Двигатели параллельного возбуждения

Естественные скоростная и механическая характеристики. Рассмотрим более подробно характеристики двигателя параллельного возбуждения, которые определяют его рабочие свойства.

Скоростная и механическая характеристики двигателя определяются равенствами (10-7) и (10-9) при U = const и i_B = const. При отсутствии дополнительного сопротивления в цепи якоря эти характеристики называются естественными.

Рис. 10-5. Переход двигателя

параллельного возбуждения

к новому режиму работы при

уменьшении потока

Если щетки находятся на геометрической нейтрали, при увеличении 1_а поток Фв несколько уменьшится вследствие действия поперечной реакции якоря. В результате этого скорость п, согласно выражению (10-7), будет стремиться возрасти. С другой стороны, падение напряжения R_aI_a вызывает уменьшение скорости. Таким образом, возможны три вида скоростной характеристики, изображенные на рис. 10-6; 1 — при преобладании влияния RJ_a\ 2 — при взаимной компенсации влияния RJ_a и уменьшения Ф₆; 3 — при преобладании влияния уменьшения Фа.

Ввиду того что изменение Ф_в относительно мало, механические характеристики п = f (M) двигателя параллельного возбуждения,

определяемые равенством (10-9), при U = const и г_в = const совпадают по виду с характеристиками п = f (I_a) (рис. 10-6). По этой же причине эти характеристики практически прямолинейны.

Характеристики вида 3 (рис. 10-6) неприемлемы по условиям устойчивости работы (см. § 10-3). Поэтому двигатели параллельного возбуждения изготовляются со слегка падающими характеристиками вида / (рис. 10-6). В современных высокриспользованных машинах ввиду довольно сильного насыщения зубцов якоря влияние поперечной реакции якоря может быть настолько большим, что получить характеристику вида / (рис. 10-6) невозможно. Тогда для получения такой характеристики на полюсах помещают слабую последовательную обмотку возбуждения согласного включения, н. с. которой составляет до 10% от н. с. параллельной обмотки возбуждения. При этом уменьшение Фв под воздействием поперечной реакции якоря частично или полностью компенсируется. Такую последовательную обмотку возбуждения называют стабилизирующей, а двигатель с такой обмоткой по-прежнему называется двигателем параллельного возбуждения.

Изменение скорости вращения An (рис. 10-6) при переходе от холостого хода (/„ = 1_а0) к номинальной нагрузке (1_а — 1_аи) у двигателя параллельного возбуждения при работе на естественной характеристике мало и составляет 2—8% от п_н. Такие слабо падающие характеристики называются жесткими. Двигатели параллельного возбуждения с жесткими характеристиками применяются в установках, в которых требуется, чтобы скорость вращения при изменении нагрузки сохранялась приблизительно постоянной (металлорежущие станки и пр.).

Рис. 10-6. Виды естественных скоростных и механических характеристик двигателя параллельного возбуждения

Регулирование скорости посредством ослабления магнитного потока производится обычно с помощью реостата в цепи возбуждения /?_{р в} (см. рис. 9-1, б; 10-2). При отсутствии добавочного сопротивления в цепи якоря (R_pa = 0) и U = const характеристики п — \ (1_а) и п = / (М), определяемые равенствами (10-7) и (10-9), для разных значений R_ps, i_B или Фа имеют вид, показанный да рис. 10-7. Все характеристики п = f (I_a) сходятся на оси абсцисс (п = 0) в общей точке при весьма большом токе 1_а, который, согласно выражению (10-5), равен

Рис. 10-7. Механические и скоростные характеристики двигателя параллельного возбуждения при разных потоках возбуждения

Ia=U/R_a.

Однако механические характеристики пересекают ось абсцисс в разных точках.

Нижняя характеристика на рис. 10-7 соответствует номинальному потоку. Значения п при установившемся режиме работы соответствуют точкам пересечения рассматриваемых характеристик с кривой М_ст = f (п) для рабочей машины, соединенной с двигателем (штриховая ли«ия на рис. 10-7).

