9. Машины постоянного тока

M , η
P1, P2	P
	1	M

P2

η

I

0

Рис. 9.50. Рабочие характеристики двигателя параллельного возбуждения

Энергетическая характеристика η = f (Р2) приведена в п. 9.6. Зависимость подведенной и отданной двигателем мощности показана на рис. 9.50. Мощность P1 = UI при U = const пропорциональна току и выражается прямой. Полезная мощность на валу Р2 = ηР1. Следовательно, форма зависимости определяется кривой η = f (Iя). В основном линия мощности Р2 почти прямая, несколько искривленная на малых нагрузках и перегрузках.

9.13. Двигатели последовательного возбуждения

Форма естественных электромеханических и механических харак-

теристик определяется схемой включения обмоток (рис. 9.20, в). В двигателях последовательного возбуждения ток якоря одновременно является также током возбуждения: Iв = Iя = I. Поэтому поток Ф изменяется в широких пределах и можно написать

Φδ = kфI .

(9.138)

Коэффициент пропорциональности kф в значительном диапазоне нагрузок (при I < Iн), практически постоянен и лишь при I > (0,8–0,9) Iн вследствие насыщения магнитной цепи kф начинает уменьшаться.

Для двигателя последовательного возбуждения с учетом (9.138) уравнение электромеханической характеристики:

441

9. Машины постоянного тока

n = U − rяIя

=

U

−

rя

,

(9.139)

CеkфI

CеkфIя

я

Cеkф

уравнение момента

СмФδ2

М = СмkфI 2 =

,

(9.140)

kф

откуда уравнение механической характеристики

n =

CмU

−

rя

.

(9.141)

C

e

k

ф

М

С k

ф

е

Электромеханическая характеристика по выражению (9.139) является мягкой и имеет гиперболический характер (кривая 2 на рис. 9.51). При малых токах Iя скорость вращения двигателя становится недопустимо большой. Поэтому работа двигателя последовательного возбуждения, за исключением самых маленьких (имеющих высокое сопротивление якоря), на холостом ходу не допускается. Обычно минимально допустимая на-

грузка Р2 = (0,2–0,25) Pн.

Естественная механическая характеристика 2 (рис. 9.51) имеет вид аналогичный виду электромеханической характеристики двигателя последовательного возбуждения.

Поскольку у двигателей параллельного возбуждения момент М I, а у двигателей последовательного возбуждения приблизительно М I2 и при пуске допускается I = (1,5–2,0) Iн, то двигатели последовательного возбуждения развивают значительно больший пусковой момент по сравнению с двигателями параллельного возбуждения.

	n	Кроме того, у двигателей па-
		раллельного возбуждения п ≈ const, а
		у двигателей последовательного
		возбуждения, как следует из (9.137)
		и (9.139), (при Rя = 0)
		n U / I U M .
		1

		2	Поэтому у двигателей парал-
	0	3 I(M)	лельного	возбуждения мощность
			P2 = ΩM = 2πnM М, а у двигате-
	Рис. 9.51. Характеристики двигателя
			лей последовательного − P2 = ΩM =
	последовательного возбуждения		= 2πnM	М .

442

	9. Машины постоянного тока
rшв	Rря

Rшя

а

б

в

г

Рис. 9.52. Схемы регулирования частоты вращения двигателя последовательного возбуждения

Таким образом, у двигателей последовательного возбуждения при изменении момента нагрузки Мc = M в широких пределах мощность изменяется в меньших пределах, чем у двигателей параллельного возбуждения. Этим двигателям менее опасны перегрузки по моменту, поэтому они имеют существенное преимущество в случае тяжелых условий пуска и изменения момента нагрузки в больших пределах. Они широко применяются в подъемно-транспортных механизмах и для электрической тяги (трамваи, троллейбусы, электровозы, тепловозы, экскаваторы) .

При повышении частоты вращения двигатель не переходит в генераторный режим (характеристика n = f (I) не пересекает ось ординат). Это объясняется тем, что при переходе в режим генератора при заданном направлении вращения и заданной полярности напряжения, направление тока должно изменяться на обратное, а направление ЭДС Е и полярность полюсов должны сохраняться неизменными, что при изменении направления тока в обмотке возбуждения невозможно.

Способы регулирования частоты вращения этих двигателей те же, что и у двигателей параллельного возбуждения.

Регулирование частоты вращения двигателей последовательного возбуждения изменением магнитного потока возможно двумя способами:

1.Шунтированием или секционированием обмотки возбуждения, когда требуетсяповышениечастоты вращениясверхноминальной (рис. 9.52, а, б).

2.Шунтированием обмотки якоря, когда требуется снижение частоты вращения против номинальной (рис. 9.52, в).

Снижением величины сопротивления, шунтирующего обмотку возбуждения, уменьшают ток этой обмотки, а следовательно, и поток ее. Частота вращения двигателя увеличивается. При этом

443

9. Машины постоянного тока

	Iя′ > Iя, P1′=UIя > P,	(9.142)
	P2′ = cMn′ > P2 ηуст = const.

Практически неизменная величина КПД установки объясняется следующим. Сопротивление обмотки возбуждения rв и падение напряжения на нем малы, поэтому rшв также мало. Потери в сопротивлении rшв незначительны, а суммарные потери на возбуждение при шунтировании даже уменьшаются. Вследствие этого КПД двигателя остается высоким, и такой способ регулирования широко применяют на практике.

При уменьшении величины сопротивления, шунтирующего якорь, увеличивается ток обмотки возбуждения − частота вращения двигателя уменьшается. При этом Iя′ < Iя , но

I′ = Iя + Iшя >I и P1′ > Р1,	(9.143)
P2′ = cмM 2n′< Р2
и
′	(9.144)
η < η.

Так как падение напряжения rвI мало, то сопротивление Rшя фактически находится под полным напряжением сети, его значение должно быть значительным, потери в нем будут велики и КПД сильно уменьшится.

Следует отметить, что шунтирование якоря эффективно только при ненасыщенной магнитной цепи. Включение сопротивления в цепь якоря (рис. 9.52, г) позволяет регулировать частоту вращения двигателя п вниз от номинальной. Такой способ регулирования находит ограниченное применение вследствие значительных

M	потерь на регулировочном со-
	противлении.	Электромеханиче-
	ская (механическая) характери-
	стика показана на рис. 9.51 (кри-
	вая 3).
	Рабочие	характеристики.
	Моментная характеристика дви-
	гателя последовательного возбу-
I	ждения в пределах номинальных
	нагрузок с учетом (9.138) пред-

Рис. 9.53. Моментная характеристика	ставляется параболой
двигателя последовательного возбуждения	М	= СмΦ Iя = Смkф Iя2. (9.143)

444

9. Машины постоянного тока

При нагрузках выше номинальных вследствие насыщения магнитной цепи поток остаетсяпостоянным и характеристика имеет линейный характер (рис. 9.53). Зависимость n = f (I) представлена кривой 2 на рис. 9.51.

Зависимости η, Р1, Р2 = f (I) не отличаются от подобных зависимостей двигателя параллельного возбуждения (см. рис. 9.50).

Вопросы и задания для самоконтроля

1.Какие существуют схемы соединения обмоток возбуждения с обмоткой якоря?

2.Нарисуйте картину результирующего поля в зазоре машины как сумму полей полюсов и обмотки якоря.

3.Докажите, что направление МДС якоря всегда совпадает с осью

щеток.

4.Можно ли у одной и той же машины получить замедленную и ускоренную коммутацию?

5.Объясните назначение добавочных полюсов. Какие МДС следует учитывать при расчете числа витков обмотки добавочных полюсов?

6.Напишите уравнения напряжений нагруженного генератора и тока нагрузки.

7.Существует ли связь между внешней и регулировочной характеристиками генераторов?

8.Каким образом можно передать нагрузку с одного генератора на другой, сохранив постоянным напряжения на шинах и обеспечив плавность перевода нагрузки (без толчков тока)?

9.Объясните, в каком режиме работает машина – в генераторном или двигательном, если Uя >Eя.

10.Какими способами можно перевести один из двух параллельно работающих генераторов в двигательный режим?

11.Нарисуйте кривую изменения якорного тока двигателя в процессе пуска и объясните ее характер. Как рассчитать наибольшее значение пускового тока?

12.Нарисуйте кривые изменения тока и скорости переходного процесса в двигателе при введении в цепь якоря добавочного сопротивления. Объясните характер кривых физически.

13.Сформулируйте условия устойчивой работы двигателей. Зависит ли устойчивость работы двигателей от характера изменения моментов электромагнитного и тормозного?

14.Назовите три способа регулирования частоты вращения двига-

телей.

445

9.Машины постоянного тока

15.Выведите уравнения механических характеристик двигателей параллельного и последовательного возбуждения, изобразите их графически.

16.Как изменяется КПД установки (двигатель–реостат) при уменьшении частоты его вращения за счет увеличения сопротивления в цепи якоря?

17.Нарисуйте рабочие характеристики двигателя параллельного возбуждения и объясните их характер.

18.Можно ли включать двигатель последовательного возбуждения на холостой ход? Если нет, объясните почему.

446