Autoservice-mekona.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Холостой ход двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

Схема включения и статические характеристики двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением

Особенностью двигателей постоянного тока является то, что ток якоря (ток нагрузки) одновременно является и током возбуждения. Известно, что магнитный поток зависит от тока возбуждения по нелинейному закону .

Схема включения двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением.

Зависимость магнитного потока от тока возбуждения в двигателе постоянного тока с последовательным возбуждением.

Чтобы определить зависимость между скоростью вращения и током якоря аппроксимируем нелинейную зависимость в линейную.

Подставим формулу электромеханической характеристики в уравнение.

Прежде чем построить электромеханическую и механическую характеристики этого двигателя, проведем анализ формул электромеханической и механической характеристик. При токе якоря, стремящемся к нулю и моменту двигателя, стремящемся к нулю, угловая скорость ω стремится к бесконечности. Отсюда ось скорости будет являться асимптотой и электромеханической и механической характеристик двигателя.

Рассмотрим второй случай: Ток якоря Iа стремится к бесконечности, момент стремится к бесконечности, следовательно:

Линия ωа будет представлять собой вторую асимптоту и электромеханической и механической характеристик.

Электромеханическая и механическая характеристики двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением.

Ток короткого замыкания и момент короткого замыкания превышают номинальные значения примерно в 10 раз, поэтому работа в этой точке приведет к разрушению двигателя.

Особенностью характеристик двигателя с последовательным возбуждением состоит в том, что при токе якоря, близком к нулю, и моменте, близком к нулю, скорость двигателя стремиться к бесконечности, начинается разнос двигателя. А так как характеристики не пересекают ось скорости, у двигателя постоянного тока отсутствует точка холостого хода.

Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения можно применять только для тех электроприводов, у которых отсутствует режим холостого хода, то есть их нельзя приводить в действие при отсутствии нагрузки на валу.

Если рассмотреть энергетические режимы работы электродвигателей, то у двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением отсутствует режим рекуперативного возбуждения, то есть режим работы генератора параллельно с сетью. Это связано с тем, что ЭДС двигателя меньше напряжения сети, из чего следует, что характеристика не может перейти во второй квадрант.

Как видно из характеристики, режим короткого замыкания возможен теоретически, но недопустим практически, так как ток короткого замыкания и момент короткого замыкания настолько велики, что приводят к разрушению электрической машины.

Характеристики двигателей с последовательным возбуждением

Рис. 3.8

Двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением имеют меньшее распространение по сравнению с другими двигателями. Они используются в установках с нагрузкой, не допускающей режима холостого хода. Позже будет показано, что работа двигателя последовательного возбуждения в режиме холостого хода может привести к разрушению двигателя. Схема подключения двигателя показана на рис. 3.8.

Ток якоря двигателя одновременно является и током возбужде­ния, так как обмотка возбуждения ОВ включена последовательно
с якорем. Сопротивление обмотки возбуждения достаточно мало, так как при больших токах якоря намагничивающая сила, достаточная для создания номинального магнитного потока и номинальной индукции в зазоре, достигается малым количеством витков провода большого сечения. Катушки возбуждения располагаются на главных полюсах машины. Последовательно с якорем может быть включен дополнительный реостат , который может использоваться для ограничения пускового тока двигателя.

Естественная скоростная характеристика двигателей последовательного возбуждения выражается зависимостью при
U = Uн = const. При отсутствии дополнительного реостата
в цепи якоря двигателя сопротивление цепи определяется суммой сопротивления якоря и обмотки возбуждения , которые достаточно малы. Скоростная характеристика описывается таким же уравнением, каким описывается скоростная характеристика двигателя с независимым возбуждением

.

Отличие заключается в том, что магнитный поток машины Ф создается током якоря I в соответствии с кривой намагничивания магнитной цепи машины. Для упрощения анализа предположим, что магнитный поток машины пропорционален току обмотки возбуждения, то есть току якоря . Тогда , где k – коэффициент пропорциональности.

Заменив магнитный поток в уравнении скоростной характеристики, получим уравнение:

.

График скоростной характеристики представлен на рис. 3.9.

Из полученной характеристики следует, что в режиме холостого хода, т. е. при токах якоря, близких нулю, частота вращения якоря в несколько раз превышает номинальное значение, а при стремлении тока якоря к нулю частота вращения стремится к бесконечности (ток якоря в первом слагаемом полученного выражения входит в знаменатель). Если считать формулу справедливой для весьма больших токов якоря, то можно сделать предположение, что . Полученное уравнение позволяет получить значение силы тока I, при котором частота вращения якоря будет равняться нулю. У реальных двигателей последовательного возбуждения при определенных значениях тока магнитопровод машины входит в насыщение, и магнитный поток машины изменяется незначительно при значительных изменениях тока.

Характеристика показывает, что изменение тока якоря двигателя в области малых значений приводит к значительным изменениям частоты вращения.

Характеристика механического момента

Рассмотрим характеристику момента двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением. , при U = U н = const.

Как уже показано, . Если магнитная цепь машины не насыщена, магнитный поток пропорционален току якоря ,
а электромагнитный момент М будет пропорционален квадрату тока якоря .

Полученная формула с математической точки зрения представляет собой параболу (кривая 1 на рис. 3.10). Реальная характеристика проходит ниже теоретической (кривая 2 на рис. 3.10), так как из-за насыщения магнитной цепи машины магнитный поток не пропорционален току обмотки возбуждения или току якоря в рассматриваемом случае.

Читать еще:  Ваз 2110 холодный двигатель плохо заводится на горячую

Характеристика момента двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением представлена на рисунке 3.10.

КПД двигателя последовательного возбуждения

Формула, определяющая зависимость КПД двигателя от тока якоря, для всех двигателей постоянного тока одинакова и не зависит от способа возбуждения. У двигателей последовательного возбуждения при изменении тока якоря механические потери и потери в стали машины практически не зависят от тока Iя . Потери же в обмотке возбуждения и в цепи якоря пропорциональны квадрату тока якоря. КПД достигает максимального значения (рис. 3.11) при таких значениях тока, когда сумма потерь в стали и механических потерь равна сумме потерь в обмотке возбуждения и цепи якоря.

При номинальном токе КПД двигателя несколько меньше максимального значения.

Механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения

Естественная механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения, т. е. зависимость частоты вращения от механического момента на валу двигателя , рассматривается при постоянном напряжении питания, равном номинальному напряжению U = Uн = const. Если магнитная цепь машины не насыщена, как уже утверждалось, магнитный поток пропорционален току якоря, т. е. , и механический момент пропорционален квадрату тока . Ток якоря в этом случае равен

,

а частота вращения

.

Или .

Подставив вместо тока его выражение через механический момент, получаем

.

Обозначим и ,

получаем .

Полученное уравнение представляет собой гиперболу, пересекающую ось моментов в точке .

Так как или .

Пусковой момент таких двигателей в десятки раз больше номинального момента двигателя.

Рис. 3.12

Общий вид механической характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения представлен на рис. 3.12.

В режиме холостого хода частота вращения стремится к бесконечности. Это следует из аналитического выражения механической характеристики при М → 0.

У реальных двигателей последовательного возбуждения час­тота вращения якоря в режиме холостого хода может в несколько раз превышать номинальную частоту вращения. Такое превышение опасно и может привести к разрушению машины. По этой причине двигатели последовательного возбуждения эксплуатируются в ус­ловиях постоянной механической нагрузки, не допускающей режима холостого хода. Такой тип механической характеристики относят к мягким механическим характеристикам, т. е. к таким механическим характеристикам, которые предполагают значительное изменение скорости вращения при изменении момента на валу двигателя.

3.4.3. Характеристики двигателей постоянного тока
смешанного возбуждения

Схема подключения двигателя смешанного возбуждения представлена на рис. 3.13.

Последовательная обмотка возбуждения ОВ2 может быть включенной так, что ее магнитный поток может совпадать по направлению с магнитным потоком параллельной обмотки ОВ1 или не совпадать. Если намагничивающие силы обмоток совпадают по направлению, то суммарный магнитный поток машины будет равен сумме магнитных потоков отдельных обмоток. Частота вращения якоря n может быть получена из выражения

.

В полученном уравнении и – магнитные потоки параллельной и последовательной обмоток возбуждения.

В зависимости от соотношения магнитных потоков и скоростная характеристика представляется кривой, которая занимает промежуточное положение между характеристикой того же двигателя при параллельной схеме возбуждения и характеристикой двигателя с последовательным возбуждением (рис. 3.14). Характеристика моментов займет также промежуточное положение между характеристиками двигателя последовательного и параллельного возбуждения.

В общем случае, с увеличением момента частота вращения якоря уменьшается. При определенном количестве витков последовательной обмотки можно получить очень жесткую механическую характеристику, когда частота вращения якоря практически не будет изменяться при изменении механического момента на валу.

Если магнитные потоки обмоток не совпадают по направлению (при встречном включении обмоток), то зависимость частоты вращения якоря двигателя от потоков опишется уравнением

.

При увеличении нагрузки ток якоря будет увеличиваться. При увеличении тока магнитный поток будет расти, а частота вращения n уменьшаться. Таким образом, механическая характеристика двигателей смешанного возбуждения с согласным включением обмоток является очень мягкой (см. рис. 3.14).

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) В этом двигателе (рисунок 1) обмотка возбуждения подключена к отдельному источнику питания. В цепь обмотки возбуждения включен регулировочный реостат rрег, а в цепь якоря — добавочный (пусковой) реостат Rп. Характерная особенность ДПТ НВ — его ток возбуждения Iв не зависит от тока якоря Iя так как питание обмотки возбуждения независимое.

Схема двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)

Механическая характеристика двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)

Уравнение механической характе­ристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения имеет вид

где: n — частота вращения вала двигателя при холостом ходе. Δn — изменение частоты вращения двигателя под действием механической нагрузки.

Из этого уравнения следует, что механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) прямолинейны и пересекают ось ординат в точке холостого хода n (рис 13.13 а), при этом изменение частоты вращения двигателя Δn, обусловленное изменением его механической нагрузки, пропорционально сопротивлению цепи якоря Rа =∑R + Rдоб. Поэтому при наименьшем сопротивлении цепи якоря Rа = ∑R, когда Rдоб = 0, соответствует наименьший перепад частоты вращения Δn. При этом механическая характеристика становится жесткой (график 1).

Механические характеристики двигателя, полученные при номинальных значениях напряжения на обмотках якоря и возбуждения и при отсутствии добавочных сопротивлений в цепи якоря, называют естественными рисунок 13.13, а (график 1 Rдоб = 0 ).

Если же хотя бы один из перечисленных параметров двигателя изменен (напряжение на обмотках якоря или возбуждения отличаются от номинальных значений, или же изменено сопротивление в цепи якоря введением Rдоб), то механиче­ские характеристики называют искусственными .

Искусственные механические характеристики, полученные введением в цепь якоря добавочного сопротивления Rдоб, называют также реостатными (графики 2 и 3).

Читать еще:  Что происходит с самолетом при отказе одного двигателя

При оценке регулировочных свойств двигателей постоянного тока наибольшее значение имеют механические характеристики n = f(M). При неизменном моменте нагрузки на валу двигателя с увеличением сопротивления резистора Rдоб частота вращения уменьшается. Сопротивления резистора Rдоб для получения искусственной механической характеристики, соответствующей требуемой частоте вращения n при заданной нагрузке (обычно номинальной) для двигателей независимого возбуждения:

где U — напряжение питания цепи якоря двигателя, В; Iя — ток якоря, соответствующий заданной нагрузке двигателя, А; n — требуемая частота вращения, об/мин; n — частота вращения холостого хода, об/мин.

