Съдържание Увод 6 Глава Конструктивни особености, класификация и основни характеристики на постояннотоковите двигатели 8



страница2/5
Дата01.08.2018
Размер0.93 Mb.
1   2   3   4   5
Глава 2

Управление на постояннотоков двигател
2.1. Основни понятия, характеристики и зависимости при постояннотоковите двигатели

2.1.1. Видове характеристики

Най-често се ползват три вида характеристики: механични, електромеханични и работни. Те се дават при постоянно напрежение U и постоянен възбудителен ток Iв.



Механична характеристика на двигателя се нарича зависимостта между момента, развиван от двигателя М и скоростта на въртенето му ω (или оборотите му n) - M=f(ω), или ω=f(М) (или M=f(n), или n=f(М)). В електрозадвижването механичната характеристика на двигателя е прието да се изобразява в координатната система - М по абсцисната и ω по ординатната ос, а в електромашиностроенето - в координатната система ω, М.

Електромеханичната характеристика свързва механични с електрически величини. Тя изразява зависимостта на скоростта на двигателя от тока в котвата ω=f(Iа) или n=f(Iа). Тази зависимост се нарича понякога и скоростна характеристика.

Работните характеристики изразяват зависимостта на n, M, I, , а при двигателите за променлив ток и cos от натоварването, т.е. от механичната якост.
Скоростта на двигателя в установения режим на работа се изменя с изменението на статичния съпротивителен момент в зависимост от вида на механичната характеристика на двигателя. Установен режим на работа имаме, когато при зададен статичен момент на вала на двигателя скоростта, токът и моментът на двигателя остават постоянни. Въртящият момент на двигателя винаги следва измененията на статичния съпротивителен момент на вала на двигателя. Когато при зададен постоянен статичен съпротивителен момент на вала моментът и скоростта на двигателя не остават постоянни, а се изменят по време (при пускане, изменение на товара, спиране), режимът на работа на двигателя се нарича преходен. Механичните характеристики на двигателя имат важно значение и при преходните процеси. Те оказват влияние върху характера на протичането на преходния процес и служат при неговото изследване. Механичните характеристики, построени за установения режим на работа, се наричат статични, а за преходния — динамични.

Механичните характеристики на двигателите се разделят на естествени (автоматични) и изкуствени (реостатни). Естествена механична характеристика се нарича зависимостта ω =f(M) при нормални условия на работа на двигателя, т. е. при нормално напрежение, честота (при двигателите за променлив ток), възбудителен ток (при двигателите за постоянен ток), нормална схема на включване и липса на външно (добавъчно) съпротивление в роторната верига на двигателя. На естествената механична характеристика се намира точката на номиналния режим на работа на двигателя. Изкуствена механична характеристика се наричат същите зависимости, получени при напрежение, различно от номиналното, и при наличие на добавъчно съпротивление в котвената верига.

За разлика от работните механизми почти при всички електродвигатели освен синхронните и противокомпаундните с увеличаване на въртящия момент скоростта на въртенето намалява. Степента на изменение на скоростта при изменение на въртящия момент за различните двигатели е различна и характеризира твърдостта на механичната характеристика. Твърдостта на механичната характеристика представлява отношението на нарастването на скоростта към нарастването на момента и се дава с коефициента на твърдост

β%=(Δn% / ΔM%) .100, (2.1)

където Δn е отклонението на оборотите в проценти, а ΔM е отклонението на въртящия момент в проценти.

В зависимост от степента на твърдост механичните характеристики на двигателя се разделят на три основни групи:

1. Абсолютно твърда механична характеристика. Скоростта на двигателя остава постоянна независимо от изменението на момента на вала му (крива 1, фиг. 2.1). Такава характеристика имат синхронните двигатели, двигателите за постоянен ток със смесено възбуждане с насрещно действие на последователната намотка. Тук коефициентът на твърдост β =0.

2. Твърда (шунтова) механична характеристика. При нарастване на момента скоростта незначително се намалява (крива 2, фиг. 2.1). Такава характеристика имат двигателите за постоянен ток с паралелно възбуждане, трифазните асинхронни двигатели в работната част на механичната им характеристика и някои колекторни двигатели.

Характеристиката се нарича твърда, ако при изменение на товара от нула до номиналния изменението на скоростта на двигателя Δω е в границите 1—10% от номиналната скорост.

