generatorului i c.g. ar trebui să fie produs practic de la zero (în Figura 4 cu ajutorul unui reostat, conectat după un circuit potențiometric). Dacă este necesar să inversați motorul, puteți schimba polaritatea generatorului (în Figura 4 folosind comutatorul P).

Figura 4. Schema unității „generator - motor” pentru reglarea vitezei unui motor cu excitație independentă

Pornirea motorului D iar reglarea vitezei acesteia se realizează astfel. La maxim i vd și i vg = 0 pornește motorul principal PD... Apoi crește treptat i vg, și la o tensiune scăzută a generatorului U motor D va intra în rotație. Prin ajustarea, în continuare, U pâna la U = U n, puteți obține orice turație a motorului până la n = n n. Creștere în continuare n eventual prin scădere i v.d. Pentru a inversa motorul, reduceți i c.g la zero, comutați OVGși crește din nou i c.g din valoare i c.g = 0.

Atunci când mașina antrenată creează o sarcină bruscă pulsatorie (de exemplu, unele laminoare) și nu este de dorit ca vârfurile de sarcină să fie transferate complet la motorul principal sau la rețeaua de curent alternativ, motorul D poate fi echipat cu un volant (unitate G - D - M, sau unitate Leonard - Ilgner). În acest caz, la scădere nîn timpul sarcinii de vârf, o parte din această sarcină este absorbită de energia cinetică a volantului. Eficiența volantului va fi mai mare cu un răspuns mai moale al motorului PD sau D.

Recent, tot mai des motorul PDși generator G este înlocuit cu un redresor semiconductor reglat de tensiune. În acest caz, se numește și unitatea considerată supapă (tiristor) condus.

Unitățile considerate sunt utilizate atunci când este necesar să se regleze viteza de rotație a motorului cu o eficiență ridicată într-o gamă largă - până la 1: 100 și mai mult (mașini mari de tăiat metale, laminoare și așa mai departe).

Rețineți că schimbarea U a Regula n conform schemei din figura 1, b prezentate în articolul „Informații generale despre generatoarele de curent continuu” și Figura 3, A, nu dă rezultatele dorite, deoarece simultan cu o modificare a tensiunii circuitului de armătură, aceasta se modifică proporțional U Vezi și curentul de excitație. De la reglementare U poate fi produs numai din valoare U = U n jos, apoi în curând circuitul magnetic va fi saturat, drept urmare Uși i c va varia proporțional unul cu celălalt. Conform egalității (7), prezentat în articolul „Informații generale despre motoarele de curent continuu”), nîn același timp nu se modifică semnificativ.

Recent, așa-numitul reglarea pulsului motoare de curent continuu. În acest caz, circuitul armăturii motorului este alimentat de la o sursă de curent constant cu tensiune constantă prin tiristoare, care periodic, cu o frecvență de 1 - 3 kHz, sunt pornite și oprite. Pentru a netezi curba curentului de armătură, condensatoarele sunt conectate la bornele sale. Tensiunea la bornele armăturii în acest caz este practic constantă și proporțională cu raportul dintre timpul de pornire a tiristorului și durata întregului ciclu. Astfel, metoda impulsurilor face posibilă reglarea vitezei de rotație a motorului atunci când acesta este alimentat de la o sursă de tensiune constantă în limite largi, fără reostat în circuitul armăturii și practic fără pierderi suplimentare. În același mod, fără reostat de pornire și fără pierderi suplimentare, motorul poate fi pornit.

Metoda de control al impulsurilor este foarte benefică din punct de vedere economic pentru controlul motoarelor care funcționează în moduri de viteză variabilă cu porniri frecvente, de exemplu, în vehiculele electrificate.

Figura 5. Performanța motorului în câmp paralel P n = 10 kW, U n = 200 V, n n = 950 rpm

Caracteristici de performanta

Curbele de performanță sunt dependențe de consumul de energie P 1, consum de curent eu, viteza n, moment M, și eficiența η din puterea utilă P 2 la U= pozițiile const și constante ale reostatelor de reglare. Caracteristicile de funcționare ale unui motor cu excitație paralelă de putere mică în absența rezistenței suplimentare în circuitul armăturii sunt prezentate în Figura 5.

Concomitent cu creșterea puterii arborelui P 2 creste si momentul pe arbore M... Din moment ce cu creşterea P 2 și M viteză n scade usor, atunci M ∼ P 2 / n crescand putin mai repede P 2. Crește P 2 și Mînsoţită în mod natural de o creştere a curentului motorului eu... Proporţional eu creste si consumul de energie din retea P unu . La ralanti ( P 2 = 0) randament η = 0, apoi cu o crestere P 2, la început, η crește rapid, dar la sarcini mari, datorită creșterii mari a pierderilor în circuitul de armătură, η începe din nou să scadă.

