1. Уравнение электромагнитного момента МПТ

Так как в двигателях последовательного возбуждения ток якоря одновременно является также током возбуждения, то, следовательно, .

2. Двигатели последовательного возбуждения

В двигателях последовательного возбуждения ток якоря одновременно является током возбуждения. I_a=I_aв

Естественная механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения является: n=f(M) определяется по формуле:

(Кривая1)

R_p- сопротивление регулировочного реостата в цепи параллельной обмотки.

R_М – сопротивление реостата, шунтирующего последовательную обмотку.

R_n– сопротивление пуского реостата.

R_u– сопротивление реостата, шунтирующего якорь.

При изменении R_М характеристики будут смещаться. R_М3›R_М1;R_М2›R_М1

3. А) Самый простой, экономичный и удобный способ – изменение потока Ф, т.е. с помощью изменения тока возбуждения I. Данный способ позволяет регулировать скорость только вверх от номинальной. При таком регулировании КПД двигателя остаётся высоким, так как мощность возбуждения мала. Верхний предел скорости вращения ограничивается мех.прочностью машины. При высоких скоростях коммутация ухудшается, так как щеточный аппарат подвергается воздействию вибрации машины.

Б) Так же можно включить последовательно в цепь якоря реостат. Этот способ даёт возможность регулировать скорость вниз от номинальной и связан со значительными потерями в реостате и понижением КПД. Поэтому данный способ применим в двигателях небольшой мощности.

В) Регулирование скорости можно осуществлять через регулирование напряжения цепи якоря. Так как работа двигателя при недопустима, то данный способ даёт возможность регулировать скорость вниз от номинальной. КПД двигателя при этом остаётся высоким, так как никаких источников добавочных потерь в схему не вносится.

Но в этом случае необходим отдельный источник тока с регулируемым напряжением, что удорожает установку.

5. Скоростные характеристики.

Скоростные характеристики дают зависимость скорости вращения п от полезной мощности Р2 на валу двигателя в случае, если напряжение U сети и сопротивление rв регулировочного реостата цепи возбуждения остаются неизменными, т. е. n=f(P2), при U=const и rв = const.

Рис. 3. Скоростные характеристики

С возрастанием тока якоря при увеличении механической нагрузки двигателя параллельного возбуждения одновременно увеличивается падения напряжения в якоре и появляется реакция якоря, которая обычно действует размагничивающим образом. Первая причина стремится уменьшить скорость вращения двигателя, вторая — увеличить. Действие падения напряжения в якоре обычно оказывает большее влияние. Поэтому скоростная характеристика двигателя параллельного возбуждения имеет слегка падающий характер (кривая 1, рис. 3).

В двигателе последовательного возбуждения ток якоря является током возбуждения. В результате скоростная характеристика двигателя с последовательным возбуждением имеет характер, близкий к гиперболическому. При увеличении нагрузки по мере насыщения магнитной цепи характеристика приобретает более прямолинейный характер (кривая 3 на рис. 3).

В двигателе смешанного возбуждения при согласном включении обмоток скоростная характеристика занимает промежуточное положение между характеристиками двигателя параллельного и последовательного возбуждения (кривая 2).

6. Если сталь полюсов не насыщена, то уменьшение потока под набегающим краем компенсируется увеличением его под сбегающим краем полюсного наконечника. При насыщении стали такой компенсации нет, в результате чего поток машины уменьшается.

Размагничивающее действие поперечной реакции якоря объясняется тем, что на набегающем крае сталь полюсного наконечника обычно не насыщена, и здесь имеет место значительное уменьшение потока, а на сбегающем крае сталь насыщена, поэтому здесь наблюдается лишь незначительное увеличение потока. В результате общий

Рис. 2.19. Реакция якоря при сдвиге щеток с геометрической нейтрали: а — распределение тока в обмотке якоря; б — витки обмотки, создающие поперечную реакцию якоря; в — витки обмотки, создающие продольную реакцию якоря

поток машины под полюсом существенно уменьшается, и для его поддержания при нагрузке необходимо увеличивать ток возбуждения.

8. ЭДС якоря машины постоянного тока пропорциональна частоте вращения якоря и магнитному потоку полюса

где - постоянная машины по ЭДС; p - число пар полюсов; N - число проводников обмотки якоря; а - число пар параллельных ветвей обмотки якоря.

Это выражение справедливо как для генератора, так и для двигателя.

Регулировать ЭДС можно, изменяя магнитный поток Ф, т.е, изменяя ток возбуждения . При этом будет изменяться и скорость вращения машины.

9. В крупных машинах и в машинах, работающих в особо тяжелых условиях (например,часто реверсируемые двигатели), сильное местное повышение индукции подглавными полюсами может вызвать перекрытие изоляционного промежутка междупластинами коллектора, а затем и круговой огонь. Чтобы предупредитьвозможность такой аварии, необходимо полностью компенсировать реакцию якоря.

Хотя якорь вращается, его магнитный поток остается неподвижным по отношению к

станине машины. Следовательно, можно полностью компенсировать действие реакции

якоря встречным действием неподвижной (компенсационной) обмотки, размещенной в

пазах, сделанных в несколько расширенных полюсных наконечниках главных полюсов.

Компенсационная обмоткаК соединяется последовательно с якорем, таким

образом, каждый из ее стержней как бы образует с находящимся под ним стержнем

обмотки якоря бифилярную систему, магнитное поле у которой почти отсутствует.