3. Мека (серийна) механична характеристика. При изменение на момента скоростта значително се изменя (крива 3, фиг. 2.1). Намаляването на скоростта от празен ход на двигателя до номиналния товар е над 10%.

Мека характеристика имат двигателите за постоянен ток с последователно възбуждане (серийните двигатели), някои колекторни двигатели за променлив ток, компаундните двигатели с преобладаващи ампернавивки на последователната (серийната) намотка, двигателите за постоянен ток с паралелно възбуждане и трифазните асинхронни двигатели с навит ротор при включване на значително външно съпротивление в роторната им верига. Асинхронните двигатели при sK имат твърда характеристика, а при s>sK — мека с голяма стръмнина.

При силно противокомпаундиран двигател за постоянен ток със смесено възбуждане с увеличаване на момента скоростта също се увеличава. Такава механична характеристика се нарича нарастваща или противокомпаундна (крива 4, фиг. 2.1). Тези характеристики в практиката не се използуват.
2.1.2. Основни зависимости

Обобщената принципна схема на свързване на постояннотоковия двигател е показана на фиг. 2.2.

Уравнението на механичната характеристика ω=f(Μ) на двигателя за постоянен ток може да бъде получено от уравнението за равновесието на електродвижещите напрежения във веригата на котвата при установения режим на работа и от израза за развивания от двигателя въртящ момент.

Като е известно от механиката, въртящият момент на цилиндричния ротор е



или , (2.2)

където F е периферната тангенциална сила, която създава въртенето, r - радиусът на ротора, а D - неговият диаметър.

При електродвигателите силата F се дължи на взаимодействието на тока в ротора с магнитното поле на статора. Нарича се електромагнитна сила. Тя се определя от основния закон

(2.3)

където B е магнитната индукция на полето, която действа на проводник с дължина l, когато през него протича ток I, при = 900 ( - ъгълът между тока и магнитните линии, определен от техните посоки).

Приложеното към изводите на двигателя напрежение U се уравновесява от индуктираното в котвената намотка е. д. н. Е и от загубата на напрежение във веригата на котвата IaRa>0, т. е.

(2.4)

(2.5)

или


, (2.6)

където:


n - скорост на въртене на котвата на двигателя, об/min;

ω - ъглова скорост на въртене на котвата, rad/s;

Φ - магнитен поток на двигателя, Wb;

p - брой на чифтовете полюси на двигателя;

а - брой на паралелните клонове на котвената намотка;

N - брой на активните проводници на котвената намотка;

или са постоянни коефициенти, които зависят от конструктивните параметри на двигателя.

Ако заместим стойността на е. д. н. от (2.5) и (2.6) в (2.4), получаваме израза



(2.7)

или


(2.8)

Като решим (2.7) и (2.8) относно скоростта на двигателя, намираме уравнението на механичната характеристика



(2.9)

(2.10)

Въртящият момент на двигателя за постоянен ток, изразен в kgf .m, се дава с формулата

(2.11)

където


(2.12)

или


(2.13)

е константа на двигателя.

Тогава за е. д. н. E и момента на двигателя M можем да запишем

(2.14)

(2.15)

Изразът (2.15) показва, че въртящият момент е пропорционален на магнитния поток, който се създава от един магнитен полюс и на тока в котвата.

Скоростта на един електродвигател може да се определи от индуктираното електродвижещо напрежение в котвата от уравнения (2.5) и (2.6)

(2.16)

или


, (2.17)

където:


cE и c’E – константи (от уравнения 2.5 и 2.6);

Е - ЕДН, което може да се изрази чрез приложеното напрежение U и пада на напрежението в котвата, като се използва равенството (2.4)

(2.18)

При електродвигателите основни са следните две величини: въртящ момент и скорост на въртенето, а също и техните изменения.

Въртящият момент е най-характерната величина за един двигател. Той се изменя по време на ускоряване на двигателя до достигане на установен режим. Различават се:

1. Начален или пусков въртящ момент - Мп. Това е моментът при потегляне на двигателя.

2. Номинален въртящ момент - Мн - при номинално натоварване на двигателя.

3. Максимален въртящ момент - Ммакс. Това е най-големият въртящ момент, който двигателят може да развие.

На въртенето на електродвигателя се противопоставя съпротивителен или товарен момент /Мт/. Той се дължи както на извършваната полезна работа, така и на силите на триене, съпротивлението на въздуха и на други причини.

