Двигуни постійного струму
Способи збудження електродвигунів постійного струму
Двигуни постійного струму використовуються в промисловості в разі необхідності регулювання швидкості ЕП (електроприводу). В основному застосовуються системи УВ-Д (керований випрямляч-двигун), які забезпечують регулювання швидкості з високою якістю.
За способом збудження електричні двигуни постійного струму ділять на чотири групи:
1. З незалежним збудженням, у яких обмотка збудження НОВ харчується від стороннього джерела постійного струму.
2. З паралельним збудженням (шунтові), у яких обмотка збудження ШОВ включається паралельно джерела живлення обмотки якоря.
3. З послідовним збудженням (серієсний), у яких обмотка збудження СОВ включена послідовно з якірної обмоткою.
4. Двигуни зі змішаним збудженням (компаундні), у яких є послідовна СОВ і паралельна ШОВ обмотки збудження.
Двигуни з незалежним збудженням і паралельним збудженням мають однакові властивості, тому ці групи об'єднують і відносять до однієї групи: двигуни з незалежним збудженням призначені для роботи в регульованих ЕП.
Промисловість випускає двигуни постійного струму основної загально серії 2П і 4П, вони поділяються за такими ознаками:
- за способом захисту;
- по швидкості обертання;
- по напрузі на якорі (110В, 220В, 340В, 440В);
- на напрузі обмотці збудження (110 і 220 В);
Якщо напруга на якорі і на обмотці збудження (ОВ) збігаються, то обмотка збудження підключається паралельно обмотці якоря.
Крім серій 2П і 4П випускаються і інші спеціалізовані серії.
Схеми збудження електродвигунів постійного струму показані на малюнку.
Мал. 9.1 Схеми збудження електродвигунів постійного струму: а - незалежне, б - паралельне, в - послідовне, г - змішане
Основні формули і рівняння
Якщо прийняти швидкість обертання якоря в системі СІ (рад / с), то формула 4.13 з лекції №4 набуде вигляду
М -електромагнітний момент машини постійного струму, Н / м (ньютон ділити на метр)
k - постійна для даної машини величина;
Ф - основний маг-нітних потік, Вб (вебер)
р - число пар полюсів обмотки якоря
N - число пазових сторін обмотки якоря
а - число пар паралельних гілок обмотки якоря
Іа або просто I - струм якоря, А;
Для двигуна, що працює з постійною годину-тотой обертання, можна отримати рівняння на-напружень (е.р.с.) для ланцюга якоря генератора:
Це рівняння отримують на підставі другого закону Кірхгофа
- сума опорів всіх ділянок ланцюга якоря:
- обмотки додаткових полюсів rд,
- компенсаційної обмотки rко,
- послідовної обмотки збудження rс
- перехідного щіткового контакту rщ.
При відсутності в машині будь-яких з вказано-них обмоток в (9.4) не вважаються відповідні складові.
З (9.3) випливає, що підведене до двигуна напруга врівноважується противо-ЕРС обмот-ки якоря і падінням напруги в ланцюзі якоря.
На підставі (9.3) отримаємо формулу струму якоря
Помноживши обидві частини рівняння (9.3) на струм яко-ря Іа. отримаємо рівняння потужності для ланцюга якоря:
# 969; - кутова частота обертання якоря;
- електромагнітного-нітних потужність двигуна.
Отже, вираз являє собою електромагнітних-нітних потужність двигуна.
Робочі характеристики двигуна представлені на рис 9.2б
Частота обертання двигуна з ростом навантаження Р2 зменшується, а графік # 969; = f (Р2) набуває падаючий вид. Щоб забезпечити характеристиці частоти обертання форму падаючої кривої, в деяких двигунах паралельного збудження застосовують легку (з невеликим числом витків) послідовно-вательного обмотку збудження, яку називають стаб-лізуються обмоткою. При включенні цієї обмотки узгоджено з паралельної обмоткою збудження її МДС компенсує розмагнічуюче дію реакції якоря так, що потік Ф у всьому діапазоні навантажень залишається практично незмінним.
Зміна частоти обертання двигуна при переході від но-номінальної навантаження до х.х. виражене у відсотках, називають номінальним зміною частоти обертання:
де 0 (n0) - частота обертання двигуна в режимі х.х.
Зазвичай для двигунів паралельного збудження # 8710; # 969; ном = 2-8%, тому характеристику частоти обертання двигуна па-паралельно збудження називають жорсткою.
Залежність корисного моменту від навантаження встановлена формулою. При графік мав би вид прямої. Однак зі збільшенням навантаження частота обертання двига-теля знижується, і тому залежність криволинейна.
Струм якоря двигуна визначається формулою
У початковий момент пуску якір двигуна нерухомий і в його обмотці не індуцируется ЕРС Е а = 0. Тому при непо-безпосередніх підключенні двигуна до мережі в обмотці його якоря виникає пусковий струм
Зазвичай опір невеликий, тому значення пус-кового струму досягає неприпустимо великих значень, в 10-20 разів перевищують номінальний струм двигуна.