Компенсационная обмотка дополняет действие дополнительных полюсов, и вместе

они почти полностью компенсируют реакцию якоря. Однако устройство

компенсационной обмотки существенно удорожает машину и увеличивает потери в

ней; поэтому компенсационная обмотка у машины постоянного тока есть лишь в

случаях крайней необходимости.

Рассмотрим  для различных двигателей. Частота вращения якоря равна . На рис.4.20,а представлена зависимость  для двигателя параллельного возбуждения (1). Падающий характер  обусловлен преобладанием падения напряжения в цепи обмотки якоря над размагничивающим действием реакции якоря, иначе зависимость  будет иметь возрастающий характер (2), что недопустимо с точки зрения устойчивой работы двигателя. Поэтому для обеспечения падающего характера  применяют легкую последовательную обмотку, называемую стабилизирующей. Эта обмотка включается таким образом, чтобы компенсировать размагничивающее действие реакции якоря.

10. Процесс самовозбуждения генераторов постоянного тока про­текает одинаково при любой схеме возбуждения. Так, например, в генераторах параллельного возбуждения, получивших наиболее широкое применение, процесс самовозбуждения протекает следую­щим образом.

Какой-либо первичный двигатель вращает якорь генератора, магнитная цепь (ярмо и сердечники полюсов) которого имеет не­большой остаточный магнитный поток Ф₀. Этим магнитным пото­ком в обмотке вращающегося якоря индуктируется э. д. с. Е₀, со­ставляющая несколько процентов номинального напряжения ма­шины.

Под действием э. д. с. Е₀ в замкнутой цепи, состоящей из якоря и обмотки возбуждения, протекает ток Iв. Намагничивающая сила обмотки возбуждения Iвw (w— число витков) направлена согласно с потоком остаточного магнетизма, увеличивая магнитный поток машины Ф, что вызывает увеличение как э. д. с. в обмотке якоря Е, так и тока в обмотке возбуждения Iв. Увеличение последнего вызывает дальнейшее увеличение Ф, что в свою очередь увели­чивает Е и Iв.

Из-за насыщения стали магнитной цепи машины самовозбуж­дение происходит не беспредельно, а до какого-то определенного напряжения, зависящего от скорости вращения якоря машины и сопротивления в цепи обмотки возбуждения. При насыщении стали Магнитной цепи увеличение магнитного потока замедляется и про­цесс самовозбуждения заканчивается. Увеличение сопротивления в цепи обмотки возбуждения уменьшает как ток в ней, так и маг­нитный поток, возбуждаемый этим током. Поэтому уменьшается э.д. с.   и напряжение, до которого возбуждается генератор.

Изменение скорости вращения якоря генератора вызывает из­менение э.д. с, которая пропорциональна скорости, вследствие чего Изменяется и напряжение, до которого возбуждается генератор.

Самовозбуждение генератора будет происходить лишь при определенных условиях, которые сводятся к следующим:

1.        >Наличие потока остаточного магнетизма. При отсутствия этого потока не будет создаваться э. д. с. Е₀, под действием котором в обмотке возбуждения начинает протекать ток, так что возбуждение генератора будет невозможным. Если машина размагничена и не имеет остаточного намагничивания, то по обмотке возбуждения надо пропустить постоянный ток от какого-либо постороннего источника электрической энергии. После отключения обмотки возбуждения машина будет иметь вновь остаточный магнитный поток.

2.        Обмотка возбуждения должна быть включена согласно с потоком остаточного магнетизма, т. е. так, чтобы намагничивающая сила этой обмотки увеличивала поток остаточного магнетизма.

При встречном включении обмотки возбуждения ее намагничивающая сила будет уменьшать остаточный магнитный поток и при длительной работе может полностью размагнитить машину. Если обмотка возбуждения оказалась включенной встречно, то необходимо изменить направление тока в ней, т. е. поменять ме­стами провода, подходящие к зажимам этой обмотки.

3.        Сопротивление цепи обмотки возбуждения должно быть чрезмерно большим, при очень большом сопротивлении цепи воз­буждения самовозбуждение генератора невозможно.

4.        Сопротивление внешней нагрузки должно быть велико, так как при малом сопротивлении ток возбуждения будет также мал и самовозбуждения не произойдет.

 

11. Главным средством улучшения коммутации машин постоянного тока является применение дополнительных или добавочных полюсов, которые в зоне коммутации создают внешнее поле, компенсирующее реактивную ЭДС.

Роль компенсационной обмотки в улучшении коммутации заключается как раз в том, что она создаёт дополнительное коммутирующее поле с помощью своих полюсов.

12. Номинальные данные электродвигателей — это совокупность числовых значений электрических и механических параметров, обусловленных изготовителем, которым удовлетворяет электрическая машина в заданных условиях эксплуатации. Такими данными являются: номинальная мощность (кВт или кВ • А), номинальное напряжение (В), номинальный ток (А), номинальная частота вращения (об/мин), номинальные КПД (%), коэффициент мощности, частота переменного тока (Гц), число фаз, режим работы машины [длительный, кратковременный, повторно -кратко -временный либо другой. Возможны и другие номинальные величины, определяющие свойства электрической машины, значения которых влияют на надежную устойчивую ее работу в течение установленного срока эксплуатации.

Чтобы найти номинальный ток возбуждения, необходимо номинальное напряжение разделить на сопротивление цепи возбуждения.