3. Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением. Принцип работы. Механические и рабочие характеристики.

У двигателя с параллельным возбуждением ОВ включена параллельно обмотке якоря. При этом ток, потребляемый двигателем из сети, .

Сопротивление регулировочного реостата возбуждения РР выбирается с таким расчетом, чтобы при номинальных напряжении и нагрузке скорость вращения двигателя также была бы номинальной. Ток в цепи возбуждения будет постоянным ( ), не зависящим от тока в обмотке якоря, т. е. от нагрузки. Это основное свойство двигателя с параллельным возбуждением.

Рабочие характеристики – это зависимости частоты вращения n, вращающего момента M, тока якоря I_A, потребляемой мощности P₁ и к.п.д. ɳ от мощности P₂ на валу двигателя при U=U_ном = const, I_в = const.

Скоростная характеристика определяется выражением , из которого следует, что при неизменных напряжении и токе возбуждения скорость вращения двигателя зависит от падения напряжения в цепи якоря и от реакции якоря, т. е. от основного потока Ф.

При увеличении нагрузки на вал двигателя возрастает полезная мощность двигателя , что сопровождается ростом тока I, потребляемого двигателем из сети. При этом увеличивается падение напряжения , что способствуёт уменьшению скорости п. Но одновременно с этим усиливается размагничивающее влияние реакции якоря, т. е. уменьшается основной магнитный поток Ф, что вызывает рост скорости п. Для устойчивой работы двигателя необходимо, чтобы с ростом нагрузки скорость вращения уменьшалась и скоростная характеристика имела падающий вид. Такая форма характеристики обеспечивается незначительным размагничивающим влиянием реакции якоря, т. е. преобладающим влияниём величины на скорость вращения двигателя.

Обычно уменьшение скорости вращения двигателей с параллельным возбуждением невелико и при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной не превышает 8—10%. Поэтому скоростную характеристику этих двигателей называют «жесткой».

Зависимость определяется выражением ,

где — угловая скорость вращения.

Из выражения следует, что характеристика имеет вид кривой, выходящей из начала координат. Криволинейный вид характеристики объясняется тем, что с ростом скорость п несколько уменьшается.

Вращающий момент двигателя М=М₀+М₂. Так как рабочие характеристики двигателя снимают при условии Iв=const , то момент х. М₀=const. Поэтому график зависимости М=f(P₂) проходит параллельно кривой М₂=f(P₂).

Если принять поток Ф=const, то график М=f(P2) является в тоже время выражением зависимости I_А=f(P₂), так как М=С_м·Ф·I_А. Таким же образом изменяется подводимая из сети электрическая мощность P₁ =U(I_Я+I_В). К.п.д. двигателя изменяется так же, как и у всех электрических машин.

Механическая характеристика двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением при , определяется из уравнения , откуда .

Подставляя значение , получаем .

Где n₀ - частота вращения в режиме хх; Δn - изменение частоты вращения, вызванное изменением нагрузки на валу двигателя.

Если пренебречь реакцией якоря и считать , то полученное уравнение будет уравнением прямой.

Выражение принято называть коэффициентом «мягкости» характеристик, оно представляет собой тангенс угла наклона характеристики к оси абсцисс. Чем больше угол наклона характеристики, тем значительнее изменяется число оборотов двигателя с изменением нагрузки, тем «мягче» характеристика.

Различают естественную и искусственную механические характеристики. Естественные характеристики получаются, когда добавочное сопротивление в цепи якоря . С увеличением этого сопротивления наклон характеристики увеличивается, и характеристика становится «мягче».

Изменение напряжения в цепи якоря. Этот способ применяется только при Iв=const, т.е. при раздельном питании цепей обмотки якоря и обмотки возбуждения. При изменении напряжения U меняется только частота вращения х. n₀, а жесткость механической характеристики остается постоянной, так как Δn от напряжения не зависит. Фактически имеется возможность только уменьшать напряжение питания якоря относительно его номинального значения , т.е. возможно регулировать скорость двигателя только вниз от основной (соответствующей естественной характеристике). Это обусловлено тем, что уже на стадии своего проектирования ДПТ рассчитывается на конкретное номинальное напряжение, превышение которого может привести к пробою изоляции. Для регулирования двигателей малой и средней мощности в качестве регулятора напряжения применяют регулируемые выпрямители, а для двигателей большой мощности – ГПТ независимого возбуждения.

С пособ обеспечивает плавное экономичное регулирование в широком диапазоне. Наибольшая частота вращения ограничивается условиями коммутации, а наименьшая – условиями охлаждения двигателя.

Еще одним достоинством этого способа является то, что он допускает безреостатный пуск двигателя при пониженном напряжении.

И зменение основного магнитного потока. Для изменения магнитного потока Ф в цепь обмотки возбуждения включают регулировочный реостат r_рг. При увеличении сопротивления реостата уменьшается ток возбуждения Iв и, следовательно уменьшается магнитный поток Ф, а частота вращения увеличивается и наоборот. (↑r_рг⇒↓I_в ⇒↓Ф⇒ n↑)

При изменении магнитного потока Ф меняется жесткость механической характеристики, так как меняются и n₀ и Δn.

Рассмотренный способ регулирования частоты вращения прост и экономичен, так как в ДПТ параллельного возбуждения ток Iв=(0,01 ÷ 0,07)Iа ном, а поэтому потери в регулировочном реостате невелики.

Но диапазон регулирования невелик. Объясняется это тем, что нижний предел частоты обусловлен насыщением машины, ограничивающим значение магнитного потока Ф, а верхний предел частоты – опасностью «разноса» двигателя и усилением влияния реакции якоря, искажающее действие которого при ослаблении основного магнитного потока Ф усиливается и ведет к искрению и круговому огню на коллекторе.

Двигатели с параллельным возбуждением применяются для привода механизмов, требующих постоянной скорости вращения при переменной нагрузке и в то же время возможности ее плавного и в широких пределах регулирования.