Электрические машины конспект лекций

При условии постоянства потока эта характеристика также будет линейной и вполне подобной скоростной характеристике. Такие пологие характеристики, когда скорость с ростом нагрузки падает незначительно, называются жесткими характеристиками. Так как двигатели параллельного возбуждения имеют жесткую характеристику, они применяются для привода тех машин, которые требуют более или менее постоянную скорость (чаще всего для привода металлорежущих станков).

ВОПРОСЫ

24.3.1.Можно ли при постоянном напряжении на двигателе увеличить скорость идеального холостого хода?

а) нельзя; б) можно.

24.3.2.Как сделать механическую характеристику двигателя более крутой?

24.3.3.Во сколько раз по сравнению с номинальной нагрузкой увеличатся потери в якоре двигателя при двукратной перегрузке по моменту?

а) в два раза; б) в четыре раза;

â) â 2 ðàç.

24.4. Двигатель последовательного возбуждения

Двигатель последовательного возбуждения, в отличие от генератора последовательного возбуждения, широко распространен. Особенностью этого двигателя (рис. 24.4) является то, что у него ток якоря и ток возбуждения — это один и тот же ток:

I â I à .

Таким образом, поток в двигателе последовательного возбуждения будет изменяться в зависимости от тока якоря. В соответствии с этим скоростная характеристика двигателя, определяемая тем же выражением (24.6), будет уже нелинейной (рис. 24.5). При идеальном холостом ходе (I a 0 è 0) ñêî-

271

M C M I a Ê M I a2 ,

ãäå Ê M C M Ê .

В насыщенном двигателе квадратичная зависимость момента от тока якоря места не имеет, но все равно момент увеличива-

272

ется с ростом тока якоря быстрее, чем увеличивается ток. В связи с этим двигатель последовательного возбуждения хорошо переносит нагрузки.

Механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения, n f M , по своим очертаниям походит на

скоростную.

Двигатели последовательного возбуждения широко применяются там, где часто встречаются перегрузки, но исключена возможность холостого хода (электровозы, трамваи, троллейбусы, подъемно-транспортные машины).

ВОПРОСЫ

24.4.1. В каком случае число витков обмотки возбуждения больше: при последовательном возбуждении ñ или при параллельном ø ?.

à) ñ ø ; á) ñ ø .

24.4.2. Может ли двигатель последовательного возбуждения, работая без каких-либо добавочных сопротивлений, иметь номинальный момент при токе якоря, отличающемся от номи-

25,2 А. Определить скорость двигателя. Зависи-

273

двигателя смешанного возбуждения

274

Лекция 25

УПРАВЛЕНИЕ ДВИГАТЕЛЯМИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

25.1. Пуск в ход двигателей постоянного тока

Способы пуска. Для двигателей постоянного тока могут быть применены три способа пуска:

1)прямой, при котором обмотка якоря подключается непосредственно к сети;

2)реостатный, при котором в цепь якоря включается пусковой реостат для ограничения тока;

3)путем плавного повышения напряжения, которое подается на обмотку якоря.

Прямой пуск. Обычно в двигателях постоянного тока падение напряжения I íîì # Ra во внутреннем сопротивлении цепи якоря составляет 5–10 % от Uíîì, поэтому при прямом пуске ток якоря

I ï U íîì 10–20 Iíîì,

#Ra

что создает опасность поломки вала машины и вызывает сильное искрение под щетками. По этой причине прямой пуск применяют в основном для двигателей малой мощности (до нескольких сотен ватт), в которых сопротивление # R относительно велико, и лишь в отдельных случаях — для двигателей с последовательным возбуждением мощностью в несколько киловатт. При прямом пуске таких двигателей

I ï 4–6 Iíîì.

276

Реостатный пуск. Этот способ получил наибольшее распространение. В начальный момент пуска при n 0 òîê

U

I ï # Ra Rï .

Максимальное сопротивление пускового реостата Rï подбирается так, чтобы для машин большой и средней мощности ток якоря при пуске I ï 1,4–1,8 Iíîì, а для машин малой мощности I ï 1–2,5 Iíîì.

Процecc реостатного пуска двигателя с параллельным возбуждением представлен на рис. 25.1, à. В начальный период пуск осуществляется по реостатной характеристике 6, соответствующей максимальному значению сопротивления Rï пускового реостата; при этом двигатель развивает максимальный пусковой момент Mï.ìàêñ. По мере разгона момент двигателя уменьшается, так как с увеличением частоты вращения растет ЭДС E

которого значения Mï.ìàêñ часть сопротивления пускового реостата выводится, вследствие чего момент снова возрастает до Mï.ìàêñ. При этом двигатель переходит на работу по реостатной характеристике 5 и разгоняется до значения Mï.ìèí.

Таким образом, уменьшая постепенно сопротивление пускового реостата, осуществляют разгон двигателя по отдельным отрезкам реостатных характеристик 6, 5, 4, 3 è 2 (см. жирные линии на рис. 25.1, à) до выхода на естественную характеристику 1. Средний вращающий момент при пуске

M ï.ñð 0,5 M ï.ìàêñ M ï.ìèí const,

вследствие чего двигатель разгоняется с некоторым постоянным ускорением. Таким же способом пускается в ход двигатель с последовательным возбуждением (рис. 25.1, á). Количество ступеней пускового реостата зависит от жесткости естественной характеристики и требований, предъявляемых к плавности пуска (допустимой разности M ï.ìàêñ M ï.ìèí ). Пусковые реостаты

рассчитывают на кратковременную работу под током.

277

Рис. 25.1. Графики изменения: à — частоты вращения; á — момента и тока якоря при реостатном пуске двигателя с параллельным возбуждением; â — с последовательным возбуждением

Пуск путем плавного повышения питающего напряжения. При реостатном пуске возникают довольно значительные потери энергии в пусковом реостате. Этот недостаток можно устранить, если пуск двигателя осуществить путем плавного повышения напряжения, подаваемого на его обмотку. Однако для этого необходимо иметь отдельный источник постоянного тока с регулируемым напряжением (генератор или управляемый выпрямитель).

ВОПРОСЫ

25.1.1. Двигатель параллельного возбуждения имеет следующие данные: Píîì 8 êÂò, U íîì 220 Â, nâ 1500 îá/ìèí, I íîì 42,6 À, rà 0,3 Îì, râ 178 Ом. Определить кратность

278

пускового тока в начальный момент пуска при прямом включе- нии и сопротивление пускового реостата, необходимое для ограничения пускового тока до двухкратного от номинального тока якоря.

25.1.2. Какой двигатель даст больший пусковой момент при одинаковой кратности пускового тока: параллельного возбуждения Mï.ø или последовательного Mï.ñ? Номинальные токи якоря и соответствующие им номинальные магнитные потоки одинаковы.

à) M ï.ø M ï.ñ ; á) M ï.ø M ï.ñ ; â) M ï.ø M ï.ñ .

25.1.3.Почему цепь возбуждения при пуске двигателя параллельного возбуждения должна находиться под полным напряжением, а регулировочный реостат в этой цепи должен быть выведен полностью?

25.1.4.Какие способы ограничения пускового тока применяются в двигателях постоянного тока?

25.2. Реверсирование двигателей постоянного тока

Изменение направления вращения двигателя постоянного тока может быть осуществлено двумя способами: изменением направления тока якоря (рис. 25.1, á) и изменением направления тока возбуждения (рис. 25.2, â). В первом случае изменение направления действия (знака) вращающего момента достигается за счет изменения направления тока якоря (см. выражение (24.2)), во втором — за счет изменения полярности (знака) потока. Для двигателей параллельного возбуждения предпочтительнее первый способ, хотя ток якоря во много раз больше тока возбуждения. Это объясняется, во-первых, тем, что в обмотке возбуждения, имеющей большое число витков и большую индуктивность, при быстром изменении направления тока индуктируется большая ЭДС самоиндукции, опасная для изоляции обмотки. Во-вторых, эта же ЭДС самоиндукции, реактивная по своей природе, затягивает процесс реверсирования, увеличивая его длительность. Индуктивность цепи якоря

279

Рис. 25.2. Способы реверсирования двигателя параллельного возбуждения: à — изменением направления тока якоря; б —изменением направления тока возбуждения

незначительна, поэтому при переключении якорного тока вышеуказанные явления отсутствуют.

У двигателей последовательного возбуждения обмотка возбуждения имеет малое число витков, и, соответственно, малую индуктивность. Поэтому здесь оба варианта реверсирования можно считать равноценными. Однако, чтобы не перемагничивать двигатель, и здесь обычно меняют на-

правление якорного тока.

280