Enosmerni električni tokokrogi in njihove značilnosti

Lastnosti DC motorji določajo predvsem način vklopa vzbujalne tuljave. Glede na to ločimo elektromotorje:

1. neodvisno vzbujanje: vzbujalna tuljava se napaja iz zunanjega vira enosmernega toka (vzbujalnika ali usmernika),

2. vzporedno vzbujanje: navitje polja je vzporedno povezano z navitjem armature,

3. zaporedno vzbujanje: vzbujalno navitje je zaporedno povezano z navitjem armature,

4. z mešanim vzbujanjem: obstajata dve vzbujevalni navitji, eno je povezano vzporedno z armaturnim navitjem, drugo pa zaporedno z njim.

Vsi ti elektromotorji imajo enako napravo in se razlikujejo le po konstrukciji vzbujalne tuljave. Vzbujevalna navitja teh elektromotorjev so izvedena na enak način kot v ustrezne generatorje.

Neodvisno vzbujen enosmerni elektromotor

V tem elektromotorju (sl.1, a) navitje armature je priključeno na glavni vir enosmernega toka (omrežje enosmernega toka, generator ali usmernik) z napetostjo U, vzbujevalno navitje pa je priključeno na pomožni vir z napetostjo UB. V tokokrog vzbujalne tuljave je vključen regulacijski reostat Rp, v tokokrog armaturne tuljave pa zagonski reostat Rn.

Regulacijski reostat se uporablja za uravnavanje hitrosti armature motorja, zagonski reostat pa za omejevanje toka v navitju armature pri zagonu. Značilnost elektromotorja je, da njegov vzbujalni tok Iv ni odvisen od toka Ii v navitju armature (obremenitveni tok). Zato lahko, če zanemarimo razmagnetni učinek reakcije armature, približno domnevamo, da je tok motorja F neodvisen od obremenitve. Odvisnosti elektromagnetnega momenta M in hitrosti n od toka I bodo linearne (slika 2, a). Zato bodo mehanske lastnosti motorja tudi linearne - odvisnost n (M) (slika 2, b).

V odsotnosti reostata z uporom Rn v armaturnem vezju bodo hitrostne in mehanske lastnosti toge, to je z majhnim kotom naklona na vodoravno os, saj padec napetosti IяΣRя v navitjih stroja, vključenega v armaturni tokokrog pri nazivni obremenitvi je le 3-5% Unom. Te značilnosti (ravne črte 1 na sliki 2, a in b) imenujemo naravne. Ko je reostat z uporom Rn vključen v armaturno vezje, se kot naklona teh karakteristik poveča, zaradi česar je mogoče dobiti družino reostatskih karakteristik 2, 3 in 4, ki ustrezajo različnim vrednostim Rn1, Rn2 in Rn3.

riž. 1.Shematske sheme enosmernih motorjev z neodvisnim (a) in vzporednim (b) vzbujanjem

riž. 2. Značilnosti elektromotorjev z enosmernim tokom z neodvisnim in vzporednim vzbujanjem: a - hitrost in navor, b - mehanski, c - delovni Večji kot je upor Rn, večji je kot naklona karakteristike reostata, to je je mehkejši.

Regulacijski reostat Rpv vam omogoča spreminjanje vzbujalnega toka motorja Iv in njegovega magnetnega pretoka F. V tem primeru se bo spremenila tudi frekvenca vrtenja n.

V tokokrogu vzbujalne tuljave ni vgrajenih nobenih stikal in varovalk, ker se ob prekinitvi tega tokokroga magnetni pretok elektromotorja močno zmanjša (v njem ostane le tok preostalega magnetizma) in pride do zasilnega načina. motor teče v prostem teku ali rahlo obremeni gred, nato se hitrost močno poveča (motor se premakne). V tem primeru se tok v navitju armature Iya znatno poveča in lahko pride do obsežnega požara. Da bi se temu izognili, mora zaščita odklopiti elektromotor iz vira napajanja.

Močno povečanje hitrosti vrtenja, ko je tokokrog vzbujalne tuljave prekinjen, je razloženo z dejstvom, da v tem primeru magnetni tok Ф (do vrednosti Fostovega toka iz preostalega magnetizma) in e. itd. v. E in tok Iya se poveča. In ker uporabljena napetost U ostane nespremenjena, se bo vrtilna frekvenca n povečala na e. itd. c E ne bo dosegel vrednosti, ki je približno enaka U (kar je potrebno za ravnotežno stanje armaturnega kroga, kjer je E = U — IяΣRя.

Ko je obremenitev gredi blizu nazivne, se elektromotor ustavi v primeru prekinitve vzbujalnega tokokroga, ker se elektromagnetni moment, ki ga motor lahko razvije z znatnim zmanjšanjem magnetnega pretoka, zmanjša in postane manjši od navora. obremenitve gredi. V tem primeru se tudi tok Iya močno poveča in stroj je treba odklopiti od vira napajanja.

