9. Машины постоянного тока

U	2	I в
		2

Uн

1

1

I	I
0	0
а	б

Рис. 9.34. Внешняя (а) и регулировочная (б) характеристики

Сопоставление внешних и регулировочных характеристик генерато-

ров различных типов представлено на рис. 9.34. При надлежащем выборе МДС последовательной обмотки и согласном ее включении напряжение на зажимах генератора мало изменяется с изменением нагрузки (кривая 1) и можно добиться практически неизменного напряжения на выходе генератора правильным выбором количества витков последовательной обмотки.

При встречном включении последовательной обмотки возбуждения ее действие эквивалентно размагничивающему действию реакции якоря. С увеличением нагрузки напряжение на зажимах якоря падает (кривая 2).

Встречное включение последовательной и параллельной обмоток применяют в сварочных генераторах и других специальных машинах, где требуется ограничить ток короткого замыкания. Генераторы постоянного тока, выпускаемые отечественной промышленностью, имеют большей частью параллельное возбуждение.

Обычно для улучшения внешней характеристики их снабжают небольшой последовательной обмоткой (один-три витка на полюс). При необходимости такие генераторы можно включать и по схеме с независимым возбуждением.

9.8. Параллельная работа генераторов постоянного тока

Генераторы постоянного тока могут быть включены параллельно на общие шины, если их напряжение и полярность выводов одинаковы (U1 = U2). Перед включением нужно измерить напряжение, разность напряжений U1 – U2 = ∆U и убедиться, что ∆U = 0.

422

				9. Машины постоянного тока
					rнг
U	U = f ( I1	+ I2 )
Uн		Iя		а	Iя	б
U = f ( I1 )	U =		E			E
		f ( I2 )					2
		+	1	−	+			−
			1			2

			I
0	I1	I2	I
Рис. 9.35. Внешние характеристики				Рис. 9.36. Параллельная работа
параллельно работающих генераторов				генераторов смешанного возбуждения

Распределение тока между параллельно включенными генераторами зависит от вида их внешних характеристик (рис. 9.35). Задаваясь несколькими значениями напряжений (U = U1 = U2), можно найти токи Iя1 и Iя2, полный ток нагрузки I = Iя1 + Iя2 и зависимости U = f (Iя1) или U = f (Iя2).

Если их внешние характеристики совпадают, то они будут одинаково нагружены, то есть Iя1/Iя2 = 1.

При параллельном включении генераторов со смешанным возбуждением их работа может оказаться неустойчивой (при отсутствии соединения между точками а и б − рис. 9.36). При случайном увеличении Iя1 (и уменьшении Iя2) Е1 за счет МДС последовательной обмотки возрастет (Е2 упадет), что приведет к еще большему возрастанию Iя1 и уменьшению Iя2. Неустойчивость может быть предотвращена электрическим соединением точек а и б (рис. 9.36), которое обеспечивает равномерное распределение тока между последовательными обмотками одинаковых генераторов.

9.9. Двигательный режим работы машины

Принцип обратимости машин. Пусть машина работает в режиме генератора на сеть с постоянным напряжением U = const.

В генераторном режиме ЭДС E > U машины, ток якоря I = E −U > 0

Rя

и поступает в сеть (рис. 9.37, а). На валу машины действует электромаг-

423

9. Машины постоянного тока

нитный момент Мэм, направленный в рассматриваемом случае против часовой стрелки и против вращающего момента Мвр (рис. 9.37, б).

При снижении тока возбуждения Iв уменьшается поток Ф и ЭДС машины Е, а следовательно, и ток в якоре. При значении ЭДС Е = U ток генератора и электромагнитный момент обратятся в нуль.

При дальнейшем понижении ЭДС машины вновь появится разность Е − U, но с противоположным знаком. В этом случае ток якоря Iя изменит свой знак и потечет из сети в машину (рис. 9.37, в). Поскольку U = const, направление тока Iв в обмотке возбуждения и полярность основных полюсов останутся прежними, изменится знак электромагнитного момента Мэм.

Iг		N
	f
	M эм	n

Iв	S

аб

Mвр	Iд
f	f
	Iв

N

f

n

M эм

S

вг

Рис. 9.37. Обратимость электрических машин постоянного тока

Если прежде машина работала в режиме генератора и, развивая тормозящий момент, преобразовывала подводимую к ней механическую мощность в электрическую, то теперь она работает в режиме электродвигателя и развивает вращающий момент Мэм, преодолевая момент сопротивления на валу Мс и преобразовывая подводимую к ней мощность в механическую (рис. 9.37, г). Но при этом она продолжает вращаться в прежнем направлении.

Таким же образом поведет себя машина, если, оставляя ток возбуждения неизменным, уменьшать частоту вращения якоря.

Отсоединив первичный двигатель, получим нормальную схему двигателя параллельного возбуждения (рис. 9.37, в).

Обратными действиями также плавно можно перевести машину из двигательного режима в генераторный.

Энергетическая диаграмма и уравнение моментов двигателя.

Рассмотрим энергетический процесс на примере двигателя параллельного возбуждения. Пусть двигатель работает в установившемся режиме при

424

9. Машины постоянного тока

n = const и напряжении на зажимах двигателя U. Если Р1 − полная электрическая мощность, подводимая к двигателю из сети, Iя − ток в якоре и Iв − ток возбуждения, то

P =U (Iя + Iв) .

(9.110)

Часть этой мощности тратится на покрытие потерь в цепи якоря

∑

р

= p

эл

+ p

= r I 2

+

U

щ

I

я

= R I 2

и в цепи возбуждения р

в

= UI . Ос-

щ

я я

я я

я

.я

в

тальная часть мощности преобразовывается в электромагнитную рэм = ЕяIя, которая, в свою очередь, преобразовывается в полную механическую мощность Рмх. Следовательно,

Pэм = Pмх = EяIя =U (Iя + Iв )−UвIв − ∑ ря =UIя − RяIя2 .

(9.111)

Полезная механическая мощность Р2, отдаваемая двигателем, меньше мощности Рэм на величину мощности холостого хода р0, необходимой для покрытия потерь в стали якоря рмг механических и добавочных потерь рмх + рд, то есть

Р2 = Рэм − р0 = Рмх −(рмг + рмх + рд ).

(9.112)

Энергетическая диаграмма двигателя параллельного возбуждения изображена на рис. 9.38.

Электромагнитный момент двигателя

M эм = Pэм / Ω ,

(9.113)

который является вращающим, уравновешивает тормозящие моменты: момент М0, соответствующий потерям рмг, рмх, рд, покрываемым за счет механической мощности (9.112); М2 − момент нагрузки на валу, создаваемый рабочей машиной или механизмом; Мдин – динамический момент (9.98). При этом

М2 = P 2 / Ω.

(9.114)

Уравнение моментов на валу двигателя

Мэм = М0 + М2 + Мдин.

(9.115)

Обозначив статический момент сопротивления Мс = М0 + М2, полу-

чим

Мэм = Мс + Мдин.

(9.116)

425

9. Машины постоянного тока

P1	P						P2

p	мг	pмх	pд
pэл.я
pв

Рис. 9.38. Энергетическая диаграмма двигателя постоянного тока

При установившемся режиме работыn = const, поэтому Мдин = 0 и

Мэм = Мс .

(9.117)

(В дальнейшем индекс "эм" у Мэм будем опускать). Обычно М0 мал по сравнению с М2, и поэтому приблизительно можно считать, что при установившемся режиме работы электромагнитный момент Мэм = М является полезным моментом на валу и уравновешивается моментом М2.

Момент машины (Н м) определяется как функция мощности Р и угловой скорости вращения Ω = 2πn/60:

					М =	Р	= 9,55	Р	,	(9.118)
						Ω		п
	где	2π	= 0,1047 и	1	= 9,55; Р – мощность, Вт; п − частота вращения,
		60		0,1047

об/мин.

Уравнение напряжения и тока. В двигателях направление действия ЭДС якоря Е противоположно направлению тока якоря Iя (см. 9.37), и поэтому Е называют также противоэлектродвижущей силой якоря. Напряжение для цепи якоря двигателя

U = E + RяIя .

(9.119)

В режиме двигателя всегда U > E.

426