Schema motorului.

Diagrama motorului cu excitație paralelă este prezentată în Fig. 1.25. Înfășurarea armăturii și înfășurarea câmpului sunt conectate în paralel. În acest circuit: I este curentul consumat de motor din rețea, I I este curentul de armătură, I in este curentul de excitație. Din prima lege a lui Kirchhoff rezultă că I = I I + I in.

Caracteristică mecanică naturală. Caracteristica mecanică naturală este descrisă prin formula (1.6).

La ralanti M = 0 și n x = U / C E F.

Dacă Ф = const, atunci ecuația caracteristicilor mecanice ia forma:

n = nX– bM, (1.8)

unde b = R I / C E F.

Din (1.8) rezultă că caracteristica mecanică (Fig. 1.26, dreapta 1) este o dreaptă cu un unghi de înclinare a și un coeficient unghiular b. Deoarece sunt mic la motoarele de curent continuu, viteza de rotație n se modifică ușor odată cu creșterea sarcinii pe arbore - caracteristicile de acest tip sunt numite „dure”.

Curentul consumat de motor de la rețea crește practic proporțional cu cuplul de sarcină. Într-adevăr, M »M em = C m I I F, și deoarece motorul de excitație paralelă are F = const, atunci I I ~ M.

Controlul vitezei.

Reglarea vitezei de rotație este posibilă din (1.6) în trei moduri: prin modificarea fluxului magnetic al polilor principali Ф, modificarea rezistenței circuitului de armătură R i și modificarea tensiunii U furnizată circuitului de armătură (modificarea n datorită la modificarea momentului de sarcină M nu este inclusă în conceptul de reglare).

Reglarea lui n prin modificarea fluxului magnetic Ф se realizează cu ajutorul unui reostat de reglare R p. Odată cu creșterea rezistenței reostatului, curentul de excitație I in și fluxul magnetic al polilor principali Ф scad. Aceasta conduce, în primul rând, la o creștere a turației de mers în gol n x și, în al doilea rând, la o creștere a coeficientului b, adică. pentru a mări unghiul de înclinare a caracteristicilor mecanice. Cu toate acestea, b rămâne mic, iar rigiditatea proprietăților mecanice rămâne. În fig. 1.28 pe lângă caracteristica naturală 1 corespunzătoare fluxului magnetic maxim Ф, este dată o familie de caracteristici mecanice 2-4, luate la un flux magnetic redus. Din caracteristici rezultă că prin modificarea fluxului magnetic nu poți decât să crești viteza de rotație față de caracteristica naturală. În practică, viteza de rotație poate fi mărită prin această metodă de cel mult 2 ori, deoarece o creștere a vitezei duce la o deteriorare a comutației și chiar la deteriorarea mecanică a mașinii.

O altă modalitate de control al vitezei este legată de includerea în serie cu armătura reostatului de reglare R i.r (reostatul de pornire R p este nepotrivit în acest scop, deoarece este proiectat pentru o funcționare pe termen scurt). Formula (1.6) ia apoi forma:

n = ,

de unde rezultă că viteza în gol la orice rezistență R i.r este aceeași, iar coeficientul b și, deci, panta caracteristicilor mecanice 5-7 crește (fig. 1.26). Reglarea vitezei de rotație în acest fel duce la o scădere a vitezei de rotație față de caracteristica naturală. În plus, este neeconomic, deoarece este asociat cu o pierdere mare de putere (R i.p I) în reostatul de reglare, prin care circulă întregul curent de armătură.

A treia modalitate de a controla viteza de rotație este o modificare fără rezistență a tensiunii furnizate armăturii. Este posibil numai atunci când armătura motorului este alimentată de la o sursă separată, a cărei tensiune poate fi reglată. Ca sursă reglementată sunt utilizate generatoare separate special concepute pentru un anumit motor sau supape controlate (tiratroni, redresoare cu mercur, tiristoare). În primul caz, se formează un sistem de mașini, numit sistem G-D (generator - motor), (Fig. 1.27). Este utilizat pentru modularea controlului pe o gamă largă de frecvență de rotație a motoarelor puternice de curent continuu și în sistemele de control automate. Un sistem de control cu ​​supape controlate HC (Fig. 1.28) este utilizat pentru a controla viteza motoarelor de putere mai mică. Avantajul său este eficiența mare.

