Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ОГЛАВЛЕНИЕ
ГЛАВА1
ВВЕДЕНИЕ 4
1.1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ФУНКЦИИ 4
1.2 МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
ДВИГАТЕЛЕЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ МЕХАНИЗМОВ 5
1.3 КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН 7
ГЛАВА2
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА 9
2.1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ 9
2.1.1 Устройство машины постоянного тока 9
2.1.2 Электродвижущая сила якоря 10
2.1.3 Уравнение вращающего момента 12
2.1.4 Реакция якоря 13
2.1.5 Процесс коммутации 14
2.2 ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА 16
2.2.1 Режим генератора постоянного тока 16
2.2.2 Характеристики генераторов постоянного тока 18
2.2.3 Генератор с независимым возбуждением 18
2.2.4 Процесс самовозбуждения генератора постоянного тока 19
2.2.5 Генератор с паралельным возбуждением 20
2.2.6 Генератор со смешанным возбуждением 20
2.3 ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА 21
2.3.1 Режим двигателя постоянного тока 21
2.3.2 Характеристики двигателей постоянного тока 22
2.3.3 Двигатель с независимым возбуждением 23
2.3.4 Двигатель с паралельным возбуждением 24
2.3.5 Двигатель с последовательным возбуждением 24
2.3.6 Двигатель со смешанным возбуждением 25
ГЛАВА 3
ДВИГАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 27
3.1 АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ 27
3.1.1 Принцип действия асинхронного двигателя 27
3.1.2 Вращающееся магнитное поле 28
3.1.3 Логическая диаграмма функционирования 30
3.1.4 Скольжение 31
3.1.5 Элементы конструкции асинхронного двигателя 32
3.1.6 Электродвижущие силы ротора и статора 34
3.1.7 Основные уравнения асинхронного двигателя 35
3.1.8 Вращающий момент 36
3.1.9 Механическая характеристика 37
3.1.10 Потери мошности и КПД двигателя 39
3.1.11 Рабочие характеристики 40
3.2 СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ 40
3.2.1 Основные понятия 40
3.2.2 Принцип действия 41
3.2.3 Основные уравнения двигателя 43
3.2.4 Характеристики двигателя 45
ГЛАВА 4
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МИКРОМАШИНЫ 48
4.1 ОДНОФАЗНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ 48
4.1.1 Двигатели с пусковыми обмотками 49
4.1.2 Двигатели с расщепленными полюсами 50
4.2 КОЛЛЕКТОРНЫЕ ДВИГАТЕЛИ 51
4.2.1 Motores de repulsгo 51
4.2.2 Motores de induзгo com partida а repulзгo 52
4.2.3 Motores de repulsгo-induзгo 53
4.3 УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ 54
4.4 ОДНОФАЗНЫЕ СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ 54
4.4.1 Двигатель с постоянными магнитами 54
4.4.2 Гистерезисный двигатель 54
4.4.3 Реактивный двигатель 56
4.4.4 Шаговые двигатели 57
ГЛАВА 5
ЭЛЕКТРИЧЕКИЕ АППАРАТЫ УПРАВЛЕНИЯ 60
5.1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ 60
5.2 ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ 60
5.2.1 Электромагниты постоянного тока 60
5.2.2 Электромагниты переменного тока 63
5.2.3 Рабочий цикл электромагнита 67
5.3 РЕЛЕ 68
5.3.1 Осеовные понятия 68
5.3.2 Электромагнитное реле 69
5.3.3 Реле времени 70
5.3.4 Тепловое реле 70
5.4 КОНТАКТОРЫ 71
5.4.1 Основные понятия и устройство контактора 71
5.4.2 Схема подключения контактора 73
БИБЛИОГРАФИЯ 74
ГЛАВА 1
ВВЕДЕНИЕ
1.1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ФУНКЦИИ
Электропривод - это система, которая преобразует электрическую энергию в механическую, совершает при этом работу и контролирует процесс преобразования.
