Двигуни паралельного збудження
Схема двигуна паралельного збудження зображена на рис. 1.25. Обмотка якоря і обмотка збудження включені паралельно. У цій схемі: I - струм, споживаний двигуном з мережі, Iя - струм якоря, Iв - струм збудження. З першого закону Кірхгофа випливає, що I = I я + Iв.
Природна механічна характеристика. Природна механічна характеристика описується формулою (1.6).
При холостому ході М = 0 і nх = U / РЄ Ф.
Якщо Ф = const, то рівняння механічної характеристики набуває вигляду:
З (1.8) випливає, що механічна характеристика (рис. 1.26, пряма 1) - пряма з кутом нахилу a і кутовим коефіцієнтом b. Так як у двигунів постійного струму Rя мало, то зі збільшенням навантаження на валу частота обертання n змінюється незначно - характеристики подібного типу називаються «жорсткими».
Струм, споживаний двигуном з мережі, практично зростає пропорційно моменту навантаження. Дійсно, М »Мем = См Iя Ф, і так як у двигуна паралельного збудження Ф = const, то Iя
Регулювання частоти обертання.
Регулювання частоти обертання можливо з (1.6) трьома способами: зміною магнітного потоку головних полюсів Ф, зміною опору ланцюга якоря R я і зміною підводиться до ланцюга якоря напруги U (зміна n за рахунок зміни моменту навантаження М в поняття регулювання не входить).
Регулювання n зміною магнітного потоку Ф здійснюється за допомогою регулювального реостата Rр. При збільшенні опору реостата струм збудження Iв і магнітний потік головних полюсів Ф зменшуються. Це призводить, по-перше, до збільшення частоти обертання холостого ходу nх і, по-друге, до збільшення коефіцієнта b, тобто до збільшення кута нахилу механічної характеристики. Однак b залишається невеликим і жорсткість механічних характеристик зберігається. На рис. 1.28 крім природної характеристики 1, що відповідає максимальному магнітному потоку Ф, наведено сімейство механічних характеристик 2-4, знятих при зменшеному магнітному потоці. З характеристик слід, що зміною магнітного потоку можна тільки збільшувати частоту обертання щодо природної характеристики. Практично частоту обертання таким методом можна збільшувати не більше ніж в 2 рази, так як збільшення швидкості призводить до погіршення комутації і навіть механічних пошкоджень машини.
Інший спосіб регулювання швидкості пов'язаний з включенням послідовно з якорем регулювального реостата Rя.р (пусковий реостат Rп для цієї мети непридатний, так як він розрахований на короткочасний режим роботи). Формула (1.6) при цьому приймає вигляд:
звідки випливає, що швидкість при холостому ході при будь-якому опорі Rя.р однакова, а коефіцієнт b і, отже, нахил механічних характеристик 5-7 збільшується (рис. 1.26). Регулювання частоти обертання цим способом призводить до зменшення частоти обертання щодо природної характеристики. Крім того, воно неекономічно, оскільки пов'язано з великою потужністю втрат (Rя.р I) в регулювальному реостате, по якому протікає весь струм якоря.
Третій спосіб регулювання частоти обертання - безреостатное зміна підводиться до якоря напруги. Він можливий тільки в разі, коли якір двигуна живиться від окремого джерела, напруга якого можна регулювати. В якості регульованого джерела застосовуються окремі, спеціально призначені для цього двигуна генератори або керовані вентилі (тиратрони, ртутні випрямлячі, тиристори). У першому випадку утворюється система машин, яка називається системою Г-Д (генератор - двигун), (рис. 1.27). Вона застосовується для плавного регулювання в широких межах частоти обертання потужних двигунів постійного струму і в системах автоматичного управління. Система регулювання з керованими вентилями УВ (рис. 1.28) застосовується для регулювання частоти обертання двигунів меншої потужності. Її перевага - велика економічність.
Регулювання частоти обертання зміною U практично можливо тільки в сторону зменшення, так як збільшення напруги вище номінального неприпустимо через різке погіршення комутації. З (1.9) випливає, що при зменшенні напруги зменшується швидкість холостого ходу nх, а нахил механічних характеристик 8-10 не змінюється (див. Рис. 1.26), вони залишаються жорсткими навіть при низькій напрузі. Діапазон регулювання (nmax / nmin) таким способом 6: 1-8: 1. Він може бути значно розширений при застосуванні спеціальних схем із зворотними зв'язками.
Регулювальна характеристика n = f (Iв) двигуна паралельного збудження зображена на рис. 1.29.
Її характер визначається залежністю (1.5), з якої випливає, що частота обертання обернено пропорційна магнітному потоку і, отже, струму збудження Iв. При струмі збудження Iв = 0, що може бути при обриві ланцюга збудження, магнітний потік дорівнює залишковим Фост і частота обертання стає настільки великою, що двигун може механічно зруйнуватися, - подібне явище називається розносом двигуна.
Фізично явище розносу пояснюється тим, що обертає момент (1.2) при зменшенні магнітного потоку, здавалося б, повинен зменшитися, однак струм якоря I я = (U - E) / R я збільшується значніше, так як зменшується Е (1.1) і різницю U - E збільшується в більшому ступені (зазвичай Е »0,9 U).
Гальмівні режими двигуна мають місце тоді, коли електромагнітний момент, що розвивається двигуном, діє проти напрямку обертання якоря. Вони можуть виникати в процесі роботи двигуна при зміні умов роботи або створюватися штучно з метою швидкого зменшення швидкості, зупинки або реверсування двигуна.
У двигуна паралельного збудження можливі три гальмівних режиму: генераторное гальмування з поверненням енергії в мережу, гальмування противовключением і динамічне гальмування.
Генераторноеторможеніе виникає в тих випадках, коли частота обертання якоря n стає більше частоти обертання при ідеальному (тобто при МПР = 0) холостому ході nx (n> nx). Перехід в цей режим з режиму двигуна можливий, наприклад, при спуску вантажу, коли момент, створюваний вантажем, прикладений до якоря в тому ж напрямку, що і електромагнітний момент двигуна, тобто тоді, коли момент навантаження діє згідно з електромагнітним моментом двигуна і він набирає швидкість, більшу ніж nx. Якщо n> nx, то Е> Uc (де Uc - напруга мережі) і струм двигуна змінює свій знак (1.4) - електромагнітний момент з крутного стає гальмівним, а машина з режиму двигуна переходить в режим генератора і віддає енергію в мережу (рекуперація енергії ). Перехід машини з рухового режиму в генераторний ілюструється механічною характеристикою (рис. 1.30). Нехай в руховому режимі a1 - робоча точка; їй відповідає момент М. Якщо частота обертання збільшується, то робоча точка за влучним висловом 1 з квадранта I переходить в квадрант II, наприклад, в робочу точку a2. якої відповідає частота обертання n і гальмівний момент - М.
Торможеніепротівовключеніем виникає в працюючому двигуні, коли напрямок струму в якорі або струму збудження переключається на протилежне. Електромагнітний момент при цьому змінює знак і стає гальмівним.
Роботі двигуна з протилежним напрямком обертання відповідають механічні характеристики, які містяться в квадрантах II і III (наприклад, природна характеристика 2 на рис. 1.30).
Раптовий перехід на цю характеристику практично неприпустимий, оскільки супроводжується надмірно великим кидком струму і гальмівного моменту. З цієї причини одночасно з перемиканням однієї з обмоток в ланцюг якоря включається додатковий опір Rдоб, що обмежує струм якоря.
Механічна характеристика режиму з Rдоб має великий нахил (пряма 3). При переході в режим противовключения частота обертання n в перший момент змінитися не може (через інерційності якоря) і робоча точка з положення a1 перейде в стан a3 на новій характеристиці. Через появу Мтор частота обертання n буде швидко падати до тих пір, поки робоча точка a3 не перейде в стан a4. відповідне зупинки двигуна. Якщо в цей момент двигун не відключити від джерела живлення, то якір змінить напрямок обертання. Машина почне працювати в руховому режимі з новим напрямком обертання, а її робоча точка a5 буде перебувати на механічній характеристиці 3 в квадраті III.
Дінаміческоеторможеніе виникає в тих випадках, коли якір двигуна відключається від мережі і замикається на опір динамічного гальмування Rд.т. Рівняння характеристики (1.6) набуває вигляду:
що відповідає сімейству прямих 4 (при різних Rд.т), що проходять через початок координат. При перемиканні в цей режим робоча точка a1 переходить на одну з характеристик 4, наприклад, в точку a6. а потім переміщається по прямій 4 до нуля. Якір двигуна гальмується до повної зупинки. Зміною опору Rд.т можна регулювати струм якоря і швидкість гальмування.