16 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электрическая схема двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Электродвигатель постоянного тока с независимым возбуждением

Схемы электродвигателей постоянного тока и их характеристики

Свойства электродвигателей постоянного тока определяются в основном способом включения обмотки возбуждения. В зависимости от этого различают электродвигатели:

1. с независимым возбуждением: обмотка возбуждения питается от постороннего источника постоянного тока (возбудителя или выпрямителя),

2. с параллельным возбуждением: обмотка возбуждения подключена параллельно обмотке якоря,

3. с последовательным возбуждением: обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря,

4. со смешанным возбуждением: он имеет две обмотки возбуждения, одна подключена параллельно обмотке якоря, а другая — последовательно с ней.

Все эти электродвигатели имеют одинаковое устройство и отличаются лишь выполнением обмотки возбуждения. Обмотки возбуждения указанных электродвигателей выполняют так же, как у соответствующих генераторов.

В этом электродвигателе (рисунок 5.4, а) обмотка якоря подключена к основному источнику постоянного тока (сети постоянного тока, генератору или выпрямителю) с напряжением U, а обмотка возбуждения — к вспомогательному источнику в напряжением UB. В цепь обмотки возбуждения включен регулировочный реостат Rрв, а в цепь обмотки якоря — пусковой реостат Rn.

Регулировочный реостат служит для регулирования частоты вращения якоря двигателя, а пусковой — для ограничения тока в обмотке якоря при пуске. Характерной особенностью электродвигателя является то, что его ток возбуждения Iв не зависит от тока Iя в обмотке якоря (тока нагрузки). Поэтому, пренебрегая размагничивающим действием реакции якоря, можно приближенно считать, что и поток двигателя Ф не зависит от нагрузки. Зависимости электромагнитного момента М и частоты вращения n от тока Iя будут линейными (рисунок 5.5, а). Следовательно, линейной будет и механическая характеристика двигателя — зависимость n (М) (рисунок5.5, б).

Рисунок 5.4 Принципиальные схемы электродвигателей постоянного тока с независимым (а) и параллельным (б) возбуждением

При отсутствии в цепи якоря реостата с сопротивлением Rn скоростная и механическая характеристики будут жесткими, т. е. с малым углом наклона к горизонтальной оси, так как падение напряжения IяΣRя в обмотках машины, включенных в цепь якоря, при номинальной нагрузке составляет лишь 3—5 % от Uном. Эти характеристики (прямые 1 на рисунке 5.5, а и б) называются естественными. При включении в цепь якоря реостата с сопротивлением Rn угол наклона этих характеристик возрастает, вследствие чего можно получить семейство реостатных характеристик 2, 3 и 4, соответствующих различным значениям Rn1, Rn2 и Rn3.

Рисунок 5.5 Характеристики электродвигателей постоянного тока с независимым и параллельным возбуждением: а — скоростные и моментная, б — механические, в — рабочие

Чем больше сопротивление Rn, тем больший угол наклона имеет реостатная характеристика, т. е. тем она мягче.

Регулировочный реостат Rpв позволяет изменять ток возбуждения двигателя Iв и его магнитный поток Ф. При этом будет изменяться и частота вращения n.

В цепь обмотки возбуждения никаких выключателей и предохранителей не устанавливают, так как при разрыве этой цепи резко уменьшается магнитный поток электродвигателя (в нем остается лишь поток от остаточного магнетизма) и возникает аварийный режим. Если электродвигатель работает при холостом ходе или небольшой нагрузке на валу, то частота вращения резко возрастает (двигатель идет вразнос). При этом сильно увеличивается ток в обмотке якоря Iя и может возникнуть круговой огонь. Во избежание этого защита должна отключить электродвигатель от источника питания.

Резкое увеличение частоты вращения при обрыве цепи обмотки возбуждения объясняется тем, что в этом случае резко уменьшаются магнитный поток Ф (до значения потока Фост от остаточного магнетизма) и э. д. с. Е и возрастает ток Iя. А так как приложенное напряжение U остается неизменным, то частота вращения n будет увеличиваться до тех пор, пока э. д. с. Е не достигнет значения, приблизительно равного U (что необходимо для равновесного состояния электрической цепи якоря, при котором E= U — IяΣRя.

При нагрузке на валу, близкой к номинальной, электродвигатель в случае разрыва цепи возбуждения остановится, так как электромагнитный момент, который может развить двигатель при значительном уменьшении магнитного потока, уменьшается и станет меньше нагрузочного момента на валу. В этом случае так же резко увеличивается ток Iя, и машина должна быть отключена от источника питания.