В началото, при потегляне на двигателя, въртящият момент трябва да бъде по-голям от съпротивителния: Мп Мт. Под влияние на разликата им двигателят се ускорява. При изравняване на двата момента, въртенето става равномерно.

Моментът на вала на двигателя Μ се различава от електромагнитния момент Мем с ΔΜ вследствие загубите в стоманата и механичните загуби. При двигателен режим моментът на вала на двигателя ще бъде винаги по-малък от електромагнитния, а при генераторен режим - по-голям с ΔМ. Тъй като ΔΜ е 2-6% от номиналния момент, смятаме, че моментът на вала на двигателя е равен на електромагнитния.

Като определим тока Iа от (2.11) и го заместим в (2.9) и (2.10), получаваме уравнението на механичната характеристика



(2.19)

или ако моментът е изразен чрез ω



(2.20)

Получените уравнения (2.9), (2.10), (2.19) и (2.20) са валидни за всички двигатели за постоянен ток. Ако във веригата на котвата на двигателя не е включено допълнително съпротивление, падът на напрежението IaRa е сравнително малък и може да се пренебрегне. Тогава от (2.4) намираме



(2.21)

Нормално падът IaRa=5-10%.UH, a Е=90-95%.Uн. При U=const, Е=сEnФ=const, откъдето



nФ = const или ωФ = const. (2.22)

От равенство (2.22) се вижда, че механичните свойства на машините за постоянен ток зависят от изменението на магнитния поток, т. е. от начина на възбуждане на машината. Изменението на магнитния поток в зависимост от натоварването определя изменението на скоростта, а оттам и характера на механичната характеристика на машината.

В зависимост от начина на присъединяването на възбудителната намотка към котвата се различават следните видове двигатели:

1. Двигатели с паралелно или независимо възбуждане, при които възбудителната намотка се включва паралелно на котвата или към независим източник за постоянен ток. При тях магнитният поток не зависи от товара (Ф=const) и следователно ω=const; механичните им характеристики са твърди.



2. Двигатели с последователно възбуждане, при които възбудителната намотка е включена последователно на котвата. Магнитният поток зависи от товара Ф=f(Iа) и механичните им характеристики са меки.

3. Двигатели със смесено възбуждане, при които има две

възбудителни намотки - паралелна и последователна.


Механична мощност

Както е известно от механиката, механичната мощност на едно въртящо се тяло е равна на произведението от въртящия момент и ъгловата му скорост. Когато роторът извършва n оборота в минута, механичната мощност ще бъде



(2.23)

Ако М е в кг.м , n - об./мин., Р - ват, то Р = 0,1047 М.n

От изрази (2.23), (2.11) и (2.5) за механичната мощност се получава

(2.24),

тъй като множителят cЕ е същият, както в израза (2.5)

Следователно получената механична мощност се определя от електродвижещото напрежение Е, а не от приложеното напрежение U. Последното определя електрическата мощност, която двигателят ще консумира от мрежата. Само частта Е.Ia се превръща в механична мощност. Останалата част отива за покриване на различните загуби.

Ефективност на двигателя

За да се изчисли ефективността на двигателя, механичната изходна мощност се разделя на електрическата входна мощност.



, (2.25)

където η е ефективността на преобразуване на енергията, Pe е електрическата входна мощност, а Pm е механичната изходна мощност.

В опростения случай Pe = UI, and Pm = Mω, където U е входното напрежение, I е входния ток, M е изходния въртящ момент, а ω е изходната ъглова скорост.

Често η се представя в проценти и представлява коефициента на полезно действие на двигателя.


2.2. Основни схеми на включване на възбудителната намотка

Ако приемем, че постояннотоковия двигател с четки има възбудителна намотка за създаване на статорното магнитно поле, тя би могло да се свърже към същия захранващ източник, с който се захранва и котвената намотка (а не към самостоятелен източник, както беше представено на фиг. 2.2). Тогава съществуват общо три варианта:

- шунтово (паралелно) – А от фиг. 2.3;

- серийно (последователно) – В от фиг. 2.3;

- компаундно (смесено) – С от фиг. 2.3.

Тогава за постояннотоковите двигатели с четки може да се обобщи, че са общо пет типа:

1. Постояннотоков шунтов двигател;

2. Постояннотоков сериен двигател;

3. Постояннотоков компаунден двигател:

- Еднопосочно свързване;

- Противопосочно свързване;

4. Постояннотоков двигател с постоянни магнити;

5. Постояннотоков двигател с независимо възбуждане.
2.2.1. Постояннотокови двигатели с независимо възбуждане и с постоянни магнити

Когато възбудителната намотка и котвата се захранват от отделни източници на ток, тогава двигателят е с независимо възбуждане.

По време на работа на електродвигателя, котвата му се върти в магнитното поле на статора и затова в нея се индуктира ЕДН Е, както при генератора. Това означава, че по време на работа двигателят има и генераторни свойства. По правилото на трите пръста на дясната ръка се установява, че Е е противоположно на напрежението U, приложено на двигателя, поради което се нарича противоелектродвижещо напрежение. Токът в котвата се определя по закона на Ом за част от верига, съдържаща ЕДН. За двигател с независимо възбуждане (фиг. 2.4) токът е

(2.26)

Тук Rк е съпротивлението на котвата, а Iк е токът през нея.

На фиг. 2.4а,б са изобразени основната и пълната схема с необходимите реостати за пускане и регулиране на скоростта /Rn и Rp/. Този двигател се предпочита, когато възбудителната му намотка получава напрежение от специален източник на постоянен ток, чието напрежение може да се регулира. Това дава възможност да се регулира скоростта на двигателя в широки граници. Характеристиките на двигателя с независимо възбуждане са почти както тези на двигателя с паралелно възбуждане.

ЕДН Е се определя от израза (2.16) Е = c.Ф.n. Той показва, че при увеличаване на скоростта n, E нараства, а разликата U - Е - намалява. При номинална скорост тази разлика е 3 до 15 % от приложеното напрежение U. Тогава токът не е голям, въпреки че съпротивлението на котвата е много малко.

При пускане на двигателя протича ток, наречен пусков или начален. Той се определя от горния израз, като се вземе предвид, че в първия миг роторът е неподвижен и следователно Е = 0.

(2.27)

Ясно е, че пусковият ток е много голям, защото липсва противно ЕДН. Той може да бъде 10-20 пъти по-голям от номиналния ток в двигателя. Това явление се нарича токов удар. От големия ток изолацията на проводниците може да се овъгли, а колекторът - да се повреди.

За да се намали пусковият ток, последователно на котвата се включва пусков реостат. Той е метален или течен. За първия се използва желязо - хромови или желязо-силициеви сплави, а за течния - електролит, например воден разтвор на готварска сол, в който са потопени електроди. Пусковите реостати имат 4-5 стъпала. Започва се от най-голямото съпротивление. То се оразмерява така, че токът при пускане да бъде I1 = 2,0 2,5 Iн (Iн - номинален ток на двигателя). Двигателят се ускорява, токът намалява и когато достигне стойност I2 = 1,2 1,5 Iн, се минава на друго стъпало, с по-малко съпротивление. Различните стъпала са оразмерени така, че токът да се изменя приблизително в едни и същи граници - от I1 до I2 (фиг. 2.5). На тази фигура е изобразена графиката на изменението на тока в зависимост от скоростта n, когато съпротивлението на стъпалния реостат се намалява. При достигане на установената скорост, пусковият реостат се изключва.

Реостатът се изчислява за ток Отношението на този среден ток към номиналния ток на двигателя се избира толкова по голямо, колкото двигателят е по-тежко натоварен. Приемат се следните стойности за това отношение:



I1 = (2,0 до 2,5)Iн

I2 = (1,2 до 1,5)Iн (2.28)

Таблица 2.1. Връзка между среден и номинален ток при различни натоварвания



Натоварване



леко

средно


тежко

0,65 - 0,75

1,3 - 1,5

1,7 - 2,0

Времето, през което двигателят достига установената скорост, е от 6 до 10 сек при двигателите с мощност до 10 kW и става по-голямо при двигателите с по-голяма мощност. Само малки електродвигатели могат да се включват направо към мрежата, понеже съпротивлението на навивките им е по-голямо, а освен това се ускоряват много бързо.

При постояннотоковите двигатели с постоянни магнити магнитния поток на статора може да се приеме за константа, като по този начин горните зависимости важат и при този тип двигатели. Тук разликата е, че не е възможно да се извърши регулиране на скоростта и въртящия момент чрез изменение на магнитния поток, тъй като той е конструктивно зададен.
2.2.2. Постояннотоков двигател с последователно възбуждане (сериен двигател)

Електрическата схема на серийния двигател е изобразена на фиг. 2.5а. Възбудителната му намотка е свързана последователно с котвата и затова тя е с малко навивки от дебел проводник. В същата верига последователно е включен и пусковият реостат. Тук токът в котвата Iк е и ток в индуктора Iв, поради което пусковият реостат променя тока и в двете части. Зависимостите за двигател с последователно възбуждане са:



Iк = Iв = I (2.29)

(2.30)

Характеристики: при серийните двигатели за постоянен ток се ползват най-често електромеханичните характеристики, изразяващи въртящия момент и скоростта в зависимост от големината на тока. Те са изобразени на фиг. 2.5б. Тук се дава опростеното им математическо извеждане.

Като се има предвид, че магнитният поток е пропорционален на възбудителния ток, а въртящият момент е пропорционален на тока в котвата и че Iк = Iв =I, следва че



М = k.I2 (2.31)

т.е. въртящият момент е пропорционален на квадрата на тока. Това е едната електромеханична характеристика. Тя е парабола, допираща се до абсцисната ос I. Изобразена е графически на фиг. 2.5б с линията М. В началото, при пускане на двигателя, началният ток е много голям, дори и при използване на пусков реостат. На графиката Iнач е изобразен вдясно.

Скоростта на въртенето се определя от израза (2.16)

или (2.32)

Като се има предвид, че падът на напрежението в двигателя (Rк + Rв).I е много малък и може да се пренебрегне и че магнитният поток е пропорционален на общия ток, то горният израз се опростява и за n се получава



(2.33)

Най-често напрежението се поддържа постоянно. В такъв случай скоростта на въртене е обратно пропорционална на тока. Тази зависимост определя другата електромеханична характеристика. Тя е хипербола, изобразена на фиг. 2.5б с линията n.



Работен режим. Свойствата на двигателя при работен режим се изследват съобразно характеристиките, изобразени на фиг. 2.5б. Тук трябва да се разгледат два режима – преходен режим при пускане на двигателя и установен режим, когато скоростта на двигателя е постоянна. Като се вземе предвид, че въртящият момент е пропорционален на квадрата на тока, следва че началният въртящ момент Мнач е извънредно голям, дори и при напълно включен пусков реостат. Може да се каже, че измежду всички познати електродвигатели, серийният двигател за постоянен ток има най-голям начален въртящ момент. Затова той тръгва дори и тежко натоварен, отначало бавно, като скоростта му се увеличава постепенно. Режимът ще стане установен, когато се достигне пресечната точка на характеристиката на въртящия момент с тази на товарния момент. При постоянен товар, което често се случва в практиката, товарният момент се изобразява с права, успоредна на абсцисната ос I. Щом започне въртенето, създава се ЕДН Е, токът според израза (2.18) намалява, въртящият момент също намалява, докато се изравни с товарния момент. Това именно става в пресечната точка А на двете характеристики, наречена работна точка. От този момент нататък скоростта става постоянна. Тя отговаря на ординатата на точка А от характеристиката n – I.

Според законите на механиката при увеличаване на натоварването скоростта намалява, ЕДН – също. Токът в двигателя се увеличава, което според характеристиката довежда до още по-голямо спадане на скоростта и до рязко увеличаване на въртящия момент. Когато последният се изравни с работния момент, се получава друга работна точка В. Обратно, при намаляване на товара, става изменение на работната точка вляво и надолу /точка С/, а скоростта силно нараства. Въобще серийният двигател се характеризира със силно влияние на товара върху скоростта. Ако накрая двигателят остане без товар, т. е. премине в режим на празен ход, скоростта му расте неограничено като клони към безкрайност и може да стане опасна от гледна точка на механичната здравина на машината. Казва се, че машината се форсира и може да се пръсне от центробежните сили. Това състояние не трябва да се допуска. Ето защо връзката на двигателя с товара трябва да бъде твърда или със зъбни колела. Не трябва да се допуска свързване с ремък, тъй като при евентуалното му скъсване двигателят ще остане на празен ход. Препоръчва се да има възможност за автоматично изключване на двигателя при недопустимо увеличаване на скоростта. Въобще серийният двигател за постоянен ток не трябва да се пуска при натоварване по-малко от 20-25 % от номиналната му мощност. Само много малки двигатели, с мощност до 0,2 kN, могат да се пускат ненатоварени, защото триенето и съпротивлението на въздуха са значителен товар за тях.



