Двигатель параллельного возбуждения реферат

Обновлено: 05.07.2024

Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением – это электродвигатель, у которого обмотки якоря и возбуждения подключаются друг к другу параллельно. Часто по своей функциональности он превосходит агрегаты смешанного и последовательного типов в случаях, если необходимо задать постоянную скорость работы.

Характеристики двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

Формула общего тока, идущего от источника, выводится согласно первому закону Кирхгофа и имеет вид: I = I_я + I_в, где I_я - ток якоря, I_в – ток возбуждения, а I – ток, который двигатель потребляет от сети. Следует отметить, что при этом I_в не зависит от I_я, т.е. ток возбуждения не зависит от нагрузки. Величина тока в обмотке возбуждения меньше тока якоря и составляет примерно 2-5% от сетевого тока.

В целом, данные электродвигатели отличаются следующими весьма полезными тяговыми параметрами:

Высокая экономичность (поскольку ток якоря не проходит через обмотку возбуждения).
Устойчивость и непрерывность рабочего цикла при колебаниях нагрузки в широких пределах (т.к. величина момента сохраняется даже в случае изменения числа оборотов вала).

При недостаточном моменте пуск осуществляется посредством перехода на смешанный тип возбуждения.

Сферы применения двигателя

Поскольку частота вращения подобных двигателей остается почти постоянной даже при изменении нагрузки, а также может изменяться при помощи регулировочного реостата, они широко применяются в работе с:

вентиляторами;
насосами;
шахтными подъемниками;
подвесными электрическими дорогами;
станками (токарными, металлорежущими, ткацкими, печатными, листоправильными и пр.).

Таким образом, этот вид двигателей в основном используется с механизмами, требующими постоянства скорости вращения или ее широкой регулировки.

Регулирование частоты вращения

Регулирование скорости – это целенаправленное изменение скорости электродвигателя в принудительном порядке при помощи специальных устройств или приспособлений. Оно позволяет обеспечить оптимальный режим работы механизма, его рациональное использование, а также уменьшить расход энергии.

Существует три основных способа регулирования скорости двигателя:

Изменение магнитного потока главных полюсов. Осуществляется при помощи регулировочного реостата: при увеличении его сопротивления магнитный поток главных полюсов и ток возбуждения I_в уменьшаются. При этом увеличивается число оборотов якоря на холостом ходу, а также угол наклона механической характеристики. Жесткость механических характеристик сохраняется. Однако увеличение скорости может привести к механическим повреждениям агрегата и к ухудшению коммутации, поэтому не рекомендуется увеличивать частоту вращения этим методом более чем в два раза.
Изменение сопротивления цепи якоря. К якорю последовательно подключается регулировочный реостат. Скорость вращения якоря уменьшается при увеличении сопротивления реостата, а наклон механических характеристик увеличивается. Регулировка скорости вышеуказанным способом:

способствует уменьшению частоты вращения относительно естественной характеристики;
связана с большой величиной потерь в регулировочном реостате, следовательно, неэкономична.

Безреостатное изменение подаваемого на якорь напряжения. В этом случае необходимо наличие отдельного источника питания с регулируемым напряжением, например, генератора или управляемого вентиля.

Двигатель с независимым возбуждением

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения как раз и реализует третий принцип регулирования скорости. Его отличие в том, что обмотка возбуждения и магнитное поле главных полюсов подключаются к разным источникам. Ток возбуждения является неизменной характеристикой, а магнитное поле меняется. При этом изменяется число оборотов вала на холостом ходу, жесткость характеристики остается прежней.

Таким образом, принцип работы дпт с независимым возбуждением является достаточно сложным вследствие независимой работы двух источников, тем не менее, его главное преимущество – большая экономичность.

Ручка реостата соединяет линию и якорь сначала через большее сопротивление, а потом по мере появления ЭДС в якорной обмотке — через меньшее. Нормально двигатель работает при положении ручки min — Обмотка возбуждения сразу оказывается под полным напряжением сети (с этой целью ручку реостата возбуждения RB надо перевести в крайнее левое положение), и момент, развиваемый двигателем, оказывается… Читать ещё >

Двигатели с параллельным возбуждением ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Основным различием между режимами генератора и двигателя является то, что в первом случае напряжение представляет собой часть ЭДС якоря, а во втором случае имеет место обратная картина. Напряжение двигателя равно напряжению той сети, к которой он присоединен рис. 2.2. Часть этого напряжения уравновешивается падением напряжения в цепи якоря (в двигателях с последовательным возбуждением в цепях якоря и возбуждения). Другая часть уравновешивается той ЭДС, которая возникает в обмотке якоря в результате его вращения. Если присоединить к сети неподвижный двигатель, то в первый момент ЭДС будет отсутствовать, и напряжение сети будет уравновешиваться лишь падением напряжения в цепи якоря. Появится так называемый пусковой ток, величина которого находится по закону Ома и намного превосходит нормальный рабочий ток двигателя.

Поэтому двигатели постоянного тока приходится снабжать пусковыми реостатами, назначение которых — снизить пусковой ток до безопасной величины. Схема включения пускового реостата Rд в цепь двигателя с параллельным возбуждением показана на рис. 2.2.

Отметим теперь некоторые особенности работы рассмотренных двигателей.

Магнитный поток в двигателе с параллельным возбуждением остается приблизительно постоянным, поэтому с уменьшением нагрузки угловая скорость двигателя будет возрастать не очень резко (14, "https://referat.bookap.info").

В двигателе с параллельным возбуждением поток остается приблизительно постоянным независимо от величины нагрузки (потому что обмотка напряжения включена прямо на напряжение сети, остающееся приблизительно неизменным). Поэтому можно считать, что ток здесь будет прямо пропорционален тормозящему моменту.

Двигатели с параллельным возбуждением представляют собой машину, очень удобную в отношении возможности регулировать угловую скорость. Действительно, пусть, например, наша машина работает с неизменной мощностью, а это значит, что ток, подводимый к якорю, также должен оставаться приблизительно постоянным. Но для того чтобы иметь неизменный ток, нужно, чтобы оставалось неизменным и напряжение, наводимое в якоре.

Для двигателей с последовательным возбуждением остаются справедливыми все приведенные рассуждения, но мы видим, что он имеет совершенно другие характеристики (рис. 2.3).

Рис. 2.3 Пуск двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением: R — пусковой реостат; А — амперметр; М — ротор двигателя; ОВ — двигателя; U — напряжение питания.

Подобно тому, как двигатель с параллельным возбуждением идет вразнос при обрыве цепи возбуждения, двигатель с последовательным возбуждением идет вразнос, если он оставлен без нагрузки (и если последовательно с ним не включен дополнительный резистор, способный ограничить нарастающий ток).

Напротив, при увеличении нагрузки двигатель с последовательным возбуждением будет более резко снижать скорость и магнитный поток. Но зато двигатель будет значительно увеличивать вращающее усилие. Действительно, момент двигателя пропорционален произведению тока и магнитного потока, а в двигателе с последовательным возбуждением вместе с током (при увеличении нагрузки) будет расти и поток.

Сказанное здесь о двигателе с последовательным возбуждением делает понятным, почему эти двигатели оказываются очень удобными для электрической тяги: там они никогда не могут остаться без нагрузки — это первое, а второе, и главное — это то, что для целей транспорта очень важно, чтобы при трогании с места и при малой скорости двигатель развивал достаточно большой вращающий момент.

Принцип действия двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением.

Естественные скоростная и механическая характеристики.

Рассмотрим более подробно характеристики двигателя параллельного возбуждения, которые определяют его рабочие свойства.

Скоростная и механическая характеристики двигателя определяются равенствами (6) и (7) при U = const и iB = const. При отсутствии дополнительногосопротивления в цепи якоря эти характеристики называются естественными.

Если щетки находятся на геометрической нейтрали, при увеличении Ia поток Фδ несколько уменьшится вследствие действия поперечной реакции якоря. В результате этого скорость n, согласно выражению (6), будет стремиться возрасти. С другой стороны, падение напряжения RaIa вызывает уменьшение скорости. Таким образом,возможны три вида скоростной характеристики, изображенные на рис 8; 1 — при преобладании влияния RaIa; 2 — при взаимной компенсации влияния RaIa и уменьшения; 3 — при преобладании влияния уменьшения Фδ.

Ввиду того что изменение Фδ относительно мало, механические характеристики n=f(M) двигателя параллельного возбуждения, определяемые равенством (7), при U= const и iB== const совпадают по виду схарактеристиками n= f(Ia) (рис. 8). По этой же причине эти характеристики практически прямолинейны.

Характеристики вида 3 (рис. 8) неприемлемы по условиям устойчивости работы. Поэтому двигатели параллельного возбуждения изготовляются со слегка падающими характеристиками вида 1 (рис. 8). В современных высоко использованных машинах ввиду довольно сильного насыщения зубцов, якоря влияние поперечнойреакции якоря может быть настолько большим, что получить характеристику вида 1 (рис. 8) 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 Фδ 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 Δn (рис. 8) при переходе от холостого хода (Ia =Ia0) к номинальной нагрузке (Ia=Iaн) у двигателя параллельного возбуждения при работе на естественной характеристике мало и составляет 2—8% от nн. Такие слабопадающие 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. 8. Виды естественных скоростных и механических характеристик двигателя параллельного возбуждения

Регулирование скорости посредствамослабленного магнитного потока производится обычно с помощью реостата в цепи возбуждения Rp в (см. рис. 11). При отсутствии добавочного сопротивления в цепи якоря (Rpa= 0) и U = const характеристики n =f(Ia) и n=f(M), определяемые равенствами (6) и (7), для разных значений Rр.в. ,IB или Фδ имеют вид, показанный на рис. 9. Все характеристики n =f(Ia) сходятся на оси абсцисс (n = 0) в общей точке привесьма большом токе Ia, который равен

Однако механические характеристики пересекают ось абсцисс в разных точках.

Нижняя характеристика на рис. 9 соответствует номинальному потоку. Значения n при установившемся режиме работы соответствуют точкам пересечения рассматриваемых характеристик с кривой Мст=f(п) для рабочей машины, соединенной с двигателем (штриховая линия на рис. 9).

Точка холостогохода двигателя (М = М0, Ia = Ia0) лежит несколько правее оси ординат на рис. 9. С увеличением скорости вращения n вследствие увеличения механических потерь М0 и I00 также увеличиваются. Если в этом режиме с помощью приложенного извне момента вращения начать увеличивать скорость вращения n, то Еа=ceФδт будет увеличиваться, а Iа и М будут, согласно равенствам

Естественные электромеханическая и механическая характеристики двигателя определяются равенствами (9.12) и (9.13) при и . Характеристики называются естественными, если в цепи якоря отсутствует дополнительное сопротивление. При установке щеток на геометрической нейтрали с увеличением тока I_Я магнитный поток Ф_d несколько уменьшится, вследствие действия поперечной реакции якоря. Согласно (9.12) частота вращения п возрастет. Падение напряжения вызовет уменьшение частоты вращения. Таким образом, возможны три вида характеристики (рис. 9.8): 1 – преобладает влияние ; 2 – при взаимной компенсации влияния и уменьшения Ф_d; 3 – преобладает влияние уменьшения Ф_d.. Ввиду того, что изменение Ф_d относительно мало, механические характеристики двигателя параллельного возбуждения, при совпадают по виду с характеристиками (см. рис. 9.8).

Характеристики вида 3 (рис. 9.8) неприемлемы по условиям устойчивости работы. Поэтому двигатели параллельного возбуждения изготовливают со слегка падающими характеристиками вида 1.

В высокоиспользованных машинах, вследствие насыщения зубцов якоря поперечная реакция якоря носит размагничивающий характер и получить характеристику вида 1 невозможно. В этом случае на главных полюсах устанавливается легкая последовательная (стабилизирующая) обмотка возбуждения, компенсирующая уменьшение потока под действием поперечной реакции якоря.

Слабая зависимость частоты вращения двигателя параллельного возбуждения от нагрузки составляет одно из самых характерных свойств этого двигателя. Такую характеристику называют жесткой.

Регулировать частоту вращения можно изменением магнитного потока, сопротивления цепи якоря, величины питающего напряжения (см. формулу (9.12).

Регулирование частоты изменение м магнитного потока применяют широко вследствие его простоты и экономичности, так как регулирование осуществляют в относительно маломощной цепи возбуждения. Магнитный поток изменяют в сторону уменьшения, потому что в номинальном режиме магнитная цепь машины близка к насыщению, и при увеличении магнитного потока значительно возрастает ток и увеличиваются потери и нагрев двигателя. Регулируют ток возбуждения по схеме рис. 9.3 с помощью реостата в цепи возбуждения . При отсутствии добавочного сопротивления в цепи якоря и определяемые равенствами (9.12) и (9.13) характеристики и для разных значений , имеют вид, показанный на рис. 9.9. Уменьшение магнитного потока приведет к увеличению частоты вращения идеального холостого хода . Все характеристики при п = 0 сходятся на оси абсцисс в общей точке (рис. 9.10, а) при весьма большом токе якоря по (9.11):

Механические характеристики пересекают ось абсцисс в разных точках (рис. 9.10, б). Номинальному потоку (рис.9.9) соответствует нижняя – естественная – характеристика, остальные характеристики называют искусственными. В установившемся режиме значения п соответствуют точкам пересечения рассматриваемых характеристик с кривой (рис.9.9) для рабочей машины. Точка холостого хода двигателя лежит несколько правее оси ординат. С увеличением частоты вращения двигателя п возрастают ток и момент холостого хода, из-за увеличения механических потерь мощности.

Диапазон регулирования частоты вращения при данном способе равен 3 – 4.

По условиям нагрева ДПТ не может быть нагружен номинальным моментом при уменьшении магнитного потока, так как

где магнитный поток по искусственной характеристике.

Если при холостом ходе с помощью приложенного извне момента увеличивать частоту вращения п, (по (4.5) будет увеличиваться, а ток и момент уменьшатся, как следует из (9.12) и (4.14). При равенстве тока якоря имомента нулю механические и магнитные потери двигателя покрываются за счет подводимой к валу механической мощности. При дальнейшем увеличении частоты вращения ток I_Я и момент М изменят знак и двигатель перейдет в генераторный режим, посылая в сеть ток, величина которого пропорциональна разности ЭДС и напряжения:

Чем выше частота вращения двигателя, тем больше ток якоря, а вместе с ним и электромагнитный момент , ставший в данном случае тормозным. Эту способность двигателя используют на практике для электрического торможения двигателя (например, электровоза, идущего под гору) с отдачей электроэнергии в сеть. Такой способ торможения называют рекуперативным. При невозмо-жности отдачи энергии в сеть цепь якоря двигателя замыкают (отключая от сети) на нагрузочное сопротивление. Торможение по такому способу называют динамическим.

Регулирование частоты вращения сопротивлением в цепи якоря.

Если последовательно в цепь якоря включить добавочное сопротивление (рис. 9.11, а), то вместо выражений (9.12) и (9.1З) получим

Как показано в разделе 9.6, с введением в цепь якоря добавочного сопротивления двигатель перейдет в новый режим работы автоматически. С увеличением сопротивления уменьшится ток и момент.

За счет преобладающего момента сопротивления частота вращения уменьшится, что приведет к уменьшению ЭДС и увеличению тока. Такие изменения режима будут происходить до тех пор, пока моменты на валу не уравновесятся. Двигатель перейдет в новый установившийся режим с уменьшенной частотой вращения. Характер переходного процесса представлен на рис. 9.11, б.

Механические и электромеханические характеристики для различных значений сопротивлений при и изображены на рис. 9.12. Верхняя характеристика является естественной. По характеристикам (рис. 9.12) видно изменение их наклона при варьировании сопротивления добавочного, регулировочного, резистора .Частота вращения холостого хода не зависит от , поэтому все искусственные характеристики пересекаются на оси частоты вращения в точке с координатой , . Наклон характеристик при фиксированных значениях тока и момента определяется перепадом частоты вращения

и пропорционален полному сопротивлению якорной цепи. Поэтому по мере увеличения наклон характеристик увеличивается, они становятся более мягкими.

Каждая из характеристик пересекает ось абсцисс (п = 0) в точке, для которой

Если момент механизма, приводимого во вращение двигателем, зависит от частоты вращения (например, у вентиляторов, насосов и т.д.), то при введении добавочного сопротивления в цепь якоря частота вращения двигателя будет падать меньше, чем при . (точки пе ресечения жирной штриховой кривой с механическими характеристиками).

Продолжения этих характеристик под осью абсцисс (см. рис. 9.12) соответствуют торможению двигателя методом противовключения. В этом случае,

Читайте также: