Nuolatinės srovės elektros grandinės ir jų charakteristikos

Savybės DC varikliai daugiausia lemia sužadinimo ritės įjungimo būdas. Atsižvelgiant į tai, išskiriami elektros varikliai:

1. nepriklausomai sužadinamas: žadinimo ritė maitinama išoriniu nuolatinės srovės šaltiniu (žadintuvu arba lygintuvu),

2. lygiagretus sužadinimas: lauko apvija yra sujungta lygiagrečiai su armatūros apvija,

3. nuoseklus sužadinimas: sužadinimo apvija nuosekliai sujungta su armatūros apvija,

4. su mišriu sužadinimu: yra dvi lauko apvijos, viena sujungta lygiagrečiai su armatūros apvija, o kita nuosekliai su ja.

Visi šie elektros varikliai turi tą patį įrenginį ir skiriasi tik žadinimo ritės konstrukcija. Šių elektros variklių sužadinimo apvijos atliekamos taip pat, kaip ir atitinkami generatoriai.

Nepriklausomai sužadinamas nuolatinės srovės elektros variklis

Šiame elektros variklyje (Pav.1, a) armatūros apvija yra prijungta prie pagrindinio nuolatinės srovės šaltinio (nuolatinės srovės tinklo, generatoriaus arba lygintuvo) su įtampa U, o sužadinimo apvija prijungta prie pagalbinio šaltinio su įtampa UB. Reguliuojantis reostatas Rp yra įtrauktas į žadinimo ritės grandinę, o paleidimo reostatas Rn yra įtrauktas į armatūros ritės grandinę.

Reguliavimo reostatas naudojamas variklio armatūros greičiui reguliuoti, o paleidimo reostatas skirtas apriboti srovę armatūros apvijoje paleidžiant. Būdinga elektros variklio savybė yra ta, kad jo žadinimo srovė Iv nepriklauso nuo srovės Ii armatūros apvijoje (apkrovos srovės). Todėl, nepaisydami armatūros reakcijos išmagnetinančio poveikio, galime apytiksliai daryti prielaidą, kad variklio srautas F nepriklauso nuo apkrovos. Elektromagnetinio momento M ir greičio n priklausomybės nuo srovės I bus tiesinės (2 pav., a). Todėl ir mechaninės variklio charakteristikos bus tiesinės — priklausomybė n (M) (2 pav., b).

Jei armatūros grandinėje nėra reostato su varža Rn, greitis ir mechaninės charakteristikos bus standžios, tai yra su nedideliu pasvirimo kampu į horizontalią ašį, nes įtampos kritimas IяΣRя mašinos apvijose, įtrauktose į armatūros grandinė esant vardinei apkrovai yra tik 3-5% Unom. Šios charakteristikos (tiesios linijos 1 2 pav., a ir b) vadinamos natūraliomis. Kai į armatūros grandinę įtraukiamas reostatas su varža Rn, padidėja šių charakteristikų pasvirimo kampas, todėl galima gauti 2, 3 ir 4 reostato charakteristikų šeimą, atitinkančią skirtingas Rn1, Rn2 ir Rn3.

Ryžiai. 1.Nuolatinės srovės variklių su nepriklausomu (a) ir lygiagrečiu (b) žadinimu schemos

Ryžiai. 2. Nuolatinės srovės elektros variklių su nepriklausomu ir lygiagrečiu žadinimu charakteristikos: a — greitis ir sukimo momentas, b — mechaninis, c — darbinis Kuo didesnė varža Rn, tuo didesnis reostato charakteristikos pasvirimo kampas, tai yra yra minkštesnis.

Reguliuojantis reostatas Rpv leidžia keisti variklio žadinimo srovę Iv ir jos magnetinį srautą F. Tokiu atveju pasikeis ir sukimosi dažnis n.

Žadinimo ritės grandinėje neįrengiami jokie jungikliai ir saugikliai, nes nutrūkus šiai grandinei elektros variklio magnetinis srautas smarkiai sumažėja (jame lieka tik liekamojo magnetizmo srautas) ir atsiranda avarinis režimas. variklis dirba tuščiąja eiga arba nedidelė veleno apkrova, tada greitis smarkiai padidėja (variklis juda). Tokiu atveju stipriai padidėja srovė armatūros apvijoje Iya ir gali kilti visapusiškas gaisras. Kad to išvengtų, apsauga turi atjungti elektros variklį nuo maitinimo šaltinio.

Staigus sukimosi greičio padidėjimas nutrūkus žadinimo ritės grandinei paaiškinamas tuo, kad šiuo atveju magnetinis srautas Ф (iki Fosto srauto vertės nuo liekamojo magnetizmo) ir e. ir tt v. E ir dabartinė Iya didėja. Ir kadangi taikoma įtampa U nesikeičia, sukimosi dažnis n padidės iki e. ir tt c. E nepasieks vertės, apytiksliai lygios U (kuri būtina armatūros grandinės pusiausvyros būsenai, kur E = U — IяΣRя.

Kai veleno apkrova yra artima vardinei, elektros variklis sustos žadinimo grandinės pertraukos atveju, nes elektromagnetinis momentas, kurį variklis gali sukurti žymiai sumažėjus magnetiniam srautui, sumažėja ir tampa mažesnis už sukimo momentą. nuo veleno apkrovos. Tokiu atveju Iya srovė taip pat smarkiai padidėja ir mašina turi būti atjungta nuo maitinimo šaltinio.

Pažymėtina, kad sukimosi greitis n0 atitinka idealų tuščiosios eigos greitį, kai variklis nevartoja elektros energijos iš tinklo ir jo elektromagnetinis momentas lygus nuliui. Realiomis sąlygomis tuščiosios eigos režimu variklis sunaudoja iš tinklo tuščiosios eigos srovę I0, reikalingą vidiniams galios nuostoliams kompensuoti, ir sukuria tam tikrą sukimo momentą M0, reikalingą mašinoje esančioms trinties jėgoms įveikti. Todėl iš tikrųjų tuščiosios eigos greitis yra mažesnis nei n0.

Sukimosi greičio n ir elektromagnetinio momento M priklausomybė nuo galios P2 (2 pav., c) nuo variklio veleno, kaip matyti iš nagrinėjamų ryšių, yra tiesinė. Armatūros apvijos srovės Iya ir galios P1 priklausomybės nuo P2 taip pat praktiškai tiesinės. Srovė I ir galia P1, kai P2 = 0, reiškia tuščiosios eigos srovę I0 ir galią P0, sunaudotą tuščiąja eiga. Naudingumo kreivė būdinga visoms elektrinėms mašinoms.

Elektros variklio nuolatinės srovės lygiagretus žadinimas

Šiame elektros variklyje (žr. 1 pav., b) žadinimo apvijos ir armatūra tiekiamos iš to paties elektros energijos šaltinio su įtampa U. Į žadinimo apvijos ir paleidimo reostato Rp grandinę įtrauktas reguliuojamas reostatas Rpv. yra įtrauktas į apvijos grandinę ant inkaro.

Nagrinėjamame elektros variklyje iš esmės yra atskiras armatūros ir žadinimo apvijų grandinių maitinimas, dėl to žadinimo srovė Iv nepriklauso nuo armatūros apvijos srovės Iv. Todėl lygiagretus sužadinimo variklis turės tokias pačias charakteristikas kaip ir nepriklausomas žadinimo variklis. Tačiau lygiagretaus žadinimo variklis normaliai veiks tik tada, kai maitinamas nuolatinės įtampos nuolatinės srovės šaltiniu.

Kai elektros variklis maitinamas skirtingos įtampos šaltiniu (generatoriumi arba valdomu lygintuvu), sumažėjus maitinimo įtampai U atitinkamai sumažėja žadinimo srovė Ic ir magnetinis srautas Ф, dėl to padidėja armatūra. apvijos srovė Iya. Tai riboja galimybę reguliuoti armatūros greitį keičiant maitinimo įtampą U. Todėl elektros varikliai, skirti maitinti generatoriumi arba valdomu lygintuvu, turi turėti nepriklausomą žadinimą.