Точка холостого хода двигателя (М = М_о, 1_а = /_а0) лежит несколько правее оси ординат на рис. 10-7. С увеличением скорости вращения п вследствие увеличения механических потерь М_о и 1_а0 также увеличиваются. Если в этом режиме с помощью приложенного.извне момента вращения начать увеличивать скорость вращения п, то Е_а [см. выражение (10-6)] будет увеличиваться, а 1_а и М будут, согласно равенствам (10-5) и (10-8), уменьшаться. При 1_а = 0 и М = 0 механические и магнитные потери двигателя покрываются за счет подводимой к валу мехнической мощности, а при дальнейшем увеличении скорости /_о и М изменят знак и двигатель перейдет в генераторный режим работы (участки характеристик на рис. 10-7 левее оси ординат).

Двигатели общего применения допускают по условиям коммутации регулирование скорости ослаблением поля в пределах 1: 2, Изготовляются также двигатели с регулированием скорости таким способом в пределах до 1: 5 или даже 1: 8, но в этом случае для ограничения максимального напряжения между коллекторными пластинами (см. § 5-3) необходимо увеличить воздушный зазор, регулировать поток по отдельным группам полюсов (см. § 10-3) или применить компенсационную обмотку. Стоимость двигателя при этом увеличивается.

Регулирование скорости сопротивлением в цепи якоря, искусственные механическая и скоростная характеристики. Если последовательно в цепь якоря включить добавочное сопротивление R_pa (рис. 10-8, а), то вместо выражений (10-7) и (10-9) получим

Сопротивление R_pa может быть регулируемым и должно быть рассчитано на длительную работу. Цепь возбуждения должна быть включена на напряжение сети.

Рис. 10-8. Схема регулирования скорости вращения двигателя параллельного возбуждения с помощью сопротивления в цепи якоря (а) и соответствующие механические и скоростные характеристики (б)

Характеристики п — f (М) и п = f (I_a) для различных значений /?_рг = const при U — const и i_B = const изображены на рис. 10-8, б (Rpai < Rpaz < ^_роз)- Верхняя характеристика (R_pa = 0) является естественной. Каждая из характеристик пересекает ось абсцисс (п — 0) в точке с

Продолжения этих характеристик под осью абсцисс на рис. 10-8 соответствуют торможению двигателя противовключением. В этом случае п < 0, э. д. с. Е_а имеет противоположный знак и складывается с-напряжением сети U, вследствие чего

а момент двигателя М действует против направления вращения и является поэтому тормозящим.

Если в режиме холостого хода (1_а = 1_п0) с помощью приложенного извне момента вращения начать увеличивать скорость враще-ьия, то сначала достигается режим 1_а = 0, а затем 1_а изменит направление и машина перейдет в режим генератора (участки характеристик на рис. 10-8, б слева от оси ординат).

Как видно из рис. 10-8, б, при включении R_pa характеристики становятся менее жесткими, а при больших величинах R_pa — круто падающими, или мягкими.

Если кривая момента сопротивления М_ст = / (п) имеет вид, изображенный на рис. 10-8, б штриховой линией, то значения п при установившемся режиме работы для каждого значения R_pa

Рис 10-9 Схема агрегата «генератор—двигатель» для регулирования скорости двигателя независимого возбуждения

определяются точками пересечения соответствующих кривых. Чем больше R_pa, тем меньше п и ниже к. п. д.

Регулирование скорости посредством изменения напряжения якоря может осуществляться с помощью агрегата «генератор—двигатель» (Г — Д), называемого также агрегатом Леонарда (рис. 10-9). В этом случае первичный двигатель ПД (переменного тока, внутреннего сгорания и т. п.) вращает с постоянной скоростью генератор постоянного тока Г. Якорь генератора непосредственно приключен к якорю двигателя постоя'нного тока Д, который служит приводом рабочей машины РМ. Обмотки возбуждения генератора ОВГ и двигателя ОВД питаются от независимого источника — сети постоянного тока (рис. 10-9) или от возбудителей (небольших генераторов постоянного тока) на валу первичного двигателя ПД. Регулирование тока возбуждения генератора t_{B г} должно производиться практически от нуля (на рис. 10-9 с помощью реостата, включенного по потенциометрической схеме). При необходимости реверсирования двигателя надо изменить полярность генератора (на рис. 10-9 с помощью переключателя Я).