Частота вращения холостого хода n представляет собой пограничную частоту вращения, при превышении которой двигатель переходит в генераторный режим. Эта частота вращения превышает номинальную nном на столько, на сколько номинальное напряжение Uном подводимое к цепи якоря, превышает ЭДС якоря Ея ном при номинальной нагрузки двигателя.

На форму механических характеристик двигателя влияет величина основного магнитного потока возбуждения Ф. При уменьшении Ф (при возрастании сопротивления резистора rpeг) увеличивается частота вращения холостого хода двигателя n и перепад частоты вращения Δn. Это приводит к значительному изменению жесткости механической характеристики двигателя (рис. 13.13, б). Если же изменять напряжение на обмотке якоря U (при неизменных Rдоб и Rрег), то меняется n, a Δn остается неизменным [см. (13.10)]. В итоге механические характеристики смещаются вдоль оси ординат, оставаясь параллельными друг другу (рис. 13.13, в). Это создает наиболее благоприятные условия при регулировании частоты вращения двигателей путем изменения напряжения U, подводимого к цепи якоря. Такой метод регулирования частоты вращения получил наибольшее распространение еще и благодаря разработке и широкому применению регулируемых тиристорных преобразователей напряжения.

Используемая литература: — Кацман М.М. Справочник по электрическим машинам

6.5 Задачи по машинам постоянного тока

1) Определить кратность пускового тока двигателя постоянного тока с номинальной мощностью Рн=4,5 кВт при непосредственном включении в сеть напряжением 220 В. Сопротивление цепи якоря RЯ=0,25 Ом, КПД двигателя =88%. Вычислить начальное значение сопротивления пускового реостата при условии понижения начального пускового тока до трехкратного номинального.

2) Номинальная мощность двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением Рн=4,2 кВт, номинальное напряжение UН=110 В, номинальная частота вращения nн=750 об/мин, КПД =78%, сопротивление цепи якоря Rя=0,15 Ом, сопротивление обмотки возбуждения RB=64 Ом. Определить величину пускового момента двигателя, если сопротивление пускового реостата RП=l ,2 Ом. Моментом холостого хода и изменением магнитного потока пренебречь.

3) Двигатель с параллельным возбуждением номинальной мощности Рн=1,5 кВт потребляет ток I=8,3 А при напряжении U=220 В. Определить ток в режиме холостого хода двигателя, если сопротивление цепи якоря RЯ=3 Ом, цепи возбуждения RВ=600 Ом.

4) Определить момент, потребляемый ток, а также токи в цепях якоря и возбуждения двигателя параллельного возбуждения, если мощность на валу Рн=4,5 кВт, подводимое напряжение U=220 В, частота вращения n=1000 об/мин. Сопротивление цепи возбуждения RB=137 Ом, КПД двигателя =81%.

5) Двигатель параллельного возбуждения имеет сопротивление в цепи якоря Rя=0,39 Ом. Сопротивление цепи возбуждения RB=137 Ом. В режиме холостого хода при напряжении U=220 В частота вращения двигателя n=1700 об/мин, потребляемый ток I=3,5 А. Определить частоту вращения двигателя при номинальной нагрузке двигателя с током I=43 А. Реакцией якоря пренебречь.

6) Определить частоту вращения двигателя параллельного возбуждения номинальной мощностью Рн=8 кВт, номинальным напряжением UH=220 В, КПД — =81% и номинальной частотой вращения n=1500 об/мин при уменьшении потребляемого тока вдвое. Ток возбуждения IB=1,7 А. Принять, что изменение потока, обусловленное реакцией якоря, составляет 2%.