Elektros variklio nuolatinės srovės serijinis sužadinimas

Norint apriboti paleidimo srovę, paleidimo reostatas Rp (3 pav., a) įtraukiamas į armatūros apvijos grandinę (3 pav., a) ir reguliuoti sukimosi greitį lygiagrečiai su žadinimo apvija reguliuojant reostatą. Rpv gali būti įtrauktas.

Ryžiai. 3. Nuolatinės srovės variklio su nuosekliuoju žadinimu (a) schema ir jo magnetinio srauto Ф priklausomybė nuo srovės I armatūros apvijoje (b)

Ryžiai. 4. Nuolatinės srovės variklio su nuosekliu žadinimu charakteristikos: a — didelis greitis ir sukimo momentas, b — mechaninis, c — darbiniai.

Būdinga šio elektros variklio savybė yra ta, kad jo žadinimo srovė Iv yra lygi arba proporcinga (įjungus reostatą Rpv) armatūros apvijos Iya srovei, todėl magnetinis srautas F priklauso nuo variklio apkrovos (3 pav.). b) .

Kai armatūros apvijos srovė Iya yra mažesnė nei (0,8-0,9) vardinės srovės Inom, mašinos magnetinė sistema nėra prisotinta ir galima daryti prielaidą, kad magnetinis srautas Ф kinta tiesiogiai proporcingai srovei Iia. Todėl elektros variklio sūkių charakteristika bus minkšta — didėjant srovei I, sukimosi greitis n smarkiai sumažės (4 pav., a). Sukimosi greitis n sumažėja dėl įtampos kritimo IjaΣRja padidėjimo. vidinėje varžoje Rα. armatūros apvijų grandinės, taip pat dėl ​​padidėjusio magnetinio srauto F.

Elektromagnetinis momentas M, padidėjus srovei Ija, smarkiai padidės, nes tokiu atveju didėja ir magnetinis srautas Ф, tai yra momentas M bus proporcingas srovei Ija. Todėl, kai srovė Iya yra mažesnė nei (0,8 N-0,9) Inom, greičio charakteristika turi hiperbolės formą, o momentinė charakteristika - parabolės formą.

Esant srovėms Ia> Ia, M ir n priklausomybės nuo Ia yra tiesinės, kadangi šiuo režimu magnetinė grandinė bus prisotinta ir magnetinis srautas Ф nepasikeis pasikeitus srovei Ia.

Mechaninė charakteristika, tai yra n priklausomybė nuo M (4 pav., b), gali būti sudaryta remiantis n ir M priklausomybėmis nuo Iya. Be natūralios charakteristikos 1, galima gauti 2, 3 ir 4 reostato charakteristikų šeimą, įtraukus reostatą su varža Rp į armatūros apvijos grandinę.Šios charakteristikos atitinka skirtingas Rn1, Rn2 ir Rn3 reikšmes, tuo tarpu kuo didesnis Rn, tuo charakteristika mažesnė.

Nagrinėjamo variklio mechaninė charakteristika yra minkšta ir hiperbolinė. Esant mažoms apkrovoms, magnetinis srautas Ф žymiai sumažėja, sukimosi greitis n smarkiai padidėja ir gali viršyti didžiausią leistiną vertę (variklis veikia beatodairiškai). Todėl tokiais varikliais negalima vairuoti mechanizmų, veikiančių tuščiąja eiga ir esant mažai apkrovai (įvairioms mašinoms, konvejeriams ir kt.).

Paprastai didelės ir vidutinės galios variklių minimali leistina apkrova yra (0,2… 0,25) Inom. Kad variklis neveiktų be apkrovos, jis tvirtai prijungtas prie pavaros mechanizmo (dantyta arba aklina mova); diržinės pavaros arba frikcinės sankabos naudojimas yra nepriimtinas.

Nepaisant šio trūkumo, varikliai su nuosekliu sužadinimu yra plačiai naudojami, ypač kai yra dideli apkrovos sukimo momento skirtumai ir sunkios paleidimo sąlygos: visose traukos pavarose (elektriniuose lokomotyvuose, dyzeliniuose lokomotyvuose, elektriniuose traukiniuose, elektromobiliuose, elektriniuose krautuvuose ir kt.). taip pat kėlimo mechanizmų (kranų, liftų ir kt.) pavarose.

Tai paaiškinama tuo, kad esant minkštai charakteristikai, padidėjus apkrovos sukimo momentui, srovė ir energijos suvartojimas padidėja mažiau nei nepriklausomai ir lygiagrečiai sužadintuose varikliuose, todėl nuosekliai sužadinami varikliai gali geriau atlaikyti perkrovą.Be to, šie varikliai turi didesnį užvedimo momentą nei lygiagrečiai ir nepriklausomai sužadinami varikliai, nes užvedimo metu didėjant armatūros apvijos srovei atitinkamai didėja ir magnetinis srautas.

Jei, pavyzdžiui, darysime prielaidą, kad trumpalaikė įsijungimo srovė gali būti 2 kartus didesnė už mašinos vardinę darbinę srovę ir neatsižvelgsime į soties, armatūros reakcijos ir įtampos kritimo jos apvijoje poveikį, tai nuosekliai sužadinamame variklyje paleidimo momentas bus 4 kartus didesnis už vardinį (tiek srovėje, tiek magnetiniame sraute jis padidėja 2 kartus), o varikliuose su nepriklausomu ir lygiagrečiu žadinimu – tik 2 kartus daugiau.

Tiesą sakant, dėl magnetinės grandinės prisotinimo magnetinis srautas nepadidėja proporcingai srovei, tačiau nepaisant to, nuosekliai sužadinto variklio paleidimo sukimo momentas, jei kiti dalykai yra vienodi, bus daug didesnis nei paleidimo momentas. to paties variklio su nepriklausomu arba lygiagrečiu sužadinimu.

n ir M priklausomybės nuo variklio veleno galios P2 (4 pav., c), kaip matyti iš aukščiau aptartų padėčių, yra netiesinės, P1, Ith ir η priklausomybės nuo P2 yra tokios pačios formos kaip ir varikliams su lygiagrečiu sužadinimu.

Mišraus sužadinimo nuolatinės srovės elektros variklis

Šiame elektros variklyje (5 pav., a) magnetinis srautas Ф susidaro bendrai veikiant dviem žadinimo ritėms - lygiagrečioms (arba nepriklausomoms) ir nuoseklioms, per kurias skleidžiamos sužadinimo srovės Iв1 ir Iв2 = Iя.

Štai kodėl

kur Fposl — nuoseklios ritės magnetinis srautas, priklausantis nuo srovės Ia, Fpar — lygiagrečios ritės magnetinis srautas, kuris nepriklauso nuo apkrovos (jį lemia žadinimo srovė Ic1).

Elektrinio variklio su mišriu žadinimu mechaninė charakteristika (5 pav., b) yra tarp lygiagretaus (tiesioji linija 1) ir serijos (kreivė 2) variklių charakteristikų. Priklausomai nuo lygiagrečių ir nuoseklių apvijų magnetomotyvinių jėgų santykio vardiniu režimu, mišraus sužadinimo variklio charakteristikos gali būti prilygintos charakteristikoms 1 (kreivė 3 esant mažam nuosekliosios apvijos ppm) arba charakteristikoms 2 (kreivė 4 maža ppm. v. lygiagreti apvija).

Ryžiai. 5. Elektrinio variklio su mišriu žadinimu (a) ir jo mechaninių charakteristikų (b) schema.

Nuolatinės srovės variklio su mišriu sužadinimu privalumas yra tas, kad jis, turėdamas minkštą mechaninę charakteristiką, gali veikti tuščiąja eiga, kai Fposl = 0. Šiuo režimu jo armatūros sukimosi dažnį lemia magnetinis srautas Fpar ir jis yra ribotas. vertė (variklis neveikia).