Следует отметить, что частота вращения n соответствует идеальному холостому ходу, когда двигатель не потребляет из сети электрической энергии и его электромагнитный момент равен нулю. В реальных условиях в режиме холостого хода двигатель потребляет из сети ток холостого хода I, необходимый для компенсации внутренних потерь мощности, и развивает некоторый момент M, требуемый для преодоления сил трения в машине. Поэтому в действительности частота вращения при холостом ходе меньше n.

Зависимость частоты вращения n и электромагнитного момента М от мощности Р2 (рисунок 5.5, в) на валу двигателя, как следует из рассмотренных соотношений, является линейной. Зависимости тока обмотки якоря Iя и мощности Р1 от Р2 также практически линейны. Ток Iя и мощность Р1 при Р2 = 0 представляют собой ток холостого хода I и мощность Р, потребляемую при холостом ходе. Кривая к. п. д. имеет характер, общий для всех электрических машин.

Читать еще:  W211 рестайлинг какой двигатель лучше

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Электромеханические свойства ДПТ независимого возбуждения.

Схема замещения двигателя постоянного тока независимого возбуждения, при определенных допущениях, может быть представлена в виде (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Схема замещения двигателя постоянного тока независимого возбуждения

В соответствии с этой схемой, уравнения напряжений для обмотки возбуждения и якорной обмотки имеют вид

где u и i – мгновенные значения напряжения и тока, а R и L – активное сопротивление и индуктивность обмоток, с индексом (в) – обмотки возбуждения, с индексом (я) – якорной обмотки.

Э.д.с. якорной обмотки определяется соотношением

e=KΦω,

где ω – мгновенное значение скорости вращения якоря, Φ – мгновенное значение потока, K – конструктивный коэффициент, который определяется соотношением

K=pN/(2a),

где p – число пар полюсов, N и a – соответственно число активных проводников и число параллельных ветвей якорной обмотки.

При рассмотрении статических характеристик предположим, что напряжения на обмотке возбуждения и на якорной обмотке постоянны (d/dt→0). Тогда в установившемся режиме для якорной цепи справедливо уравнение

где U,Iя,E – установившиеся значения напряжения, тока и э.д.с. якоря. Раскрывая в (2.4) э.д.с. согласно (2.3) и решая полученное уравнение относительно ω, получаем

Уравнение (2.5) связывает механическую (ω) и электрическую (Iя) координаты и поэтому называется электромеханической характеристикой.

Искусственные характеристики ДПТ независимого возбуждения.

Характеристики, полученные при номинальных значениях напряжения и потока и при отсутствии добавочного сопротивления в цепи якоря, называют естественными. При изменении напряжения или потока, а также при введении добавочного сопротивления в цепь якоря мы получаем искусственные характеристики. Зная, как изменяются характеристики при изменении перечисленных параметров, т.е. зная вид искусственных характеристик, мы можем оценить регулировочные свойства двигателя, поэтому рассмотрим подробнее искусственные характеристики. Для этого достаточно определить, как изменяются скорость холостого хода, пусковой ток и пусковой момент (ω,Iп,Mп) при изменении напряжения, активного сопротивления в цепи якоря и потока (U,Rд,Φ).

При понижении напряжения от номинального (U↓), согласно (2.8) – (2.10) пропорционально изменяются скорость холостого хода, пусковой ток и пусковой момент, поэтому искусственные характеристики для этого случая будут выглядеть, как показано на рис. 2.3.а. Отметим, что характер изменения электромеханической и механической характеристик при этом одинаковый.

При введении добавочного сопротивления в цепь якоря (Rд↑), согласно тем же выражениям, скорость холостого хода остается неизменной, а пусковой ток и момент уменьшаются. Характер изменения электромеханической и механической характеристик одинаков, а их вид представлен на рис. 2.3.б.

При уменьшении потока от номинального (Φ↓) – остается неизменным только пусковой ток. Скорость холостого хода увеличивается, а пусковой момент уменьшается, поэтому вид электромеханической и механической характеристик разный, как это показано на рис. 2.3.в.

Рис. 2.3. Искусственные характеристики:
а) при изменении напряжения на якоре;
б) при изменении сопротивления в цепи якоря

Дата добавления: 2018-06-01 ; просмотров: 968 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Электрический двигатель постоянного тока независимого возбуждения и его характеристики

Общие сведения.