Пускане на двигателя. След като е изпълнено горното условие, пускането се извършва при включено пълно съпротивление на пусковия реостат Rn (фиг. 2.5в). Той е свързан последователно с котвата и с възбудителната намотка и има 4-5 стъпала. Стъпалата са подбрани така, че да се изключват постепенно, токът да се изменя в границите от I1 до I2 по подобие случая на фиг. 2.4. Вместо наклонените праволинейни характеристики, по които се извършва процесът на пускане, в случая те са хиперболи, съобразно характеристиката n-I на този двигател.
Регулиране скоростта на сериен двигател за постоянен ток. Под регулиране скоростта на един двигател се разбира нейното изменение по желание при постоянно натоварване, т.е. при постоянен ток. Според израза (2.32) n = , където R = Rk + Rв+Rn, това може да се извърши чрез изменение на U, на Rn и на Ф.

Регулирането на скоростта чрез изменение на подаваното напрежение U става трудно, тъй като за това е необходим специален източник на постоянен ток.

Вторият начин е чрез изменение съпротивлението на пусковия реостат Rn. По този начин може да се постигне само намаляване на скоростта. На фиг. 2.6 е изобразена с надебелена линия естествената характеристика n при Rn = 0, а линиите под нея са съответно при по-големи съпротивления. Така се получават по-малки скорости n1, n2 и т.н. Регулирането на скоростта по този начин е плавно, но не е икономично, защото се губи електрическа енергия в пусковият реостат (той се загрява). Въпреки това, този начин се прилага често на практика.

Третият начин за регулиране на скоростта е чрез изменение на магнитния поток Ф или все едно на възбудителния ток Iв. За тази цел успоредно на възбудителната намотка е включен регулиращ реостат (фиг. 2.5в. Колкото по-малко е съпротивлението на този реостат, толкова по-голям ток се отклонява през него, а по-малък остава през възбудителната намотка, поради което потокът се намалява. От това следва увеличаване на скоростта.

На фиг. 2.7 са изобразени естествените характеристики n’ при Rр = 0 и две други над нея. С регулиращия реостат може само да се увеличава скоростта над нормалната. Така се получават по-големи скорости (n1; n2). Диапазонът на регулирането е 2:1. Този начин на регулиране също много често се прилага в практиката.
Приложение на серийния двигател за постоянен ток. Приложението на този двигател е много голямо. Това следва от неговите свойства:

а/ има много голям начален въртящ момент;

б/ скоростта му може да се регулира в широки граници с диапазон по-голям от 4:1;

в/ характеристиката му е “мека”, което означава, че при малък товар той се върти бързо, а при голям товар – бавно. Той е най-удобен за приложение в транспорта като тягов двигател на трамваи, тролеи, електрически локомотиви и др. На равен терен техният двигател може да развива голяма скорост, а по стръмните места ще се върти бавно, като същевременно развива голям въртящ момент, необходим за случая. Например в трамваите и в тролеите в София се използват такива двигатели за напрежение 550 V. Единият проводник от електрическата линия е над релсите и е за постоянен ток със същото напрежение. За втори проводник се използват релсите, които са заземени. При тролеите, поради липса на релси и двата проводника са над земята.

При електрическите влакове единият проводник е над релсите, а за втори проводник служат самите релси. Поради големите разстояния, за да се намалят загубите на електрическа енергия, се налага напрежението да бъде много високо (27 000 V) и то променливо, за да може да се трансформира лесно в по-ниско. Напрежението 27 000 V се включва в локомотива, понижава се с трансформатор и се изправя с токоизправител. Едва тогава се подава на серийни двигатели за постоянен ток (обикновено 4 на брой) за напрежение 1000 V.

Същият вид двигател се използва и в електрокарите и електроавтомобилите, но те ползват като източник на постоянен ток акумулаторна батерия, поставена в тях.

Особено е приложението на серийния двигател в обикновените бензинови автомобили. За да се запали бензиновият двигател, буталата му трябва да бъдат задвижени, за което се изискват големи усилия. Това се извършва със сериен двигател поради много големия му начален въртящ момент. Източник на постоянен ток за него също е акумулатор.

2.2.3. Постояннотоков двигател с паралелно възбуждане (шунтов двигател)

Възбудителната намотка на този двигател е свързана успоредно на котвата, както това е показано на фиг. 2.8а. За да бъде възбудителният ток малък, намотката се прави с много навивки от тънък проводник. Успоредното свързване на котвата и на възбудителната намотка показва, че двете вериги са независими една от друга и токът в тях може да се променя с отделни реостати – пусковия Rn във веригата на котвата и регулиращия Rp – във възбудителната намотка /ВН/.

О
сновните зависимости за този двигател са:

I = Iк + Iв (2.34)

Като Iв е много по-малък от Iк и затова I Iк и



(2.35)

При пускане на двигателя, когато Е = 0, големият начален ток се намалява чрез пусковия реостат. Той трябва непременно да бъде включен напълно, особено при двигатели с голяма мощност. С увеличаване на скоростта стъпалата на реостата се изключват постепенно и когато скоростта стане нормална, пусковият реостат се изключва.

При спиране на двигателя също трябва да се използва реостатът Rn. Обратно, постепенно трябва да се включват стъпалата на реостата и чак след това да се изключи токът.

За шунтовия двигател е много опасно внезапното му спиране, без да е изключен токът, например при рязко увеличаване на натоварването, тъй като тогава Е спада до нула и токът силно нараства (виж израза (2.35)) и двигателят ще изгори.



Характеристики. При постоянно съпротивление на възбудителната верига токът в нея ще бъде неизменен при Rв = const, тъй като се счита, че напрежението на мрежата U е неизменено. Това показва, че магнитният поток също е постоянен при Rв = const и не зависи от натоварването. Затова според израза (11), въртящият момент ще стане:

M = cM.Ф.Iк = c.Iк (2.36)

Той е пропорционален на тока в котвата. Началният момент също е голям, но не колкото при серийния двигател. Достига стойност 1,7 до 2 Мном.

Скоростта на въртене се определя от израза

(2.37)

Скоростта е обратно пропорционална на магнитния поток или все едно на възбудителния ток.

Качествата на този двигател при натоварване се характеризират от зависимостите на М, n и I и от полезната механична мощност P, която е товар за двигателя. Тези характеристики са изобразени на фиг. 2.8б. От тях се вижда, че въртящият момент и токът нарастват пропорционално на натоварването (зависимостта е линейна), а скоростта намалява при увеличаване на натоварването или все едно на тока, но незначително. Намаляването не превишава 5-10 % от номиналната скорост на двигателя. Това се дължи главно на независимостта на възбудителния ток от изменението на тока в котвата.

Регулиране скоростта на шунтовия двигател. Както при предишния двигател, то може да се извърши с пусковия реостат Rn и с регулиращия реостат Rp, показани на фиг. 2.8а. Rn е свързан последователно с котвата, а Rp – последователно с възбудителната намотка. С пусковия реостат скоростта може да се намалява под номиналната, а с регулиращия реостат – да се увеличава над номиналната скорост на двигателя. Така се постига плавно изменение на скоростта в граници до  30 % от номиналната скорост, което се счита все пак за голям интервал.

Приложение. Двигателят с паралелно възбуждане се прилага в случаите, в които се изисква скоростта да остава почти постоянна с изменение на товара и от друга страна лесно да се регулира. Използва се в много строителни машини.
2.2.4. Постояннотоков двигател със смесено възбуждане (компаунден двигател)

Индукторът на този двигател има две намотки: едната – с малко навивки от дебел проводник, свързана последователно с котвата, а другата – с много навивки от тънък проводник, свързана успоредно на котвата (фиг. 2.9а). Свързването на двете възбудителни намотки може да бъде еднопосочно или противопосочно. При еднопосочно свързване двата магнитни потока имат еднаква посока и взаимно се подпомагат. Този двигател има малко приложение.

Ако свързването е противопосочно, двата магнитни потока имат противни посоки. С увеличаване на натоварването, магнитният поток на паралелната намотка се запазва, но потокът на последователната расте, поради което общият поток се намалява. При по-малък поток съгласно израза (2.16) скоростта следва да нараства. Нарастването се прави толкова голямо, че да компенсира намаляването на скоростта, предизвикано от пада на напрежението в котвата – виж равенство (2.30). Така се получава почти постоянна скорост, независимо от натоварването на двигателя – механична характеристика (фиг. 2.9б). Противопосочното свързване се употребява именно в случаите, когато задвижваните съоръжения трябва да имат постоянна скорост. Двигателите със смесено възбуждане са значително по-скъпи.


1   2   3   4   5


База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2016
отнасят до администрацията

    Начална страница