Пуск двигателя Д и регулирование его скорости осуществляют следующим образом. При максимальном г_{в д} и г_{в г} = 0 производят пуск первичного двигателя ПД. Затем плавно увеличивают i_{g г}, и при небольшом напряжении генератора U двигатель Д придет во вращение. Регулируя, далее, U в пределах до U =* U_H, можно получить Любые скорости вращения двигателя до п = и_н. Дальнейшее увеличение п возможно путем уменьшения t_{B д}. Для реверсирования двигателя уменьшают t_{B г} до нуля, переключают ОВГ и снова увеличивают i_{B т} от значения i_{B r} = 0.

Когда рабочая машина создает резко пульсирующую нагрузку (например, некоторые прокатные станы) и нежелательно, чтобы пики нагрузки полностью передавались первичному двигателю или в сеть переменного тока, двигатель Д можно снабдить маховиком (агрегат Г—Д—М, или агрегат Леонарда — Ильгнера). В этом случае при понижении п во время пика нагрузки часть этой нагрузки покрывается за счет кинетической энергии маховика. Эффективность действия маховика будет больше при более мягкой характеристике двигателя ПД или Д.

В последнее время все чаще двигатель ПД и генератор Г заме-г няют ртутным или полупроводниковым выпрямителем с регулируемы!* напряжением. В этом случае рассматриваемый агрегат называют также вентильным (ионным, тиристорным)' п р и в о д о м.

Рассмотренные агрегаты используются при необходимости регулирования скорости вращения двигателя с высоким к. п. д. в широких пределах — до 1: 10 й более (крупные металлорежущие станки, прокатные станы и т. д.).

Отметим, что изменение U с целью регулирования п по схеме рис. 9-1, 0> и 10-8, а не дает желаемых результатов, так как одновременно с изменением напряжения цепи якоря изменяется пропорционально U также ток возбуждения. Так как регулирование V можно производить только от значения U — U_K вниз, то вскоре магнитная цепь окажется ненасыщенной, вследствие чего U и t_e будут изменяться пропорционально друг другу. Согласно равеяству (10-7), п при этом существенным образом не меняется.

В последнее время все больше распространяется так называемое импульсное регулирова н,.и е двигателей постоянного' зша. При этом цепь якоря двигателя питается от источника па-стйЯнного тока с постоянным напряжением через тиристоры, которые, периодически, с частотой 1000—ЗШО гц включаются' и отключаются. Чтобы сгладить пр» этом кривую тока якоря, на его зажимах подключаются конденсаторы. Напряжение на зажимах-якоря в этом случае практически постоянно и пропорционально отношению времени включения тиристоров ко времени-продолжи-тельдасти всего цикла. Таким образом, импульсный метод позво-

ляет регулировать скорость вращения даигателя при его питании от источника с постоянным напряжением в широких пределах без реостата в цепи якоря и практически без дополнительных потерь. Таким же образом, без пускового реостата и без дополнительных потерь, может производиться пуск двигателя.

Импульсный способ регулирования в экономическом отношении весьма выгоден для управления двигателями, работающими в режимах переменной скорости вращения с частыми пусками, например на электрифицированном транспорте.

Рабочие характеристики представляют собой зависимости потребляемой мощности Р_ъ< потребляемого тока /, скорости п, момента М и к. п. д. т] от полезной мощности Р₂ при U = const и неизменных положениях регулирующих реостатов. Рабочие характеристики двигателя параллельного возбуждения малой

Рис. 10-10. Рабочие характеристики

двигателя параллельного возбуждения

Р_а = 10 кет, U_H = 220 в, «_н =

= 950 об/мин

мощности при отсутствии добавочного сопротивления в цепи якоря представлены на рис. 10-10.

Одновременно с увеличением мощности на валу Р₂ растет и момент на валу М. Поскольку с увеличением Р_% и М скорость п несколько уменьшается, то М = Р₂/п растет несколько быстрее Р₂. Увеличение Р₂ и М, естественно, сопровождается увеличением тока двигателя /. Пропорционально / растет также потребляемая из сети мощность Р_г. При холостом ходе (Р₂ = 0) к. п. д. ц = 0, затем с увеличением Р₂ сначала ц быстро растет, но при больших нагрузках в связи с большим ростом потерь в цепи якоря г\ снова начинает уменьшаться.

Дата добавления: 2015-07-18