Reglarea vitezei prin schimbarea U este practic posibilă numai în direcția scăderii, deoarece o creștere a tensiunii peste valoarea nominală este inacceptabilă din cauza unei deteriorări accentuate a comutației. Din (1.9) rezultă că odată cu scăderea tensiunii, viteza în gol n x scade, iar panta caracteristicilor mecanice 8-10 nu se modifică (vezi Fig. 1.26), acestea rămânând rigide chiar și la tensiuni joase. Intervalul de reglare (n max / n min) în acest fel este 6: 1-8: 1. Poate fi extins semnificativ prin utilizarea circuitelor speciale de feedback.

Caracteristica de reglare.

Caracteristica de control n = f (I in) a motorului cu excitație paralelă este prezentată în Fig. 1.29.

Caracterul său este determinat de dependența (1.5), din care rezultă că frecvența de rotație este invers proporțională cu fluxul magnetic și, prin urmare, cu curentul de excitație I in. Cu curentul de excitație I în = 0, care poate fi atunci când circuitul de excitație este întrerupt, fluxul magnetic este egal cu restul F rezidual și frecvența de rotație devine atât de mare încât motorul se poate prăbuși mecanic - un fenomen similar se numește fuga motorului .

Din punct de vedere fizic, fenomenul de separare se explică prin faptul că cuplul (1.2) cu o scădere a fluxului magnetic, s-ar părea, ar trebui să scadă, dar curentul de armătură II = (U - E) / RI crește mai semnificativ, deoarece E (1,1) scade și diferența U - E crește într-o măsură mai mare (de obicei E »0,9 U).

Moduri de frânare.

Modurile de frânare ale motorului apar atunci când momentul electromagnetic dezvoltat de motor acționează împotriva sensului de rotație al armăturii. Acestea pot apărea în timpul funcționării motorului atunci când condițiile de funcționare se modifică sau pot fi create artificial pentru a reduce rapid viteza, a opri sau a inversa motorul.

Într-un motor cu excitație paralelă, sunt posibile trei moduri de frânare: frânare regenerativă cu retur de energie în rețea, frânare opusă și frânare dinamică.

Generatorfrânare apare în acele cazuri când frecvența de rotație a armăturii n devine mai mare decât frecvența de rotație la ideal (adică la M pr = 0) idle n x (n> n x). Trecerea la acest mod din modul motor este posibilă, de exemplu, la coborârea unei sarcini, când momentul creat de sarcină este aplicat armăturii în aceeași direcție cu momentul electromagnetic al motorului, adică. când cuplul de sarcină acționează în conformitate cu cuplul electromagnetic al motorului și acesta preia o viteză mai mare de n x. Dacă n> nx, atunci E> U c (unde U c este tensiunea rețelei) și curentul motorului își schimbă semnul (1.4) - cuplul electromagnetic de la rotație devine frânare, iar mașina din modul motor intră în modul generator și transferă energie în rețea (recuperare energie). Trecerea mașinii de la modul motor la modul generator este ilustrată de caracteristica mecanică (Fig. 1.30). Lăsați în modul motor a 1 - punctul de lucru; corespunde momentului M. Dacă viteza de rotație crește, atunci punctul de funcționare conform caracteristicii 1 din cadranul I trece în cadranul II, de exemplu, către punctul de funcționare a 2, care corespunde vitezei de rotație n΄ și frânării. cuplu - M΄.

Frânareopoziţie apare într-un motor în funcțiune când direcția curentului de armătură sau a curentului de câmp este inversată. În acest caz, momentul electromagnetic își schimbă semnul și devine frânare.

Funcționarea motorului cu sensul opus de rotație corespunde caracteristicilor mecanice situate în cadranele II și III (de exemplu, caracteristica naturală 2 din fig. 1.30).

O tranziție bruscă la această caracteristică este practic inacceptabilă, deoarece este însoțită de un curent de pornire și un cuplu de frânare excesiv de mari. Din acest motiv, concomitent cu comutarea uneia dintre înfășurările din circuitul de armătură, este activată o rezistență suplimentară R add, limitând curentul de armătură.

Caracteristica mecanică a modului cu R add are o pantă mare (linia dreaptă 3). La trecerea în modul de contracomutare, viteza n în primul moment nu se poate modifica (din cauza inerției armăturii) iar punctul de funcționare din poziția a 1 se va muta în poziția a 3 pe noua caracteristică. Datorită apariției lui M tor, viteza n va scădea rapid până când punctul de funcționare a 3 se deplasează în poziția a 4, care corespunde opririi motorului. Dacă în acest moment motorul nu este deconectat de la sursa de alimentare, armătura își va schimba sensul de rotație. Mașina va începe să funcționeze într-un regim motor cu un nou sens de rotație, iar punctul său de funcționare a 5 va fi pe caracteristica mecanică 3 din cadranul III.

Dinamicfrânare apare în cazurile în care armătura motorului este deconectată de la rețea și închisă la rezistența dinamică de frânare R d.t. Ecuația caracteristică (1.6) ia forma:

n =

care corespunde familiei de drepte 4 (pentru diferite R d.t) care trec prin origine. La trecerea în acest mod, punctul de operare a 1 merge la una dintre caracteristicile 4, de exemplu, la punctul a 6, și apoi se deplasează de-a lungul liniei drepte 4 la zero. Armătura motorului este frânată până la oprire completă. Schimbând rezistența R d.t, puteți regla curentul armăturii și viteza de frânare.

Curentul care curge în înfășurarea de excitație a polilor principali creează un flux magnetic. Mașinile electrice de curent continuu trebuie să se distingă prin metoda de excitare și circuitul de pornire a înfășurării de excitație.

Generatoarele de curent continuu pot fi executate cu excitație independentă, paralelă, în serie și mixtă. Trebuie remarcat faptul că utilizarea generatoarelor de curent continuu ca surse de energie este acum foarte limitată.

Înfășurare de excitație Generator de curent continuu cu excitație independentă primește putere de la o sursă independentă - o rețea de curent continuu, un excitator special, un convertor etc. (Fig. 1, a). Aceste generatoare sunt utilizate în sistemele de mare putere în care tensiunea de excitație trebuie selectată diferită de tensiunea generatorului, în sistemele care sunt alimentate de generatoare și alte surse.

Valoarea curentului de excitație al generatoarelor puternice este de 1,0-1,5% din curentul generatorului și până la zeci de procente pentru mașinile cu o capacitate de ordinul zecilor de wați.

Orez. 1. Circuite ale generatoarelor de curent continuu: a - cu excitaţie independentă; b - cu excitație paralelă; c - cu excitare secvenţială; d - cu excitaţie mixtă P - consumatori

Avea G generator cu excitație paralelăînfășurarea de excitație este conectată la tensiunea generatorului însuși (vezi Fig. 1, b). Curentul de armătură I I este egal cu suma curenților de sarcină I p și curentul de excitație I în: I I = I p + I in

Generatoarele sunt de obicei realizate pentru puteri medii.

Înfășurare de excitație generator excitat în serie conectat în serie la circuitul armăturii și circulat în jur de curentul armăturii (Fig. 1, c). Procesul de autoexcitare a generatorului este foarte rapid. Astfel de generatoare practic nu sunt folosite. La începutul dezvoltării sectorului energetic, sistem de transmisie a puterii cu generatoare conectate în serie și motoare cu excitație secvențială.

Generatorul cu excitație mixtă are două înfășurări de excitație - ORP paralelă și ORP în serie de obicei cu o incluziune consanică (Fig. 1, d). Înfășurarea paralelă poate fi conectată înaintea înfășurării în serie („shunt scurt”) sau după aceasta („shunt lung”). MDS-ul unei înfășurări în serie este de obicei mic și este proiectat doar pentru a compensa căderea de tensiune din armătură sub sarcină. Astfel de generatoare acum practic nu sunt folosite.

Circuitele de excitație pentru motoarele de curent continuu sunt similare cu cele pentru generatoare. de obicei se execută putere mare excitat independent... La motoarele de câmp paralel, înfășurarea de câmp este alimentată de la aceeași sursă de energie ca și motorul. Înfășurarea de excitație este conectată direct la tensiunea sursei de energie, astfel încât influența căderii de tensiune în rezistența de pornire să nu fie afectată (Fig. 2).

Orez. 2. Schema unui motor de curent continuu cu excitație paralelă

Curentul de rețea Ic este alcătuit din curentul de armătură I I și curentul de excitație I in.

Circuitul motorului cu excitație secvențială este similară cu diagrama din fig. 1, c. Datorită înfășurării în serie, cuplul sub sarcină crește mai mult decât la motoarele cu excitație paralelă, în timp ce viteza de rotație este redusă. Această proprietate a motoarelor determină utilizarea lor pe scară largă în sistemele de tracțiune a locomotivelor electrice: în locomotivele electrice principale, transportul urban etc. Căderea de tensiune în înfășurarea câmpului la curentul nominal este de câteva procente din tensiunea nominală.

Motoare cu excitație mixtă datorită prezenței unei înfășurări în serie, au într-o oarecare măsură proprietățile motoarelor cu excitație în serie. În prezent, practic nu sunt folosite. Motoare cu excitație paralelă uneori sunt realizate cu o înfășurare de stabilizare (de serie), conectată în conformitate cu înfășurarea câmpului paralel, pentru a asigura o funcționare mai silențioasă la vârfurile de sarcină. MDS-ul unei astfel de înfășurări stabilizatoare este mic - câteva procente din MDS principal.

Excitarea unui motor de curent continuu este o caracteristică distinctivă a acestor motoare. Caracteristicile mecanice ale mașinilor electrice cu curent continuu depind de tipul de excitație. Excitația poate fi paralelă, serială, mixtă și independentă. Tipul de excitare înseamnă în ce secvență sunt pornite armătura și înfășurările rotorului.

Cu excitație paralelă, armătura și înfășurările rotorului sunt conectate în paralel între ele la aceeași sursă de curent. Deoarece înfășurarea de excitație are mai multe spire decât înfășurarea armăturii, curentul care circulă în ea este nesemnificativ. În circuit, atât înfășurarea rotorului, cât și înfășurarea armăturii, pot fi pornite reglarea rezistențelor.

Figura 1 - Diagrama excitației paralele a unei mașini de curent continuu

Înfășurarea de excitație poate fi, de asemenea, conectată la o sursă de curent separată. În acest caz, excitația va fi numită independentă. Performanța unui astfel de motor va fi similară cu cea a unui motor cu magnet permanent. Viteza de rotație a unui motor cu excitație independentă, ca și în cazul unui motor cu excitație paralelă, depinde de curentul de armătură și de fluxul magnetic principal. Fluxul magnetic principal este generat de înfășurarea rotorului.

Figura 2 - Schema excitației independente a unei mașini de curent continuu

Viteza de rotație poate fi reglată folosind un reostat inclus în circuitul armăturii, modificând astfel curentul din acesta. De asemenea, puteți regla curentul de excitație, dar aveți grijă aici. Deoarece dacă este redus în mod excesiv sau complet absent, ca urmare a unei ruperi a firului de alimentare, curentul din armătură poate crește la valori periculoase.

De asemenea, cu o sarcină mică pe arbore sau în regim de ralanti, viteza de rotație poate crește atât de mult încât poate duce la distrugerea mecanică a motorului.

Dacă înfășurarea de excitație este conectată în serie cu armătura, atunci o astfel de excitație se numește secvenţială. În acest caz, același curent circulă prin armătură și înfășurarea de excitație. Astfel, fluxul magnetic se modifică odată cu modificarea sarcinii motorului. Prin urmare, turația motorului va depinde de sarcină.

Figura 3 - Schema excitației în serie a unei mașini de curent continuu

Motoarele cu o astfel de excitație nu trebuie pornite la turația de ralanti sau cu sarcină ușoară pe arbore. Sunt utilizate dacă este necesară un cuplu mare de pornire sau capacitatea de a rezista la suprasarcini pe termen scurt.

Excitația mixtă utilizează motoare care au două înfășurări la fiecare pol. Ele pot fi pornite astfel încât fluxurile magnetice să fie atât adăugate, cât și scazute.

Figura 4 - Circuitul de excitație mixt al unei mașini de curent continuu

În funcție de modul în care sunt legate fluxurile magnetice, un motor cu o astfel de excitație poate funcționa ca un motor cu o serie și un motor cu excitație paralelă. Totul depinde de situație, dacă este nevoie de un moment mare de pornire, o astfel de mașină funcționează în modul includerii coerente a înfășurărilor. Dacă este necesară o viteză de rotație constantă, cu o sarcină care se schimbă dinamic, se folosește înfășurarea opusă.

La mașinile cu curent continuu, direcția de mișcare a rotorului poate fi schimbată. Pentru a face acest lucru, este necesar să schimbați direcția curentului într-una dintre înfășurări. Ancoră sau excitare. Prin inversarea polarității, sensul de rotație al motorului poate fi realizat numai într-un motor cu excitație independentă sau care folosește un magnet permanent. În alte scheme de comutare, trebuie să comutați una dintre înfășurări.

Curentul de pornire într-o mașină de curent continuu este suficient de mare, așa că ar trebui pornit cu un reostat suplimentar pentru a evita deteriorarea înfășurărilor.