Схема электропривода содержит электрический двигатель с аппаратурой управления и контроля, органы передачи энергии от двигателя к производственному механизму и сам производственный механизм.
Основные функции электропривода:
а) включение и отключение двигателя от сети питания;
б) управление и (или) контроль необходимых характеристик, таких как, частота вращения, момент, мощность, ток и т.д., во время пуска и торможения, в процессе регулирования скорости.
Функция защиты двигателя специальная, она существует для любого типа электропривода. Поэтому будем рассматривать двигатель всегда с элементами защиты.
Блок-схемы на рисунках 1.1-1.3 иллюстрируют основные типы электропривода.
Рис.1.1
Рис.1.2
Рис.1.3
На рисунке 1.1 представлена простейшая схема электропривода с заданными элементами управления и без контроля параметров процесса.
Рисунок 1.2 демострирует разомкнутую схему с контролем процесса преобразования, но без обратной связи.
На последней блок-схеме (Рис.1.3) представлена замкнутая автоматическая схема с обратной связью.
Итак схема электропривода имеет три основных элемента:
1) электродвигатель;
2) нагрузка (производственный механизм);
3) управление и контроль (контроллер).
1.2 МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
ДВИГАТЕЛЕЙ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ МЕХАНИЗМОВ.
УСЛОВИЕ УСТОЙЧИВОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Механическая характеристика М = f (n) - это основная характеристика для выбора схемы электропривода, причем основные критерии выбора: стабильность и экономичность.
В зависимости от своих механических характеристик, производственные механизмы делятся на следующие группы (Рис.1.4):
1) постоянный момент сопротивления (например: подъемные краны, транспортеры, лифты и т.д.);
2) линейно-возрастающий момент сопротивления (например: мельницы, насосы, электрические пилы и т.д.);
3) нелинейно-возрастающий момент сопротивления (например: вентиляторы, смесители, центрифуги, компрессоры и т.д.);
4) нелинейно-спадающий момент сопротивления (например: металлорежущие станки и прокатные станы.)
Различные электрические двигатели имеют также разные механические характеристики (Рис.1.5):
1) синхронные двигатели;
2) асинхронные двигатели;
3) двигатели постоянного тока с параллельным возбуждением;
4) двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением.
Электропривод работает в точке, где пересекаются механические характеристики двигателя и производственного механизма. Назовем момент производственного механизма Мс (моментом сопротивления) и вращающий момент двигателя Мд. Тогда условие устойчивой работы электропривода будет:
M M
2 1 4 3 1
4 3 2
n n
Рис.1.4 Рис.1.5
Рисунок 1.6 демонстрирует два случая: устойчивой и неустойчивой работы системы (точка Р).
M Mc2 = f(n)
Mc1 = f(n)
Mд = f(n)
P
n
n1 np n2
Рис.1.6
В первом случае [ Mд = f(n) e Mc1 = f(n) ], какое-либо изменение частоты вращения вызывает возврат в точку Р.
Например, когда частота вращения уменьшается до n1, вращающий момент Mд увеличивается, тогда как момент сопротивления Mc1 уменьшается. В этом случае результирующий момент ускоряет систему и возвращает ее к частоте вращения np.
Если частота вращения увеличится до n2, вращающий момент Mд станет меньше момента сопротивления Mc1 возникает торможение системы и возврат к частоте вращения np.
Во втором случае [ Mд = f(n) e Mc2 = f(n) ], уменьшение частоты вращения до n1 вызывает появление тормозного момента который еще больше уменьшает частоту вращение до полной остановки системы.
С другой стороны, если частота вращения увеличится до n2, вращающий момент становится больше момента сопротивления и система идет в "разнос".
Разность Mд - Mc2 = Mуск называется момент ускорения.
Формула
дает нам связь между:
t - временем разгона [сек],
J - моментом инерции [ ],
Mуск - моментом ускорения [ Н м ] и
n - частотой вращения [ 1/сек ].
Эта формула обычно используется для расчета времени пуска или торможения электропривода.
После краткого введения перейдем к изучению основного элемента любой схемы электропривода, к электрическим машинам.
1.3 КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Различные типы электрических машин могут быть классифицированы по разному, например:
1) двигатели и генераторы;
2) постоянного, переменного и пульсирующего тока;
3) большой и малой мощности (микромашины).
Для различных систем электропривода можно использовать как пример классификации "дерево электрических двигателей" (Рис.1.7).
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
ДВИГАТЕЛИ
ПУЛЬСИРУЮЩИЙ ПЕРЕМЕННЫЙ ПОСТОЯННЫЙ
ТОК ТОК ТОК
- с перем. магн. - с постоянными
ШАГОВЫЙ сопротивлением УНИВЕРСАЛЬНЫЙ магнитами
ДВИГАТЕЛЬ - с постоянными ДВИГАТЕЛЬ - с послед. возб.
магнитами - с парал. возб.
- гибридный - со смеш. возб.
ОДНОФАЗНЫЙ ЛИНЕЙНЫЙ ТРЕХФАЗНЫЙ
ДВИГАТЕЛЬ ДВИГАТЕЛЬ ДВИГАТЕЛЬ
асинхронный синхронный синхронный асинхронный
с фазным с к.з. - с фазным ротором
ротором ротором - с к.з. ротором
- с пусковыми - с постоянными
обмотками магнитами
- с расщеплен. - гистерезисный
полюсами - реактивный
Рис. 1.7
ГЛАВА2
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
2.1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
2.1.1 Устройство машины постоянного тока
Электрическая машина постоянного тока (МПТ) реверсивна, т.е. она может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя.
МПТ состоит из двух основных частей:
- первая неподвижная называется статор и предназначена для создания магнитного поля,
- вторая вращающаяся называется якорь.
Схематически устройство МПТ представлено на рисунке 2.1.
Статор состоит из:
- стального корпуса (станина);
- двух главных полюсов (N,S) с катушками которые создают рабочий магнитный поток p.
Якорь (ротор) вращается в неподвижном магнитном поле.
Внешний диаметр ротора меньше внутреннего диаметра статора и это пространство образует воздушный зазор.
Обмотки. На внешней поверхности якоря сделаны пазы в которые уложены обмотки. Каждые два проводника образуют виток. Несколько витков соединяются в секцию. Проводники секции соединяются с соседними пластинами коллектора.
Коллектор собран из медных изолированных пластин и насажен на ось якоря. Количество пластин равно числу секций обмотки якоря.
Щетки изготавливаются из графита и устанавливаются в щеткодержателях. За счет специальных пружин щетки осуществляют скользящий контакт между вращающейся обмоткой и внешней цепью. Щетки располагаются на геометрической нейтрали.
Рабочий магнитный поток p пронизывает якорь и две половины корпуса статора. Перпендикулярно оси полюсов проходит геометрическая нейтраль (ГН).
Рис.2.1
2.1.2 Электродвижущая сила якоря
Рассмотрим один виток обмотки состоящий из двух диаметрально противоположных проводников расположенных на якоре машины и вращающихся с частотой n (Рис.2.2). Он является источником переменной электродвижущей силы. Эта э.д.с. равна нулю, когда виток проходит геометрическую нейтраль и максимальна, когда он проходит ось полюсов N-S. Расположим на якоре множество витков, идентичных ранее рассмотренному, и соединим их последовательно.
Проводники находящиеся слева от геометрической нейтрали являются источниками э.д.с. одного направления, а справа источниками э.д.с. противоположного направления.
Рис.2.2 Рис.2.3
Если представим все наводимые э.д.с. в виде источников (E), то получим эквивалентную электрическую схему (Рис.2.3). Когда якорь вращается напряжение между точками К и М почти постоянно. Если точки К и М не соединены с внешней цепью, то нет тока в обмотках. Если теперь соединить точки К и М с внешней цепью, то две группы витков (две группы источников на рисунке 2.3), называемые параллельными ветвями будут создавать электрический ток I = I/2 + I/2.
Понятно, что каждая э.д.с. переменна и реально существует пульсация э.д.с. (Рис.2.4). Амплитуда пульсации уменьшается с ростом числа пластин коллектора (т.е. параллельных ветвей обмотки). Для 50 пластин пульсация равна 0.4% от среднего значения э.д.с. Е. То есть практически можно считать э.д.с. Е постоянной.
В этом случае коллектор и щетки осуществляют контакт между обмоткой якоря и внешней цепью и выполняют функцию механического выпрямителя.
Рис.2.4
Электродвижущая сила для одного проводника будет
Так как магнитный поток проходит два воздушных зазора, то
= 2 p
и t = 1/n (где n - частота вращения)
тогда E = 2 n p.
Если число проводников N, то число витков N/2. Поэтому для двухполюсной машины э.д.с.будет
E = N n p.
Назовем "2p" число полюсов и "2a" число параллельных ветвей, тогда для многополюсной машины получим следующую формулу:
2.1.3 Уравнение вращающего момента
Очевидно, что машина постоянного тока может работать как в качестве двигателя, так и генератора и принцип действия остается одинаковым, однако наименование механического момента различно.
Для генератора, который поставляет электрическую энергию, э.д.с. возникают в проводниках обмоток. Согласно закону Ленца создаются механические силы и момент сопротивления противоположный вращающему моменту машины приводящей генератор во вращение.
Согласно принципу сохранения энергии электрическая мощность генератора равна механической мощности приводного механизма
Pэл = E Iя = Pмех = M,
без учета потерь мощности.
То есть
и тогда зная, что
,
получим окончательную формулу вращающего момента
2.1.4 Реакция якоря
Линии магнитного поля создаваемые статором выходят из северного полюса N, пересекают два воздушных зазора и входят в южный полюс S ( Рис. 2.5).
Рис.2.5 Рис.2.6
Рис.2.7
Ориентация линий магнитного поля, создаваемых якорем, перпендикулярна линиям магнитного поля, создаваемого статором (Рис.2.6). В результате ток якоря деформирует магнитное поле создаваемое статором без нагрузки, независимо работает ли МПТ в режиме генератора или двигателя (Рис.2.7).
Физическая нейтраль Ф.Н. поворачивается относительно геометрической нейтрали Г.Н. в направлении вращения для режима генератора и в противоположном направлении для режима двигателя. Поэтому э.д.с. секции, находящейся под геометрической нейтралью не равна нулю. То есть э.д.с. ec на щётках существенно влияет на процесс коммутации в МПТ.
2.1.5 Процесс коммутации
Коммутация в электротехнике означает изменение направления тока в электрической цепи. Система "коллектор-щётки", которая позволяет получить постоянное напряжение из переменного, на самом деле является коммутатором (переключателем).
Рассмотрим процесс коммутации с помощью эквивалентной схемы для двух соседних пластин коллектора и щётки. Имеет смысл рассмотреть две позиции щётки и пластин I и II, которые соответствуют замкнутому и разомкнутому положениям коммутатора.
Первая позиция I (Рис.2.8.а,б):
Можно представить одну секцию обмотки как параллельное соединение Lc, Rc и Cc. Причем емкость в свою очередь включена параллельно коммутатору. Когда пластины коллектора 2 и 3 замкнуты щёткой, ток ic протекает по обмотке секции.
a) б)
Рис.2.8
Вторая позиция II (Рис.2.9.а,б):
Когда эта цепь размыкается, ток ic прерывается, однако не мгновенно, так как возникает э.д.с. самоиндукции e. Ток ic заряжает емкость Cc, напряжение между щёткой и пластиной 2 растет и провоцирует электрическую дугу между этими элементами.
a) б)
Рис.2.9
Когда коллектор вращается с частотой n, электрическая дуга существует всегда между двумя соседними элементами, распространяется от одной пластины коллектора к другой, создает короткое замыкание между пластинами и разрушает систему "щётки-коллектор". Для того, чтобы исключить эти негативные явления, необходимо нейтрализовать электродвижущие силы ec и e.
Возможны два решения:
1) смещение щёток на физическую нейтраль в направлении вращения для генератора и в противоположном для двигателя. Однако э.д.с. ec зависит от нагрузки и возрастает по мере деформации магнитного поля. Практически невозможно изменять положение щёток в процессе работы, и поэтому этот метод применим для машин малой мощности и с постоянной нагрузкой.
2) для нейтрализации электродвижущих ec и e необходимо противопоставить им э.д.с., которая изменяет свою величину в процессе работы. С этой целью создаются дополнительные полюса, расположенные на геометрической нейтрали и включенные последовательно со щётками (Рис.2.10).
Этот метод позволяет нейтрализовать обе э.д.с. в процессе работы.
Рис.2.10
2.2 ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА
2.2.1 Режим генератора постоянного тока
Генератор постоянного тока вращается с помощью асинхронного двигателя с частотой n (Рис.2.11). Согласно II закону Кирхгофа напряжение на зажимах генератора будет:
Рис.2.11
Когда ток I течет по обмотке якоря, возникает электромагнитный момент сопротивления.
То есть имеем:
Механическая мощность на валу двигателя преобразуется в электрическую мощность генератора и уравнение баланса мощностей будет:
Преобразование механической энергии в электрическую удобно объяснить с помощью диаграммы мощностей (Рис.2.12) и тогда КПД генератора можно выразить следующей формулой:
Рис.2.12
На этом рисунке представлены следующие величины:
Pмех- механические потери мощности на трение в подшипниках;
Pя - электрические и магнитные потери в якоре;
Pв - потери мощности на возбуждение (в статоре).
Для объяснения принципа действия генератора постоянного тока используем логическую диаграмму (Рис.2.13).
Рис.2.13
С помощью диаграммы определим последовательность явлений и событий:
1) приводной двигатель создает момент Мдв и вращает с частотой n якорь генератора;
2) под действием напряжения Uв по цепи статора течет ток Iв, который создает магнитный поток в;
3) согласно закону электромагнитной индукции (ЭМИ) этот поток наводит э.д.с. Е. Если цепь якоря замкнута, то по ней течет ток Iя и на зажимах генератора возникает напряжение U = E - Iя rвн.
4) ток Iя создает магнитный поток я, который суммируется с потоком в, образуя рабочий поток p (p = в + я). Этот же ток Iя, вступая во взаимодействие с рабочим потоком p создает электромагнитные силы (ЭМС) и соответствующий противодействующий момент Мг.
2.2.2 Характеристики генераторов постоянного тока
Основными характеристиками ГПТ являются:
- внешняя характеристика U = f(I) , n = const., Iв = const.;
- регулировочная характеристика Iв = f(I) , n = nн, U = Uн ;
- характеристика холостого хода E = f(Iв), I = 0, n = nн.
Эти характеристики зависят от способа возбуждения генератора.
2.2.3 Генератор с независимым возбуждением (Рис.2.14)
Рис.2.14
В этом случае статор питается от дополнительного источника. Внешняя характеристика такого генератора U = f(I) представлена на рисунке 2.15. Без нагрузки имеем напряжение холостого хода Uo = E , которое в дальнейшем уменьшается, по мере увеличения тока I.
Рис.2.15 Рис.2.16
При номинальной нагрузке падение напряжения U достигает 8 - 10% от величины э.д.с. E.
Для компенсации падения напряжения необходимо увеличивать ток возбуждения при возрастании нагрузки согласно регулировочной характеристики генератора Iв = f(I) (Рис.2.16).
Единственным недостатком такого генератора является наличие дополнительного источника для цепи возбуждения, что уменьшает КПД машины в целом.
2.2.4 Процесс самовозбуждения генератора постоянного тока
Все остальные типы генераторов постоянного тока относятся к генераторам с самовозбуждением. Рассмотрим процесс самовозбуждения подробно с помощью характеристики холостого хода E = f (Iв) представленной на рисунке 2.17.
Рис.2.17
Из анализа этого процесса следует, что самовозбуждение возможно при соблюдении трех условий:
1) существование остаточного намагничивания, которому соответствует э.д.с. Eo. Под действием этой э.д.с. протекает небольшой ток намагничивания, который создает магнитный поток больший, чем остаточный. Этот поток наводит э.д.с. большую, чем Eo и т.д. Э.д.с. растет, когда растет ток возбуждения;
2) направление остаточного магнитного потока должно совпадать с направлением потока создаваемого. Этот процесс закончится, когда пересекутся две характеристики: холостого хода E = f(Iв) и цепи возбуждения Uв = f(Iв).
Точка A, представленная на рисунке 2.17 называется рабочая точка холостого хода.
3) если увеличивать сопротивление Rв характеристика Uв = f(Iв) начнет поворачиваться и для некоторого сопротивления Rвкр, называемого критическим, эта линия станет касательной к характеристике холостого хода. В этом случае процесс самовозбуждения прекращается.
Следовательно, третье условия таково Rв < Rвкр.
2.2.5 Генератор с параллельным возбуждением
Конструкция генератора с параллельным возбуждением идентична генератору с независимым возбуждением, однако обмотка возбуждения включена параллельно якорю (Рис.2.18).
Рис.2.18 Рис.2.19
Внешняя характеристика (2) такого генератора представлена на рисунке 2.19. вместе с характеристикой генератора с независимым возбуждением (1).
Сравнивая эти две характеристики можно заключить, что при одном и том же токе I, падение напряжения больше для генератора с параллельным возбуждением. Если продолжать увеличивать ток нагрузки, то при определенном его значении ток начнет падать также как и напряжение. В этом случае говорят, что машина "сбросила" нагрузку, потому что для такого генератора падение напряжения провоцирует уменьшение Iв и э.д.с. Как результат напряжение уменьшается быстрее чем при независимом возбуждении. Чтобы поддерживать напряжение в этом случае необходимо увеличивать ток возбуждения, для чего в цепи имеется соответствующий реостат.
2.2.6 Генератор со смешанным возбуждением (Рис.2.20)
Рис.2.20 Рис.2.21
Этот тип генератора универсален, так как возбуждение создается двумя обмотками последовательной и параллельной, что позволяет получить семейство внешних характеристик (Рис.2.21).
Рассмотрим три кривые из этого семейства:
- для нормальной работы генератора (кривая 1) последовательное возбуждение как бы автоматически поддерживает напряжение и оно изменяется незначительно.
- для "перевозбужденного" генератора (кривая 2) намагничивающие силы последовательной и параллельной обмоток суммируются и напряжение может быть больше чем э.д.с. E=Uo;
- для "недовозбужденного" генератора (кривая 3) намагничиваюшие силы вычитаются и напряжение резко падает при увеличении нагрузки.
2.3 ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
2.3.1 Режим двигателя постоянного тока
Рассмотрим машину постоянного тока к зажимам которой приложено напряжение U (Рис.2.22).
Рис.2.22
Ток I, протекая по обмоткам машины, создает вращающий момент Мд.
В результате, согласно II закону Кирхгофа имеем
и формула баланса мощностей будет
Диаграмма мощностей (Рис.2.23) иллюстрирует преобразование электрической энергии в механическую.
Рис.2.23
Согласно этой диаграмме получим формулу КПД для двигателя
Логическая диаграмма (Рис.2.24) помогает объяснить принцип действия двигателя постоянного тока.
Iв INв Фв Eпр
U Фр ЭМИ n
Iя INя Фя ЭМС Мд
Рис.2.24
1) под действием напряжения сети U в обмотке возбуждения течет ток Iв, который создает магнитный поток в;
2) в обмотке якоря под действием того же напряжения U течет ток якоря Iя, который в свою очередь создает магнитный поток я;
3) эти два потока складываются p = в я и рабочий магнитный поток наводит противодействующую э.д.с. Eпр;
4) ток якоря Iя, взаимодействуя с рабочим магнитным потоком p создает электромагнитные силы (ЭМС) и вращающий момент Мд. В результате якорь двигателя вращается с частотой n.
2.3.2 Характеристики двигателей постоянного тока
Наиболее важная характеристика двигателя механическая -это зависимость вращающего момента от частоты вращения M = f(n).
Важным также является возможность пуска двигателя при допустимом токе и максимальном вращающем моменте.
И, наконец, коэффициент регулирования частоты вращения, выраженный в процентах:
,
где: no - частота вращения холостого хода;
nн - частота вращения при номинальной нагрузке.
+ +
Iя
Д Iв
Rп Rв
_ _
Рис.2.25
Согласно схеме, имеем две изолированные электрические цепи с соответствующими резисторами. Цепь возбуждения с Rв предназначена для создания магнитного поля и цепь якоря с пусковым реостатом, Rп, для ограничения пускового тока.
Рассмотрим процесс пуска двигателя подробно.
Ток якоря без пускового реостата определяется согласно II закону Кирхгофа
В момент пуска частота вращения якоря n и соответственно э.д.с. E равны нулю, ток якоря ограничивается лишь небольшим сопротивлением якоря
и может достигать 12-кратной величины от номинального значения.
Сопротивление пускового реостата Rп суммируется с Rя и в результате ток якоря при пуске ограничивается
Механическую характеристику M = f(n) определим из известных формул момента, тока и э.д.с
, .
В результате получим
.
Эта формула прямой линии, проходящей через точки Мп и no (Рис.2.26).
Рис.2.26
+
I
Iя Д Iв
Rп Rв
_
Рис.2.27
В этом случае ток двигателя I = Iя + Iв и двигатель имеет практически те же характеристики, что и мотор с независимым возбуждением.
Д Iв = Iя
+
Rп
_
Рис.2.28
Как известно вращающий момент определяется формулой
,
однако магнитный поток в этом случае пропорционален току якоря
,
и тогда получим
.
Итак, вращающий момент пропорционален квадрату тока якоря и частота вращения известна
Отсюда получим, что функция n = f(Iя) гипербола, то есть:
- когда Iя 0, n и M 0;
- когда Iя Iп, n 0 и M Mп.
В результате механическая характеристика такого двигателя имеет гиперболический характер (Рис.2.29).
На практике двигатель с последовательным возбуждением не может работать без нагрузки при номинальном напряжении.
Рис.2.29
2.3.6 Двигатель со смешанным возбуждением (Рис.2.30)
Этот двигатель имеет семейство характеристик промежуточных между характеристиками двигателей с параллельным и последовательным возбуждением. Такой двигатель нормально работает без нагрузки при номинальном напряжении и имеет хороший пусковой момент.
В качестве примера представим на рисунке 2.31 механические характеристики четырех типов ДПТ :
1 - двигатель смешанного возбуждения, когда магнитные потоки от двух обмоток вычитаются. В этом случае рабочий магнитный поток уменьшается пропорционально U - IяRя, то есть, получаем практически постоянную частоту вращения якоря;
2 - двигатель с независимым или параллельным возбуждением;
3 - двигатель смешанного возбуждения, когда магнитные потоки от двух обмоток складываются. В этом случае получается характеристика более мягкая, чем для двигателей с независимым или параллельным возбуждением;
4 - двигатель с последовательным возбуждением.
+ M
I в.пар I 4 3 2 1
Rп
Д
Rв I в.посл
_ n
Рис.2.30 Рис.2.31