Upoštevati je treba, da vrtilna frekvenca n0 ustreza idealnemu prostem teku, ko motor ne porablja električne energije iz omrežja in je njegov elektromagnetni moment enak nič. V dejanskih pogojih v stanju mirovanja motor porabi iz omrežja tok prostega teka I0, ki je potreben za kompenzacijo notranjih izgub moči, in razvije določen navor M0, potreben za premagovanje tornih sil v stroju. Zato je v resnici število vrtljajev v prostem teku manjše od n0.

Odvisnost vrtilne hitrosti n in elektromagnetnega momenta M od moči P2 (sl. 2, c) od gredi motorja je, kot izhaja iz obravnavanih razmerij, linearna. Odvisnosti toka navitja armature Iya in moči P1 od P2 so tudi praktično linearne. Tok I in moč P1 pri P2 = 0 predstavljata tok prostega teka I0 in moč P0, porabljena v prostem teku. Krivulja učinkovitosti je značilna za vse električne stroje.

Elektromotor enosmerno vzporedno vzbujanje

V tem elektromotorju (glej sliko 1, b) se vzbujalna navitja in armature napajajo iz istega vira električne energije z napetostjo U. Regulacijski reostat Rpv je vključen v tokokrog vzbujalnega navitja in začetni reostat Rp je vključen v tokokrog navitja na sidru.

V obravnavanem elektromotorju je v bistvu ločeno napajanje tokokrogov armaturnega in vzbujalnega navitja, zaradi česar vzbujevalni tok Iv ni odvisen od toka armaturnega navitja Iv. Zato bo imel motor z vzporednim vzbujanjem enake lastnosti kot motor z neodvisnim vzbujanjem. Vendar bo motor z vzporednim vzbujanjem normalno deloval le, če ga napaja vir DC s konstantno napetostjo.

Ko elektromotor napaja vir z drugačno napetostjo (generator ali krmiljen usmernik), zmanjšanje napajalne napetosti U povzroči ustrezno zmanjšanje vzbujalnega toka Ic in magnetnega pretoka Ф, kar povzroči povečanje armature navijalni tok Iya. To omejuje možnost prilagajanja hitrosti armature s spreminjanjem napajalne napetosti U. Zato morajo elektromotorji, ki so zasnovani za napajanje iz generatorja ali krmiljenega usmernika, imeti neodvisno vzbujanje.

Serijsko vzbujanje enosmernega toka elektromotorja

Za omejitev zagonskega toka je začetni reostat Rp (slika 3, a) vključen v tokokrog navitja armature (slika 3, a) in za regulacijo hitrosti vrtenja vzporedno z navitjem vzbujanja z nastavitvijo reostata Rpv je lahko vključen.

riž. 3. Shematski diagram enosmernega motorja s serijskim vzbujanjem (a) in odvisnost njegovega magnetnega pretoka Ф od toka I v navitju armature (b)

riž. 4. Značilnosti enosmernega motorja s sekvenčnim vzbujanjem: a - visoka hitrost in navor, b - mehanski, c - delavci.

Značilnost tega elektromotorja je, da je njegov vzbujevalni tok Iv enak ali sorazmeren (ko je reostat Rpv vklopljen) toku armaturnega navitja Iya, zato je magnetni pretok F odvisen od obremenitve motorja (slika 3, b) .

Ko je tok navitja armature Iya manjši od (0,8-0,9) nazivnega toka Inom, magnetni sistem stroja ni nasičen in se lahko domneva, da se magnetni pretok F spreminja premosorazmerno s tokom Iia. Zato bo hitrostna karakteristika elektromotorja mehka - ko se tok I poveča, se bo hitrost vrtenja n močno zmanjšala (slika 4, a). Zmanjšanje hitrosti vrtenja n je posledica povečanja padca napetosti IjaΣRja. v notranjem uporu Rα. vezja navitja armature, pa tudi zaradi povečanja magnetnega pretoka F.

Elektromagnetni moment M s povečanjem toka Ija se bo močno povečal, ker se v tem primeru poveča tudi magnetni tok Ф, torej bo moment M sorazmeren s tokom Ija. Torej, ko je tok Iya manjši od (0,8 N-0,9) Inom, ima hitrostna karakteristika obliko hiperbole, momentna karakteristika pa obliko parabole.

Pri tokovih Ia> Ia so odvisnosti M in n od Ia linearne, saj bo v tem načinu magnetno vezje nasičeno in se magnetni pretok F ne bo spremenil, ko se spremeni tok Ia.

Mehansko karakteristiko, to je odvisnost n od M (slika 4, b), je mogoče zgraditi na podlagi odvisnosti n in M ​​od Iya. Poleg naravne karakteristike 1 je mogoče pridobiti družino reostatskih karakteristik 2, 3 in 4. z vključitvijo reostata z uporom Rp v vezje navitja armature.Te značilnosti ustrezajo različnim vrednostim Rn1, Rn2 in Rn3, medtem ko višji kot je Rn, nižja je značilnost.

Mehanska značilnost obravnavanega motorja je mehka in hiperbolična. Pri majhnih obremenitvah se magnetni pretok Ф močno zmanjša, hitrost vrtenja n močno naraste in lahko preseže največjo dovoljeno vrednost (motor divja). Zato takih motorjev ni mogoče uporabiti za pogon mehanizmov, ki delujejo v prostem teku in pod nizko obremenitvijo (različni stroji, transporterji itd.).

Običajno je najmanjša dovoljena obremenitev za motorje velikih in srednjih moči (0,2… 0,25) Inom. Da motor ne deluje brez obremenitve, je trdno povezan s pogonskim mehanizmom (zobata ali slepa sklopka); uporaba jermenskega pogona ali torne sklopke je nesprejemljiva.

Kljub tej pomanjkljivosti so motorji s sekvenčnim vzbujanjem zelo razširjeni, zlasti pri velikih razlikah v navoru obremenitve in težkih zagonskih pogojih: v vseh vlečnih pogonih (električne lokomotive, dizel lokomotive, električni vlaki, električni avtomobili, električni viličarji itd.), kot tudi v pogonih dvižnih mehanizmov (žerjavi, dvigala itd.).

To je razloženo z dejstvom, da z mehko karakteristiko povečanje navora obremenitve vodi do manjšega povečanja toka in porabe energije kot pri neodvisno in vzporedno vzbujenih motorjih, zaradi česar lahko zaporedno vzbujeni motorji prenesejo več dobrega pri preobremenitvi.Poleg tega imajo ti motorji večji zagonski moment kot vzporedni in neodvisno vzbujeni motorji, ker se med zagonom poveča tok navitja armature, temu primerno se poveča tudi magnetni pretok.

Če na primer predpostavimo, da je lahko kratkotrajni zagonski tok 2-kratnik nazivnega obratovalnega toka stroja in zanemarimo učinke nasičenja, reakcije armature in padca napetosti v njegovem navitju, potem v zaporedno vzbujenem motorju začetni navor bo 4-krat večji od nazivnega (tako v toku kot v magnetnem toku se poveča 2-krat), pri motorjih z neodvisnim in vzporednim vzbujanjem pa le 2-krat več.

Dejansko zaradi nasičenosti magnetnega kroga magnetni pretok ne narašča sorazmerno s tokom, kljub temu pa bo začetni navor zaporedno vzbujenega motorja, če so ostale enake, veliko večji od začetnega navora istega motorja z neodvisnim ali vzporednim vzbujanjem.

Odvisnosti n in M ​​od moči P2 gredi motorja (sl. 4, c), kot izhaja iz zgoraj obravnavanih položajev, so nelinearne, odvisnosti P1, Ith in η na P2 imajo enako obliko kot za motorje z vzporednim vzbujanjem.

Enosmerni elektromotor z mešanim vzbujanjem

V tem elektromotorju (slika 5, a) magnetni tok Ф nastane kot posledica skupnega delovanja dveh vzbujevalnih tuljav - vzporednih (ali neodvisnih) in serijskih, skozi katere potekajo vzbujevalni tokovi Iв1 in Iв2 = Iя

zato

kjer je Fposl — magnetni pretok serijske tuljave, odvisen od toka Ia, Fpar — magnetni pretok vzporedne tuljave, ki ni odvisen od obremenitve (določen je z vzbujalnim tokom Ic1).

Mehanska karakteristika elektromotorja z mešanim vzbujanjem (slika 5, b) leži med karakteristikami motorjev z vzporednim (ravna črta 1) in zaporedno (krivulja 2) vzbujanjem. Odvisno od razmerja magnetomotornih sil vzporednih in serijskih navitij pri nazivnem načinu se lahko značilnosti motorja z mešanim vzbujanjem približajo karakteristiki 1 (krivulja 3 pri nizkih ppm serijskega navitja) ali karakteristiki 2 (krivulja 4 pri nizek ppm v. vzporedno navijanje).

riž. 5. Shematski prikaz elektromotorja z mešanim vzbujanjem (a) in njegove mehanske značilnosti (b)

Prednost enosmernega motorja z mešanim vzbujanjem je, da lahko z mehko mehansko karakteristiko deluje v prostem teku, ko je Fposl = 0. V tem načinu je frekvenca vrtenja njegove armature določena z magnetnim pretokom Fpar in ima omejeno vrednost (motor ne deluje).