Двигуни постійного струму постійного струму

Тема 1 Схема включення і статичні характеристики двигуна постійного струму незалежного збудження

Рис. 1 Рис. 2

На рисунку 1 представлена схема двигуна постійного струму з незалежним збудженням обмотка якоря Я1-Я2 в коло, якої включено резистор Rя для того щоб змінювати опір обмотки якоря Я1-Я2 . Обмотка збудження Н1-Н2 в коло якої включено резистор Rзб для того щоб змінювати Ізб, а й відповідно магнітний потік . Рівняння напруги і ЕРС для двигуна постійного струму має вигляд:

U= E + IR (1), де

U- підведена напруга ; Е – ЕРС, що наводиться в Я1-Я2 ; IR - спад напруги в Я1-Я2

ЕРС визначається за формулою :

Е = КФω (2)

К- параметр приводу ; Ф магнітний потік; ω–кутова швидкість

Згідно закону електромагнітної індукції (F=BlI ) М = КФІ (3).

Розглянемо рівняння електромеханічної і механічної характеристики для двигуна постійного струму з незалежним збудженням.

Рівняння електромеханічної характеристики це залежність ω від І

ω=f ( I ) (4),

а механічна характеристика – це залежність ω від М

ω =f ( М ) (5).

Виведемо рівняння електромеханічної характеристики:

З формули (2) => ω = Е/КФ (6)

З формули (1) => Е= U- IR (7)

З формул (6 і 7) отримаємо

(8) – рівняння електромеханічної характеристики.

Математичний вигляд механічної характеристики:

З формули (3) => І =М /КФ(9). Звідси отримаємо

(10) – рівняння механічної характеристики.

З формул (8 і 10 ) видно, що графічно вони будуть представляти собою прямі лінії при умові,

W=f ( I ) та W=f (М )є лінійні при умові, що КФ = сопst.

На рисунку 2 представлено три характеристики :

Пряма 1 коли наруга додатна , пряма 3 коли напруга від’ємна, а пряма 2 коли напруга = 0. На прямі 1 точка А відповідає холостому ходу двигуна, коли І =М=0 , а W= W 0. Точка В відповідає короткому замиканню двигуна ( двигун загальмований) тобто W =0, І= Ікз, М=Мкз .

Рівняння електромеханічної і механічної характеристик можна записати як W =W 0 -Δ W (11)

Δ (12)

З цих рівнянь видно при збільшенні струму чи моменту швидкість зменшується

Якщо U= 0 то це аналогічно схемі рисунок 3

(13)

рис 3 (14)

Ця схема називається схемою автономного генератора або схема динамічного гальмування. Коли машина працює на резистор Rя.

Цю схему можна реалізувати так, коли машина працює в режимі двигуна з швидкістю

W і її відключити і замкнути через резистор Rя. Якір буде обертатись по інерції і в ньому буде наводитись ЕРС і під дією якої виникає струм, цей струм створює момент гальмівного руху.

Тема 2 Енергетичні режими двигунів постійного струму незалежного збудження

Рис 1

Рис 2

З теоретичного курсу відомо, що для електричних машин існує принцип оборотності, тобто одна і таж машина може працювати як в режимі генератора так і в режимі двигуна. А весь процес роботи можна поділити на шість режимів :

А) Режим холостого ходу .

Машина не отримує електричної енергії з мережі(теоретично) це значить, що струм І в обмотці якоря = 0, це означає що ЕРС яка наводиться буде рівна прикладеній напрузі U. Цьому режиму відповідає точка А (рис 2), при цьому кутова швидкість = швидкості холостого ходу(W о), а момент на валу двигуна = 0 .

Б) Режим двигуна.

Оберти його змінюються від 0 до W о (швидкості холостого ходу). На рис 2 це відповідає першому квадрату від точки А до точки В . Це можливо лише тоді коли прикладена напруга більша ЕРС, що наводиться в обмотці якоря при його обертанні в магнітному полі 0< W < W о , тобто струм буде напрямлений від мережі до обмотки якоря двигуна. А це значить що електрична енергія теж напрямлена від мережі до обмотки якоря двигуна. В цьому режимі механічна енергія напрямлена від якоря до робочої машини. Напрям обертів W співпадають з моментом М.Вектор ЕРС напрямлений проти напрямленої напруги .

В) Генераторний режим.

Генераторний режим паралельно з мережею або гальмування рекуперацією енергії в мережу. Цьому режиму відповідає другий квадрат (рис 2), а це значить що кутова швидкість двигуна більша швидкості холостого ходу, а це значить що ЕРС більша за прикладену напругу, відповідно струм змінює свій напрямок, значить електрична енергія теж змінює свій. Механічна енергія напрямлена від робочої машини до якоря двигуна. Так як струм змінив свій напрямок то і момент змінить свій напрямок , як видно момент і напрям обертання не співпадають.

Г) Режим короткого замикання.

Якір машини загальмований – це значить що W = 0 точка В(рис 2). Машина буде споживати струм короткого замикання, що напрямлений від мережі до якоря двигуна, значить і електрична енергія теж напрямлена від мережі до двигуна, так як W = 0 то і ЕРС Е= 0 і відповідно струм короткого замикання буде дорівнювати Ікз= U/R.

Д) Режим генератора.

Режим генератора при послідовному з’єднанні з мережею чи гальмування проти включенням, наступає тоді коли швидкість обертання менша нуля ( W <0) цьому відповідає ІІІ квадрат ( рис 2 ),тобто нижче точки В .Так як оберти змінили свій напрямок то і ЕРС змінила свій напрямок тоді струм буде рівним І= (U+Е)/ R, це означає що струм буде більший за струм короткого замикання І >І кз. В цьому режимі електрична енергія напрямлена від мережі до якоря ( відповідно і струм ) , а механічна енергія від робочої машини до якоря двигуна.

Е) Режим автоматичного генератора чи динамічного гальмування. Обмотка якоря замкнута на резистор Rг струм І=Е/ R.Струм напрямлений від якоря до резистора Rг.