У двигателей постоянного тока последовательного возбуждения (ДПТ ПВ) обмотку якоря и обмотку возбуждения включают последовательно (рис. 2.16). Вследствие чего с изменением тока нагрузки меняется и магнитный поток Ф. А поскольку зависимость кривой намагничивания Ф = J[I) нелинейная (рис. 2.17), то аналитического выражения электромеханическая и механическая характеристики не имеют.

В связи с тем что физические процессы, протекающие в ДПТ последовательного возбуждения, аналогичны ДПТ независимого

Рис. 2.16. Схема включения двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

возбуждения, механическую и электромеханическую характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения описывают теми же уравнениями, что и для двигателя постоянного тока независимого возбуждения (2.11 и 2.12) с той лишь разницей, что поток Ф — функция тока якоря (см. рис. 2.17), а сопротивление якорной цепи R&

— сумма сопротивлений обмотки якоря и обмотки возбуждения.

Для построения естественных механической и электромеханической характеристик используют универсальные рабочие характеристики

Среди универсальных рабочих характеристик уже имеется электромеханическая характеристика со = Д/я), а для расчета механической характеристики со =/(Л/) используют зависимость Л/=/(/я). При аппроксимации кривой намагничивания линейной зависимостью в области малых значений /я(/я н) электромеханическая и механическая характеристики имеют вид гиперболической зависимости, асимптота которой совпадает с осью скоростей

где а’— коэффициент аппроксимации кривой намагничивания, определяемый углом наклона между касательной к кривой намагничивания и осью абсцисс; с — конструктивная постоянная.

Рис. 2.17. Кривая намагничивания двигателя постоянного тока

Рис. 2.18. Универсальные рабочие харак тернстики ДПТ ПВ:

Л/, (о, / — в относительных единицах

Поэтому необходимо помнить, что двигатель постоянного тока последовательного возбуждения нельзя включать в сеть без нагрузки, так как угловая скорость двигателя стремится к бесконечности (см. рис. 2.18).

Искусственные характеристики ДПТ ПВ можно получить следующими способами:

Читать еще:  Холостой ток асинхронного двигателя формула

введением в цепь якоря добавочного сопротивления /?доб (реостатные характеристики);

изменением подводимого напряжения ?/с;

изменением магнитного потока Ф.

Для построения искусственных характеристик первыми двумя способами применяют уравнение (2.32)

где = /. + /?„; Яя,

— соответственно сопротивления обмоток якоря и возбуждения.

Задаваясь несколькими значениями значений /я, по характеристике со = /(/я) находят значения Юе, которые подставляют в уравнение (2.32) при заданном внешнем сопротивлении /?доб, напряжении Uc

и определяют скорость со.

Регулирование магнитного потока двигателя постоянного тока последовательного возбуждения возможно путем шунтирования обмотки возбуждения. На рисунке 2.19 представлены электрическая схема включения ДПТ ПВ при шунтировании обмотки возбуждения (а)

и механические характеристики при различных сопротивлениях /?ш1 и
Rmi (б).

Рис. 2.19. Схема включения ДПТ ПВ
(а)и механические характеристики (б) при шун тировании обмотки возбуждения:
— сопротивление шунта; — сопротивление последовательного резистора

Режимы торможения ДПТ ПВ. Для этого двигателя возможны два вида электрического торможения:

  • 1) динамическое;
  • 2) торможение противовключением.

Рекуперативное торможение невозможно,

поскольку ДПТ ПВ не имеет частоты вращения идеального холостого хода coq-

Динамическое торможение с независимым возбуждением

выполняют путем ограничения тока в обмотках якоря и возбуждения добавочными резисторами Лдт1 и Лд т2 по схеме, приведенной на рисунке 2.20,
а.
Недостаток динамического торможения с независимым возбуждением ДПТ ПВ — потребление из сети мощности, близкой к номинальной. Сопротивление ограничения Лд т2, включенное последовательно с обмоткой возбуждения, в режиме динамического торможения обычно выбирают из условия, чтобы ток в обмотке возбуждения не превышал номинального значения ^д.т2 =

Торможение противовключением

ДПТ ПВ достигается в двух случаях.

1. При активном статическом моменте Мся

путем введения большого добавочного сопротивления Л,. п1 (рис. 2.21). В результате уменьшается ток в цепи якоря, а следовательно, момент двигателя. Последний начинает снижать угловую скорость до со = 0 (точка С), а затем якорь изменяет направление вращения (см. рис. 2.21, кри-

Рис. 2.20. Схема (а) и механические характеристики (б)

ДПТ ПВ в режиме динамического торможения

Рис. 2.21. Мехавические характеристики ДПТ ПВ в режиме торможения про- тивовключением вая CD).

При равенстве моментов
М = МС
наступает установившийся режим вращения якоря с угловой скоростью —со,. = — ay Кривая
CD
соответствует режиму торможения противовключением.

2. При реактивном статическом моменте Мс

путем изменения полярности напряжения на зажимах якоря двигателя, оставляя неизменным направление тока в обмотке возбуждения (во избежание перемагничивания машины). Для ограничения тока в цепи якоря в режиме торможения противовключением вводят добавочное сопротивление п, поскольку в этом случае ЭДС и напряжение сети имеют одинаковую полярность,

Торможение противовключением в этом случае происходит по характеристике FK

Из-за зависимости магнитного потока от тока якоря ДПТ последовательного возбуждения обладают повышенными пусковыми и перегрузочными способностями.

Электродвигатели постоянного тока. Устройство и работа. Виды

Электрические двигатели, приводящиеся в движение путем воздействия постоянного тока, применяются значительно реже, по сравнению с двигателями, работающими от переменного тока. В бытовых условиях электродвигатели постоянного тока используются в детских игрушках, с питанием от обычных батареек с постоянным током. На производстве электродвигатели постоянного тока приводят в действие различные агрегаты и оборудование. Питание для них подводится от мощных батарей аккумуляторов.

Устройство и принцип работы

Электродвигатели постоянного тока по конструкции подобны синхронным двигателям переменного тока, с разницей в типе тока. В простых демонстрационных моделях двигателя применяли один магнит и рамку с проходящим по ней током. Такое устройство рассматривалось в качестве простого примера. Современные двигатели являются совершенными сложными устройствами, способными развивать большую мощность.

Главной обмоткой двигателя служит якорь, на который подается питание через коллектор и щеточный механизм. Он совершает вращательное движение в магнитном поле, образованном полюсами статора (корпуса двигателя). Якорь изготавливается из нескольких обмоток, уложенных в его пазах, и закрепленных там специальным эпоксидным составом.

Статор может состоять из обмоток возбуждения или из постоянных магнитов. В маломощных двигателях используют постоянные магниты, а в двигателях с повышенной мощностью статор снабжен обмотками возбуждения. Статор с торцов закрыт крышками со встроенными в них подшипниками, служащими для вращения вала якоря. На одном конце этого вала закреплен охлаждающий вентилятор, который создает напор воздуха и прогоняет его по внутренней части двигателя во время работы.

Независимого возбуждения

Дата добавления: 2013-12-23 ; просмотров: 4222 ; Нарушение авторских прав

Тормозные режимы двигателя постоянного тока

У двигателя постоянного тока независимого (параллельного) возбуждения возможны следующие тормозные режимы: рекуперативный, противовключением и динамическое торможение.

Рекуперативный тормозной режим у двигателя постоянного тока возникает в том случае, когда со стороны рабочей машины приложен мо­мент, действующий в ту же сторону, что и электромагнитный. Под действием этих моментов якорь начинает разгоняться. При частоте вращения приложенное к якорю напряжение сети уравновесится ЭДС двигателя, т.е. UH = ЕДВ. Ток якоря и электромагнитный момент двигателя при этой частоте вращения равны ну­лю. Увеличение частоты вращения выше приводит к тому, что ЭДС бу­дет больше напряжения сети, а ток и электромагнитный момент поменяют свой знак (направление). Двигатель переходит в тор­мозной режим, называемый рекуперативным. Рекуперация означа­ет преобразование двигателем постоянного тока механической или запасенной во вращающихся частях кинетической энергии обратно в электрическую и отдачу ее в сеть. Таким образом, рекуперативный тормозной режим в рассматриваемых машинах во­зможен, если

Читать еще:  Частотный регулятор оборотов трехфазного асинхронного двигателя

ЕДВ = UСЕТИ или ДВ >O

При этом знак тока и момента меняется на противоположный (отрицательный). Уравнение характеристик (2.5) и (2.9) в ре­куперативном режиме:

: . (2.21)

Значение коэффициентов и не изменяется, так как не меняются U, r, Ф. Характеристика машины в режиме рекуперативного торможения является продолжением характеристики двигательного режима. Момент на валу становится отрицательным

после (Рис.2.6).

Рис. 2.6. Механическая характеристика двигателя постоянного тока параллельного возбуждения при рекуперативном торможении.

На практике рекуперативный тормозной режим можно исполь­зовать в следующих случаях:

на стендах послеремонтного испытания ДВС в качестве нагрузки на валу. Двигатель внутреннего сгорания запускают в работу и разгоняют вместе с соединенной с ним на одном валу машиной постоянного тока до частоты вращения. Загрузку ДВС ре­гулируют, изменяя значение напряжения на якоре или вводя доба­вочное сопротивление в цепь якоря;

в электрифицированных подъемно-транспортных механизмах при спуске груза или движении под уклон. В этом случае вклю­чают двигатель для движения вниз (механическая характеристи­ка находится в третьем квадранте).

В начале разгона до частоты вращения направления действия моментов двигателя и груза совпадают. Затем знак момента двигателя меняется, так как изменилось направление тока. На частоте вращения момент дви­гателя уравновешивается

моментом груза МC.

Рис.2.7. Механическая характеристика двигателя постоянного тока параллельного возбуждения в рекуперативном режиме при опускании груза.

Далее спуск идет с постоянной частотой вращения . Так как , электрический дви­гатель переходит в режим рекуперативного торможения. В этом случае запасенная потенциальная энергия груза преобразуется в электрическую и отдается в сеть (рис.2.7);

в установках, регулирующих частоту вращения изменением напряжения или потока. Допустим, с помощью управляемого выпрямителя (или генератора) уменьшаем напряжение на якоре с UH до U1 (рис. 2.8). Двигатель переходит из точки 1 с естественной характеристики в точку 2. При снижении угловой скорости от до происходит рекуперативное торможение.

Рис.2.8. Механическая характеристика электропривода вентилятора с двигателем постоянного тока параллельного возбуждения

при пониженном напряжении.

Таким образом, следует отметить:

1) режим рекуперативного торможения возможен при

условии, когда ЕДВ > UСЕТИ или .

2) в режиме рекуперативного торможения электрическая машина преобразует механическую энергию, поступающую с вала от рабочей машины, в электрическую и отдает ее в сеть. Для доказательства рассмотрим уравнения ЭДС данного тормозного режима:

. (2.22)

Умножим левую и правую части на I:

I. (2.23)

В режиме рекуперативного торможения в сеть отдается мощ­ность, равная механической за вычетом потерь в якоре.

Рис. 2.9. Механическая характеристика ДПТ НВ в режиме

противовключения при реверсе.

Режим противовключения на практике осуществляется в двух случаях – при реверсе и тормозном спуске груза.

При реверсе – изменении направления вращения в момент переключения напряжения на якоре не изменяются значение и направление вращения, т.е. ω1 = ω3 за счет сил инерции. Под действием напряжения, сменившего знак, в якоре изменяется направление тока и момента двигателя (положительный М1 на отрицательный М3) (рис.2.9).

От точки 3 до точки 4 машина работает в режиме противовключения. Выражения механической и электромеханической характеристик:

; (2.25)

. (2.26)

В режиме тормозного спуска со стороны рабочей машины к валу двигателя прикладывается встречный активный момент такого значения, что двигатель сначала останавливается, а затем начинает вращаться в обратную сторону (против включения).

На рис.2.10, изображен МС — график активного момента, создаваемого, например, грузом поднимаемого лебедкой, а 1 – естественная механическая характеристика электродвигателя. Допустим, что подъем идет с частотой вращения ω1. Если в цепь якоря ввести добавочное сопротивление RДОБ, то двигатель перейдет на искусственную механическую характеристику 2. Момент двигателя уменьшится до значения М2. Так как М2 2 . ) (2 — 17

Анализируя полученные уравнения, можно отметить: характеристики проходят через начало координат (рис.2.12); характеристики находятся в четвертом и втором квадрантах; наклон механических характеристик, как и в двигательном режиме, определяется значениями и потока Ф.

Особенности режима динамического торможения заключаются в следующем: при остановленном двигателе динамический момент равен ну­лю; в области малых частот вращения значение тормозного момента ма­ло.

Рис. 2.12. Механические характеристики ДПТ НВ в режиме

Если умножить левую и правую части уравнения электромеха­нической характеристики на ток, получим:

(rя + RДОБ)I 2 = сФНI; ΔРЭЛ = РМЕХ . (2.30)

Таким образом, вся подведенная к валу от рабочей машины механическая мощность преобразуется в электрическую и идет в якорную цепь двигателя постоянного тока, где выделяется в виде

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector