Likestrøms elektriske kretser og deres egenskaper

Egenskaper DC-motorer bestemmes hovedsakelig av måten eksitasjonsspolen er slått på. Avhengig av dette skilles elektriske motorer ut:

1. uavhengig begeistret: eksitasjonsspolen drives av en ekstern likestrømskilde (magnetisering eller likeretter),

2. parallell eksitasjon: feltviklingen er koblet parallelt med armaturviklingen,

3. serieeksitasjon: eksitasjonsviklingen er koblet i serie med armaturviklingen,

4. med blandet eksitasjon: det er to feltviklinger, en koblet parallelt med armaturviklingen og den andre i serie med den.

Alle disse elektriske motorene har samme enhet og skiller seg bare i konstruksjonen av eksitasjonsspolen. Eksitasjonsviklingene til disse elektriske motorene utføres på samme måte som i respektive generatorer.

Uavhengig begeistret DC elektrisk motor

I denne elektriske motoren (fig.1, a) ankerviklingen er koblet til hovedlikestrømskilden (likestrømsnettverk, generator eller likeretter) med en spenning U, og eksitasjonsviklingen er koblet til en hjelpekilde med en spenning UB. En regulerende reostat Rp er inkludert i kretsen til eksitasjonsspolen, og en startreostat Rn er inkludert i kretsen til anker-spolen.

Reguleringsreostaten brukes til å regulere ankerhastigheten til motoren og startreostaten brukes til å begrense strømmen i ankerviklingen ved start. Et karakteristisk trekk ved den elektriske motoren er at dens eksitasjonsstrøm Iv ikke er avhengig av strømmen Ii i armaturviklingen (laststrøm). Når vi ser bort fra den demagnetiserende effekten av ankerreaksjonen, kan vi derfor omtrent anta at motorfluksen F er uavhengig av belastningen. Avhengighetene av det elektromagnetiske momentet M og hastigheten n av strømmen I vil være lineære (fig. 2, a). Derfor vil de mekaniske egenskapene til motoren også være lineære — avhengigheten n (M) (fig. 2, b).

I fravær av en reostat med motstand Rn i ankerkretsen, vil hastigheten og de mekaniske egenskapene være stive, det vil si med en liten helningsvinkel til den horisontale aksen, siden spenningsfallet IяΣRя i viklingene til maskinen inkludert i ankerkretsen ved nominell belastning er bare 3-5 % av Unom. Disse egenskapene (rette linjer 1 i fig. 2, a og b) kalles naturlige. Når en reostat med motstand Rn er inkludert i ankerkretsen, øker helningsvinkelen til disse karakteristikkene, som et resultat av dette kan oppnås en familie av reostatkarakteristikker 2, 3 og 4, tilsvarende ulike verdier Rn1, Rn2 og Rn3.

Ris. 1.Skjematiske diagrammer av DC-motorer med uavhengig (a) og parallell (b) eksitasjon

Ris. 2. Egenskaper for elektriske motorer likestrøm med uavhengig og parallell eksitasjon: a — hastighet og dreiemoment, b — mekanisk, c — arbeider Jo større motstand Rn er, desto større er helningsvinkelen til reostatens karakteristikk, det vil si den er mykere.

Den regulerende reostaten Rpv lar deg endre motorens eksitasjonsstrøm Iv og dens magnetiske fluks F. I dette tilfellet vil også rotasjonsfrekvensen n endres.

Ingen brytere og sikringer er installert i kretsen til eksitasjonsspolen, fordi når denne kretsen blir avbrutt, avtar den magnetiske fluksen til den elektriske motoren kraftig (bare fluksen av gjenværende magnetisme forblir i den) og en nødmodus oppstår. motoren går på tomgang eller lett belastning på akselen, så øker hastigheten kraftig (motoren beveger seg). I dette tilfellet øker strømmen i armaturviklingen Iya betydelig og en omfattende brann kan oppstå. For å unngå dette må beskyttelsen koble den elektriske motoren fra strømkilden.

Den kraftige økningen i rotasjonshastighet når kretsen til eksitasjonsspolen blir avbrutt forklares av det faktum at i dette tilfellet er den magnetiske fluksen Ф (opp til verdien av Fost-fluksen fra restmagnetismen) og f.eks. etc. v. E og strømmen Iya øker. Og siden den påtrykte spenningen U forblir uendret, vil rotasjonsfrekvensen n øke til e. etc. c. E vil ikke nå en verdi omtrent lik U (som er nødvendig for likevektstilstanden til ankerkretsen, hvor E = U — IяΣRя.

Når aksellasten er nær den nominelle, vil den elektriske motoren stoppe ved brudd i magnetiseringskretsen, fordi det elektromagnetiske momentet som motoren kan utvikle med en betydelig reduksjon i magnetisk fluks avtar og blir mindre enn dreiemomentet av belastningen på akselen. I dette tilfellet øker også strømmen Iya kraftig og maskinen må kobles fra strømkilden.

Det skal bemerkes at rotasjonshastigheten n0 tilsvarer en ideell tomgangshastighet når motoren ikke bruker elektrisk energi fra nettverket og dens elektromagnetiske moment er null. Under reelle forhold, i tomgangsmodus, forbruker motoren fra nettverket tomgangsstrømmen I0, som er nødvendig for å kompensere for interne krafttap, og utvikler et visst dreiemoment M0, nødvendig for å overvinne friksjonskreftene i maskinen. Derfor er tomgangshastigheten i virkeligheten mindre enn n0.

Avhengigheten av rotasjonshastigheten n og det elektromagnetiske momentet M på kraften P2 (fig. 2, c) fra motorakselen, som følger av de betraktede relasjonene, er lineær. Avhengighetene til armaturviklingsstrømmen Iya og kraften P1 på P2 er også praktisk talt lineære. Strøm I og effekt P1 ved P2 = 0 representerer tomgangsstrømmen I0 og effekt P0 forbrukt ved tomgang. Effektivitetskurven er karakteristisk for alle elektriske maskiner.

Elektrisk motor likestrøm parallell eksitasjon

I denne elektriske motoren (se fig. 1, b) mates eksitasjonsviklingene og armaturene fra den samme elektriske energikilden med en spenning U. En regulerende reostat Rpv er inkludert i kretsen til eksitasjonsviklingen og en startreostat Rp inngår i viklingskretsen på ankeret.

I den aktuelle elektriske motoren er det i hovedsak en separat tilførsel av anker- og eksitasjonsviklingskretsene, som et resultat av at eksitasjonsstrømmen Iv ikke er avhengig av ankerviklingsstrømmen Iv. Derfor vil den parallelle magnetiseringsmotoren ha de samme egenskapene som den uavhengige magnetiseringsmotoren. En parallell magnetiseringsmotor vil imidlertid bare fungere normalt når den drives av en likespenningskilde med konstant spenning.

Når den elektriske motoren drives av en kilde med en annen spenning (generator eller kontrollert likeretter), forårsaker en reduksjon i forsyningsspenningen U en tilsvarende reduksjon i eksitasjonsstrømmen Ic og den magnetiske fluksen Ф, noe som fører til en økning i ankeret svingende strøm Iya. Dette begrenser muligheten for å justere ankerhastigheten ved å endre forsyningsspenningen U. Derfor må elektriske motorer designet for å drives av en generator eller kontrollert likeretter ha uavhengig magnetisering.

Elektrisk motor likestrøm serieeksitasjon

For å begrense startstrømmen er startreostaten Rp (fig. 3, a) inkludert i kretsen til ankerviklingen (fig. 3, a) og for å regulere rotasjonshastigheten parallelt med eksitasjonsviklingen ved å justere reostaten Rpv kan inkluderes.

Ris. 3. Skjematisk diagram av DC-motoren med serieeksitasjon (a) og avhengigheten av dens magnetiske fluks Ф av strømmen I i ankerviklingen (b)

Ris. 4. Egenskaper til DC-motoren med sekvensiell eksitasjon: a — høy hastighet og dreiemoment, b — mekanisk, c — arbeidere.

Et karakteristisk trekk ved denne elektriske motoren er at dens eksitasjonsstrøm Iv er lik eller proporsjonal (når reostaten Rpv er slått på) med strømmen til armaturviklingen Iya, derfor avhenger den magnetiske fluksen F av motorbelastningen (fig. 3, b) .

Når ankerviklingsstrømmen Iya er mindre enn (0,8-0,9) av merkestrømmen Inom, er det magnetiske systemet til maskinen ikke mettet, og det kan antas at den magnetiske fluksen Ф endres i direkte proporsjon med strømmen Iia. Derfor vil hastighetskarakteristikken til den elektriske motoren være myk - når strømmen I øker, vil rotasjonshastigheten n reduseres kraftig (fig. 4, a). En reduksjon i rotasjonshastigheten n skyldes en økning i spenningsfallet IjaΣRja. i den indre motstanden Rα. ankerviklingskretser, så vel som på grunn av en økning i den magnetiske fluksen F.

Det elektromagnetiske øyeblikket M med en økning i strømmen Ija vil øke kraftig, fordi i dette tilfellet øker også den magnetiske fluksen Ф, det vil si at øyeblikket M vil være proporsjonal med strømmen Ija. Derfor, når strømmen Iya er mindre enn (0,8 N-0,9) Inom, har hastighetskarakteristikken formen av en hyperbel, og momentkarakteristikken har formen av en parabel.

Ved strømmene Ia> Ia er avhengighetene til M og n av Ia lineære, siden i denne modusen vil den magnetiske kretsen bli mettet og den magnetiske fluksen Ф vil ikke endres når strømmen Ia endres.

Den mekaniske karakteristikken, det vil si avhengigheten av n til M (fig. 4, b), kan konstrueres på grunnlag av avhengighetene til n og M av Iya. I tillegg til naturlig karakteristikk 1 er det mulig å oppnå en familie av reostatkarakteristikk 2, 3 og 4. ved å inkludere en reostat med motstand Rp i ankerviklingskretsen.Disse egenskapene tilsvarer forskjellige verdier av Rn1, Rn2 og Rn3, mens jo høyere Rn er, jo lavere er karakteristikken.

Den mekaniske egenskapen til den betraktede motoren er myk og hyperbolsk. Ved lav belastning reduseres den magnetiske fluksen Ф betraktelig, rotasjonshastigheten n øker kraftig og kan overskride den maksimalt tillatte verdien (motoren går løpsk). Derfor kan slike motorer ikke brukes til å drive mekanismer som opererer i tomgangsmodus og under lav belastning (forskjellige maskiner, transportbånd, etc.).

Vanligvis er minste tillatte belastning for motorer med høy og middels effekt (0,2… 0,25) Inom. For å forhindre at motoren går uten belastning, er den godt koblet til drivmekanismen (tann- eller blindkobling); bruk av remdrift eller friksjonsclutch er uakseptabelt.

Til tross for denne ulempen, er motorer med sekvensiell eksitasjon mye brukt, spesielt når det er store forskjeller i lastmoment og alvorlige startforhold: i alle trekkraftverk (elektriske lokomotiver, diesellokomotiver, elektriske tog, elektriske biler, elektriske gaffeltrucker, etc. ), samt i drivverk av løftemekanismer (kraner, heiser, etc.).

Dette forklares med det faktum at med en myk karakteristikk fører en økning i lastmomentet til en lavere økning i strøm- og strømforbruk enn i uavhengige og parallell-eksiterte motorer, på grunn av hvilke serie-eksiterte motorer tåler mer godt ved overbelastning.I tillegg har disse motorene et høyere startmoment enn parallelle og uavhengig eksiterte motorer, fordi når ankerviklingsstrømmen øker under start, øker også den magnetiske fluksen tilsvarende.

Hvis vi for eksempel antar at den kortsiktige innkoblingsstrømmen kan være 2 ganger den nominelle driftsstrømmen til maskinen og neglisjerer effekten av metning, ankerreaksjon og spenningsfall i viklingen, vil i en serie-eksitert motor startmomentet vil være 4 ganger høyere enn det nominelle (både i strømmen og i magnetisk fluks øker det 2 ganger), og i motorer med uavhengig og parallell eksitasjon - bare 2 ganger mer.

Faktisk, på grunn av metningen av den magnetiske kretsen, øker ikke den magnetiske fluksen proporsjonalt med strømmen, men likevel vil startmomentet til en serieeksitert motor, alt annet likt, være mye større enn startmomentet av samme motor med uavhengig eller parallell eksitasjon.

Avhengighetene til n og M på kraften P2 til motorakselen (fig. 4, c), som følger av posisjonene diskutert ovenfor, er ikke-lineære, avhengighetene til P1, Ith og η på P2 har samme form som for motorer med parallell arousal.

Blandet eksitasjon likestrøm elektrisk motor

I denne elektriske motoren (fig. 5, a) skapes den magnetiske fluksen Ф som et resultat av den felles virkningen av to eksitasjonsspoler - parallelle (eller uavhengige) og serier, gjennom hvilke eksitasjonsstrømmene Iв1 og Iв2 = Iя

derfor

hvor Fposl — den magnetiske fluksen til seriespolen, avhengig av strømmen Ia, Fpar — den magnetiske fluksen til den parallelle spolen, som ikke er avhengig av belastningen (den bestemmes av eksitasjonsstrømmen Ic1).

Den mekaniske karakteristikken til en elektrisk motor med blandet eksitasjon (fig. 5, b) ligger mellom egenskapene til motorer med parallell (rett linje 1) og serie (kurve 2) eksitasjon. Avhengig av forholdet mellom magnetomotive krefter for parallell- og serieviklinger ved nominell modus, kan egenskapene til motoren med blandet eksitasjon tilnærmes til karakteristikk 1 (kurve 3 ved lav ppm av serieviklingen) eller til karakteristikk 2 (kurve 4 ved lav ppm v. parallellvikling).

Ris. 5. Skjematisk diagram av en elektrisk motor med blandet eksitasjon (a) og dens mekaniske egenskaper (b)

Fordelen med DC-motoren med blandet eksitasjon er at den, med en myk mekanisk karakteristikk, kan fungere på tomgang når Fposl = 0. I denne modusen bestemmes rotasjonsfrekvensen til ankeret av den magnetiske fluksen Fpar og har en begrenset verdi (motoren går ikke).