7) При параллельном возбуждении ток якоря двигателя постоянного тока IЯ=32 А, сопротивление цепи якоря Rя=1 Ом. При согласном включении последовательной обмотки с сопротивлением RП=0,03 Ом частота вращения двигателя n=1500 об/мин. Определить магнитный поток в воздушном зазоре двигателя при напряжении U=220 В. Постоянный коэффициент Со=217. Ток в обмотке якоря считать неизменным.

8) Определить электромагнитный момент и ток в обмотке якоря двигателя параллельного возбуждения при напряжении U=220 В и частоте вращения n=1500 об/мин. Сопротивление цепи якоря RЯ=0,35 Ом, постоянный коэффициент с=160, магнитный поток Ф=0,8·10 -2 Вб.

9) Двигатель парллельного возбуждения при номинальном напряжении UH=220 В потребляет ток I=33,2 А и вращается с частотой 1000 об/мин, сопротивление цепи якоря RЯ=0,4 Ом, сопротивление цепи обмотки возбуждения RВ=160 Ом. Определить частоту вращения и электромагнитный момент двигателя при включении в цепь якоря дополнительного сопротивления RU=3 Ом, если ток в обмотке якоря и ток возбуждения остаются при этом неизменными.

10) Какое сопротивление необходимо включить в цепь якоря двигателя параллельного возбуждения номинальной мощности Рн =55 кВт с номинальным напряжением UH =220 В, чтобы при неизменных значениях номинального момента на валу и тока возбуждения частота вращения двигателя уменьшилась вдвое? Сопротивление цепи якоря RЯ=0,04 Ом; сопротивление цепи возбуждения Rb=54Om, КПД двигателя =89%.

Читать еще:  Автосигнализации с обратной связью и дистанционным запуском двигателя

11) Электромагнитный момент двигателя параллельного возбуждения М=56 Н·м при токе в обмотке якоря I=44,5 А. Постоянный коэффициент Со=166. Определить электромагнитный момент при согласном включении последовательной обмотки с числом витков wП=6. Характеристика намагничивания двигателя приведена в таблице 6.2.

Таблица 6.2 Характеристика намагничивания двигателя Ф=f(F)

12) Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением с частотой вращения 1500 об/мин потребляет ток I=14 А при напряжении U=220 В. Сопротивление цепи якоря Rя=1,7 Ом. Определить ЭДС якоря, электромагнитный момент двигателя, потребляемую мощность и электрические потери.

13) Двигатель с последовательным возбуждением работает при напряжении на зажимах U=220 В. Якорь двигателя вращается с частотой n=900 об/мин и развивает на валу момент М=250 Н·м. Сопротивление цепи якоря Rя=0,174 Ом, КПД — =90%. Вычислить: полезную мощность на валу двигателя, мощность, подводимую к двигателю, ток в обмотке якоря, электрические потери и ЭДС якоря.

14) Двигатель последовательного возбуждения работает от сети напряжением U=220 В, развивает на валу вращающий момент М=60 Н·м при токе Iн=50 А и частоте вращения 1400 об/мин. Определить КПД двигателя при введении в цепь якоря дополнительного сопротивления RU=0,8 и неизменном вращающем моменте на валу. То же, при понижении напряжения до 180В.

15) Определить потребляемый ток и частоту вращения двигателя последовательного возбуждения с номинальным напряжением UH=220 В, током I=65 А и частотой вращения n=750 об/мин, если при сохранении тормозного момента уменьшить напряжение на зажимах двигателя в 2 раза. Сопротивление цепи якоря RЯ=0,2 Ом.

16) Определить кратность пускового тока двигателя постоянного тока с номинальной мощностью Рн=4,5 кВт при непосредственном включении в сеть напряжением 220 В. Сопротивление цепи якоря RЯ= =0,25 Ом, КПД двигателя η = 88%. Вычислить начальное значение сопротивления пускового реостата при условии понижения начального пускового тока до трехкратного номинального.

