Двигатель со смешанным возбуждением

На каждом полюсе такого двигателя имеются две обмотки – параллельная и последовательная. Их можно включить так, чтобы магнитные потоки складывались (согласное включение) или вычитались (встречное включение). Формулы для скорости вращения и вращающего момента для такого двигателя:

n = (U – Iя ∙ Rя) / c∙(Φпарал. +/- Φпосл.)

М = c ∙ Iя ∙ (Φпарал. +/- Φпосл.)

В зависимости от соотношения магнитных потоков двигатель со смешанным возбуждением по своим свойствам приближается либо к двигателю с последовательным возбуждением, либо к двигателю с параллельным возбуждением. Как правило, у таких двигателей последовательная обмотка является главной (рабочей), а параллельная – вспомогательной. Благодаря наличию магнитного потока параллельной обмотки, скорость такого двигателя не может сильно возрастать на малых нагрузках. Двигатели с согласным включением применяются, когда необходим большой пусковой момент и регулировка скорости при переменных нагрузках. Двигатели со встречным включением обмоток применяются в тех случаях, когда необходима постоянная скорость при изменяющейся нагрузке.

Для изменения направления вращения двигателя постоянного тока надо изменить направление тока либо в обмотке возбуждения, либо в обмотке якоря. Изменением полярности на клеммах машины можно поменять направление вращения только в двигателе с постоянным магнитом или независимым возбуждением. В других двигателях надо изменить направление тока либо в якорной обмотке, либо в обмотке возбуждения. Двигатель постоянного тока нельзя включать подсоединением полного напряжения. Пусковой ток машин постоянного тока где-то в 20 раз превышает номинальный ток (он тем больше, чем больше и быстрее мотор). В больших машинах пусковой ток может превышать номинальный ток в 50 раз.

Большой ток вызывает в коллекторе круговое искрение и разрушает коллектор. Для включения применяют плавное увеличение напряжения или пусковые реостаты. Прямое включение допускается при низких напряжениях в случае маленьких двигателей, у которых сопротивление обмотки якоря большое.

Автотрансформаторные режимы (рисунок 4.2а и б). Возможна передача номинальной мощности из обмотки ВН в обмотку СН или наоборот. В обоих режимах в общей обмотке проходит разность токов а поэтому последовательная и общая обмотки загружены типовой мощностью, что допустимо. Рисунок 4.2. Схемы автотрансформаторных режимов работы АТ Трансформаторные режимы (рисунок 4.2 в, г). Возможна передача мощности из обмотки НН в обмотку СН или ВН, причём обмотку НН можно загрузить не более чем на Условие допустимости режима НН→ ВН или НН → СН: = . (4.4) Если происходит трансформация из НН в СН, то общая обмотка загружена такой же мощностью и дополнительная передача мощности из ВН в СН невозможна, хотя последовательная обмотка не загружена. В трансформаторном режиме передачи мощности из обмотки НН в ВН (рисунок 4.2г), общая и последовательная обмотки загружены не полностью: , (4.5) поэтому возможно дополнительно передать из обмотки СН в ВН некоторую мощность. Комбинированные режимы (рисунок 4.2 д,е.) Рисунок 4.2. Схемы трансформаторных и комбинированных режимов работы автотрансформаторов. Передача мощности осуществляется автотрансформаторным путём ВН → СН и трансформаторным путём НН → СН (рисунок 4.2 д). Ток в последовательной обмотке: , (4.6) где: - активная и реактивная мощности передаваемые из ВН в СН. Нагрузка последовательной обмотки: . (4.7) Отсюда видно, что даже при передаче номинальной мощности последовательная обмотка не будет перегружена. В общей обмотке токи автотрансформаторного и трансформаторных режимов направлены одинаково: . Нагрузка общей обмотки: Подставляя значения токов и производя преобразования, получаем: , (4.8) где: активная и реактивная мощности передаваемые из обмотки НН в обмотку СН. Т.о. комбинированный режим НН-СН, ВН-СН ограничивается загрузкой общей обмотки и может быть допущен при условии: . (4.9) Если значения cos на стороне ВН и НН незначительно отличаются друг от друга то кажущиеся мощности можно складывать алгебраически и (4.8) упрощается: . (4.10) В комбинированном режиме передачи мощности из обмоток НН и СН в обмотку ВН распределение токов показано на рисунке 4.2е. В общей обмотке ток АТ режима направлен встречно току трансформаторного режима, поэтому загрузка обмотки значительно меньше допустимой и в пределе может быть равна нулю. Этот режим ограничивается загрузкой последовательной обмотки: , (4.11) где: активная и реактивная мощности на стороне СН, Рнв, Qнв - на стороне НН. Комбинированный режим НН-ВН, СН-ВН допустим, если . (4.12) Если значения cos на стороне СН и НН незначительно отличаются друг от друга то (4.11) упрощается . (4.13) Возможны и другие комбинированные режимы передачи мощности из обмотки СН в обмотки НН и ВН. В этом случае направления токов в обмотках изменяются на обратные по сравнению с рис. 4.2 д, е; но приведенные рассуждения и формулы (4.8)-(4.13) останутся неизменными. Во всех случаях надо контролировать загрузку АТ, устанавливая трансформаторы тока (и амперметры) во всех обмотках. Допустимая нагрузка общей обмотки указывается в паспортных данных АТ. Выводы, сделанные для однофазного трансформатора справедливы и для трёхфазного трансформатора, схема которого представлена на рисунке 4.3. Обмотки ВН и СН соединяются в звезду с выведенной нулевой точкой, обмотки НН в треугольник. К особенностям конструкции АТ следует отнести необходимость глухого заземления нейтрали общей для обмотки ВН и СН. Рисунок 4.3 Схема трехфазного автотрансформатора Объясняется это следующим: Если в системе с эффективно заземленной нейтралью включить понижающий АТ с незаземлённой нейтралью, то при замыкании на землю одной фазы в сети СН на последовательную обмотку этой фазы будет воздействовать полное напряжение вместо , напряжение выводов обмотки СН возрастёт примерно до , резко увеличится напряжение, приложенное к обмоткам неповреждённых фаз. Аналогично будет при подключении повышающего АТ. Такие перенапряжения недопустимы, поэтому нейтрали всех АТ глухо заземляются. В этом случае заземления на линии со стороны ВН и СН не вызывают опасных перенапряжений, однако в системах ВН и СН возрастают токи однофазного КЗ. Преимущества АТ по сравнению с трансформатором той же мощности. 1. Меньший расход меди, стали, изоляционных материалов. 2. Меньшая масса, меньшие габариты, что позволяет создавать АТ больших номинальных мощностей, чем трансформаторов. 3. Меньшие потери и большие КПД. 4. Более легкие условия охлаждения Недостатки АТ. 1. Необходимость глухого заземления нейтрали, что приводит к увеличению токов однофазного КЗ. 2. Сложность регулирования напряжения. 3. Опасность перехода атмосферных перенапряжений вследствие электрической связи обмоток ВН и СН.