Такий великий пусковий струм вельми небезпечний для двигуна. По-перше, він може викликати в машині круговий вогонь, а по-друге, при такому струмі в двигуні розвивається надмірно великий пус-кової момент, який робить ударний дію на кручу-щіеся частини двигуна і може механічно їх зруйнувати. І на-кінець, цей струм викликає різке падіння напруги в мережі, що несприятливо відбивається на роботі інших споживачів, вклю-чинних в цю мережу. Тому пуск двигуна безпосереднім підключенням до мережі (безреостатний пуск) зазвичай застосовують для двигунів потужністю не більше 0,7-1,0 кВт. У цих двигуни-лях завдяки підвищеному опору обмотки якоря і не-великим обертовим масам значення пускового струму лише в 3-5 разів перевищує номінальний, що не є небезпечним для двигуна.
Що ж стосується двигунів більшої потужності, то при їх пуску для обмеження пускового струму використовують пуско-ші реостати (ПР), що включаються послідовно в ланцюг якоря (реостатний пуск).
Перед пуском двигуна необхідно реостат ввести. тобто поставити найбільший опір. Потім включають рубав-ник і поступово зменшують опір реостата.
Мал. 9.4. Схема включення пускового реостата
Пусковий струм якоря при повному опорі пускового реостата
Опір пус-кового реостата вибирають зазвичай таким, щоб найбільший пус-кової ток перевищував номінальний не більше ніж в 2-3 рази.
Для пуску двигунів більшої потужності застосовувати пускові реостати недоцільно, так як це викликало б значні втрати енергії. Крім того, пускові реостати були б громадилися-кими. Тому в двигунах великої потужності застосовують без-реостатний пуск двигуна шляхом зниження напруги.
Примі-рами цього є пуск тягових двигунів електровоза перемиканням їх з послідовного з'єднання при пуску на паралельне при нормальній роботі або пуск двига-теля в схемі «генератор-двигун».
Реверсування двигуна - це зміна напрямку обертання якоря.
Реверсування двигуна здійснюється або зміною полярності напруги на обмотці якоря, або на обмотці збудження. В обох випадках змінюється знак електромагнітного моменту двигуна Мем і відповідно напрямок обертання якоря.
ККД машин постійного струму
- Р2 - корисна потужність машини (у генератора - це електрична потужність, що віддається приймача, у двигуна - механічна потужність на валу);
- Р1 - підводиться до машини потужність (у генератора - це механічна потужність, що повідомляється йому первинним двигуном, у двигуна - потужність, споживана їм від джерела постійного струму; якщо генератор має незалежне збудження, то P1 включає в себе також потужність, необхідну для живлення ланцюга обмотки збудження).
Мал. 9.5. Залежність ККД машин постійного струму від корисної потужності
Очевидно, потужність Р1 може бути виражена таким чином: Р1 = Р2 + # 931; # 916; P,
де # 916; P - сума перерахованих вище втрат потужності.
З урахуванням останньою вираження
Коли машина працює вхолосту, корисна потужність Р2 дорівнює нулю і # 951; = 0. Характер зміни ККД при збільшенні корисної потужності залежить від значення і характеру зміни втрат потужності. Приблизний графік залежності # 951; = f (Р2) наведено на рис. 9.5.
При збільшенні корисної потужності ККД спочатку зростає при деякому значенні Р2. досягає максимального значення, а потім зменшується. Останнє пояснюється значним збільшенням змінних втрат, пропорційних квадрату струму. Машини розраховують зазвичай таким чином, щоб найбільше значення ККД знаходилося в області, близької до номінальної потужності Р2ном. Номінальне значення ККД машин потужністю від 1 до 100 кВт лежить приблизно в межах від 0,74 до 0,92 відповідно.
Література: Кацман М.М. Електричні машини. Глава 29.
§29.1, 29.2, 29.3, 29.4, 29.5, 29.6, 29.8, 29.10
Двигуни постійного струму
Способи збудження електродвигунів постійного струму
Двигуни постійного струму використовуються в промисловості в разі необхідності регулювання швидкості ЕП (електроприводу). В основному застосовуються системи УВ-Д (керований випрямляч-двигун), які забезпечують регулювання швидкості з високою якістю.
За способом збудження електричні двигуни постійного струму ділять на чотири групи:
1. З незалежним збудженням, у яких обмотка збудження НОВ харчується від стороннього джерела постійного струму.
2. З паралельним збудженням (шунтові), у яких обмотка збудження ШОВ включається паралельно джерела живлення обмотки якоря.
3. З послідовним збудженням (серієсний), у яких обмотка збудження СОВ включена послідовно з якірної обмоткою.
4. Двигуни зі змішаним збудженням (компаундні), у яких є послідовна СОВ і паралельна ШОВ обмотки збудження.
Двигуни з незалежним збудженням і паралельним збудженням мають однакові властивості, тому ці групи об'єднують і відносять до однієї групи: двигуни з незалежним збудженням призначені для роботи в регульованих ЕП.
Промисловість випускає двигуни постійного струму основної загально серії 2П і 4П, вони поділяються за такими ознаками:
- за способом захисту;
- по швидкості обертання;
- по напрузі на якорі (110В, 220В, 340В, 440В);
- на напрузі обмотці збудження (110 і 220 В);
Якщо напруга на якорі і на обмотці збудження (ОВ) збігаються, то обмотка збудження підключається паралельно обмотці якоря.
Крім серій 2П і 4П випускаються і інші спеціалізовані серії.