17) Номинальная мощность двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением Рн=4,2 кВт, номинальное напряжение UН=110 В, номинальная частота вращения nн=750 об/мин, КПД η=78%, сопротивление цепи якоря Rя=0,15 Ом, сопротивление обмотки возбуждения RB=64 Ом. Определить величину пускового момента двигателя, если сопротивление пускового реостата RП=l ,2 Ом. Моментом холостого хода и изменением магнитного потока пренебречь.

18) Двигатель с параллельным возбуждением номинальной мощности Рн=1,5 кВт потребляет ток I=8,3 А при напряжении U=220 В. Определить ток в режиме холостого хода двигателя, если сопротивление цепи якоря R Я=3 Ом, цепи возбуждения R В=600 Ом.

19) Определить момент, потребляемый ток, а также токи в цепях якоря и возбуждения двигателя параллельного возбуждения, если мощность на валу Рн=4,5 кВт, подводимое напряжение U=220 В, частота вращения n=1000 об/мин. Сопротивление цепи возбуждения RB=137 Ом, КПД двигателя η=81%.

20) Двигатель параллельного возбуждения имеет сопротивление в цепи якоря Rя=0,39 Ом. Сопротивление цепи возбуждения RB=137 Ом. В режиме холостого хода при напряжении U=220 В частота вращения двигателя n=1700 об/мин, потребляемый ток I=3,5 А. Определить частоту вращения двигателя при номинальной нагрузке двигателя с током I=43 А. Реакцией якоря пренебречь.

21) Определить частоту вращения двигателя параллельного возбуждения номинальной мощностью Рн=8 кВт, номинальным напряжением UH=220 В, КПД — η=81% и номинальной частотой вращения n=1500 об/мин при уменьшении потребляемого тока вдвое. Ток возбуждения IB=1,7 А. Принять, что изменение потока, обусловленное реакцией якоря, составляет 2%.

22) При параллельном возбуждении ток якоря двигателя постоянного тока IЯ=32 А, сопротивление цепи якоря Rя=1 Ом. При согласном включении последовательной обмотки с сопротивлением R П=0,03 Ом частота вращения двигателя n=1500 об/мин. Определить магнитный поток в воздушном зазоре двигателя при напряжении U=220 В. Постоянный коэффициент Со=217. Ток в обмотке якоря считать неизменным.

23) Определить электромагнитный момент и ток в обмотке якоря двигателя параллельного возбуждения при напряжении U=220 В и частоте вращения n=1500 об/мин. Сопротивление цепи якоря R Я=0,35 Ом, постоянный коэффициент с=160, магнитный поток Ф=0,8·10 -2 Вб.

24) Двигатель параллельного возбуждения при номинальном напряжении UH=220 В потребляет ток I=33,2 А и вращается с частотой 1000 об/мин, сопротивление цепи якоря RЯ=0,4 Ом, сопротивление цепи обмотки возбуждения R В=160 Ом. Определить частоту вращения и электромагнитный момент двигателя при включении в цепь якоря дополнительного сопротивления RU=3 Ом, если ток в обмотке якоря и ток возбуждения остаются при этом неизменными.

25) Какое сопротивление необходимо включить в цепь якоря двигателя параллельного возбуждения номинальной мощности Рн =55 кВт с номинальным напряжением UH=220 В, чтобы при неизменных значениях номинального момента на валу и тока возбуждения частота вращения двигателя уменьшилась вдвое? Сопротивление цепи якоря RЯ=0,04 Ом; сопротивление цепи возбуждения RB=54Om, КПД двигателя η=89%.

26) Электромагнитный момент двигателя параллельного возбуждения М=56 Н-м при токе в обмотке якоря I=44,5 А. Постоянный коэффициент Со=166. Определить электромагнитный момент при согласном включении последовательной обмотки с числом витков wп=6. Характеристика намагничивания двигателя приведена в таблице 6.3.

Таблица 6.3 Характеристика намагничивания двигателя Ф=f(F)

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector