ЕЛЕКТРОПРИВОД З ДВИГУНАМИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Схема включення і статичні характеристики двигуна постійного струму незалежного збудження

Обмотки якоря і збудження двигуна постійного струму незалежного збудження живляться від різних джерел напруги, як показано на рис. 3.1.

Наведена схема двигуна постійного струму незалежного збудження містить додаткові полюса з активним опором і компенсаційну обмотку з активним опором Двигуни постійного струму виконують з додатковими полюсами з метою поліпшення процесів комутації. Компенсаційна обмотка в машинах постійного струму забезпечує компенсацію поперечної складової реакції якоря.

Додаткові позначення, прийняті на рис. 3.1:

М - обмотка якоря двигуна;

LM - обмотка збудження;

U - напруга обмотки якоря, В;

I - струм обмотки якоря, А;

Е - ЕРС обмотки якоря, В;

- активний опір обмотки якоря, Ом;

R д - додатковий опір ланцюга обмотки якоря, Ом;

- напруга обмотки збудження, В.

Висновок рівнянь статичних характеристик двигуна постійного струму проведемо з урахуванням наступних припущень:

• щітки якоря стоять на геометричній нейтралі, тому поперечну реакцію якоря не враховуємо і вважаємо потік, створений обмоткою збудження, постійним;

Схема включення двигуна постійного струму незалежного збудження

Мал. 3.1. Схема включення двигуна постійного струму незалежного збудження

• втратами в підшипниках, щітково-колекторному вузлі і на вентиляцію нехтуємо, тобто вважаємо момент на валу двигуна рівним електромагнітному моменту.

Запишемо рівняння за другим законом Кірхгофа для якірної цінуй електродвигуна:

(3.1)

де - повний опір ланцюга обмотки якоря; - опір двигуна, яка дорівнює загальній кількості опорів обмотки якоря, додаткових полюсів і компенсаційної обмотки.

ЕРС обмотки якоря можна знайти відповідно до рівнянням Максвелла:

(3.2)

де Ф - магнітний потік, створений обмоткою збудження, Вб; ω - кутова швидкість двигуна, рад / с; - конструктивний коефіцієнт двигуна постійного струму; - число пар полюсів двигуна; N - число витків обмотки якоря; а - число паралельних гілок обмотки якоря.

Підставивши (3.2) в (3.1) і вирішивши отримане вираз щодо кутової швидкості ω, отримаємо рівняння електромеханічної характеристики двигуна постійного струму:

(3.3)

Відповідно до (3.3) електромеханічної характеристикою двигуна постійного струму називають залежність його кутової швидкості ω від струму якоря двигуна I .

Електромагнітний момент двигуна знаходиться з рівняння Фарадея:

(3.4)

Вирішимо це рівність щодо струму якоря двигуна I і підставимо його в (3.3), отримаємо рівняння механічної характеристики двигуна постійного струму:

(3.5)

Механічною характеристикою двигуна постійного струму називають залежність його кутової швидкості ω від моменту двигуна М.

Розрізняють природну і штучні механічні характеристики двигуна постійного струму.

Природною механічною характеристикою двигуна постійного струму називають залежність кутової швидкості двигуна ω від моменту його М , отриману при номінальній схемою включення двигуна, номінальних параметрах напруги обмоток якоря і збудження і відсутності додаткових опорів в ланцюгах двигуна. Всі інші характеристики називають штучними. За допомогою штучних характеристик виробляють регулювання швидкості двигуна. Як випливає з рівнянь (3.3) і (3.5), регулювати швидкість двигуна постійного струму незалежного збудження можна трьома основними способами:

  • • зміною додаткового активного опору в ланцюзі обмотки якоря двигуна;
  • • зміною підводиться до обмотки якоря напруги U;
  • • зміною потоку збудження двигуна Ф, а також зміною різних комбінацій цих параметрів. Вирази (3.3) і (3.5) при незмінних параметрах R, U, Ф є рівняння прямої лінії. Як приклад на рис. 3.2. наведені електромеханічні характеристики двигуна постійного струму незалежного збудження, побудовані в чотирьох квадрантах.

Електромеханічні характеристики двигуна постійного струму незалежного збудження

Мал. 3.2. Електромеханічні характеристики двигуна постійного струму незалежного збудження

Як уже зазначалося, в першому квадраті електрична машина постійного струму незалежного збудження працює в руховому режимі, перетворюючи електричну енергію в механічну. Руховий режим роботи обмежений двома характерними точками:

1. Перша координата точки визначається при струмі якоря, рівному нулю, друга координата виходить з рівняння (3.3) при підстановки в нього I = 0. Швидкість двигуна, відповідна нульового струму якоря, називається швидкістю ідеального холостого ходу:

(3.6)

У режимі ідеального холостого ходу двигун не отримує харчування по ланцюгу обмотки якоря з мережі живлення.

2. Перша координата другий точки відповідає швидкості двигуна, що дорівнює нулю. При підстановці в (3.3) ω = 0 отримаємо струм якоря двигуна короткого замикання

(3.7)

Потужність двигуна дорівнює нулю, так як його швидкість , а вся одержувана з мережі енергія витрачається на нагрів опорів якірного ланцюга двигуна .

Генераторний режим роботи електричної машини незалежного збудження паралельно з мережею або режим рекуперативного гальмування виникає, якщо швидкість обертання машини перевищує швидкість ідеального холостого ходу ω0. Електрична машина працює у другому квадраті. При цьому ЕРС машини Е стає більше напруги обмотки якоря U і відповідно до вираження (3.1) струм якоря змінює знак, стаючи негативним:

(3.8)

При роботі електричної машини генератором паралельно з мережею вона отримує механічну енергію від робочого органу виконавчого механізму і перетворює її в електричну. Необхідно пам'ятати, що електрична енергія, яка повертається в ланцюг джерела напруги обмотки якоря, повинна споживатися паралельно включеної якоря навантаженням.

При роботі електричної машини в четвертому квадранті настає режим гальмування противовключением або генераторний режим роботи послідовно з мережею. У цьому генераторному режимі енергія в мережу, що живить обмотку якоря, що не віддається. Швидкість обертання електричної машини змінюється на протилежну рухового режиму роботи, то мережу при даній схемі включення - стає негативною. Режим роботи виникає при перетворенні потенционально енергії в електричну (активне навантаження на валу двигуна) або при перетворенні кінетичної енергії в електричну (гальмування двигуна при зміні полярності напруги на обмотці якоря на протилежну). У всіх випадках ЕРС якоря електричної машини буде мати той же знак, що і напруга обмотки якоря. Струм, що протікає по обмотці якоря, визначається рівнянням

(3.9)

Електрична енергія від протікає по якоря струму розсіюється на активних опорах якірного ланцюга двигуна , перетворюючись в теплову. Енергетично режим гальмування противовключением - найбільш несприятливий з усіх режимів роботи електричної машини незалежного збудження.

На рис. 3.2 приведена електромеханічна характеристика, що проходить через початок координат. Такий режим роботи електричної машини можливий при її відключенні від джерела напруги якоря (U = 0), а для можливості протікання струму якоря - при замиканні через додатковий опір накоротко. У цьому випадку режим роботи електричної машини постійного струму незалежного збудження називається динамічним гальмуванням. Схема включення електричної машини в режимі динамічного гальмування приведена на рис. 3.3.

Схема включення двигуна постійного струму незалежного збудження в режимі динамічного гальмування

Мал. 3.3. Схема включення двигуна постійного струму незалежного збудження в режимі динамічного гальмування

Рівняння електромеханічної характеристики утворюється з виразу (3.3) при підстановці в нього напруги якоря U = 0:

(3.10)

Струм в якорі електричної машини протікає за рахунок ЕРС :

(3.11)

Режим роботи виникає при перетворенні потенционально енергії в електричну (активне навантаження на валу двигуна) або при перетворенні кінетичної енергії в електричну (гальмування двигуна при зменшенні напруги на обмотці якоря до нуля). Електрична енергія від протікає але якоря струму також розсіюється на активних опорах якірного ланцюга двигуна , перетворюючись в теплову.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >