Двигатель параллельного возбуждения

Схема включения в сеть двигателя параллельного возбуждения показана на рис. 29.3, а. Характерной особенностью этого двига­теля является то, что ток в обмотке возбуждения ОБ не зависит от тока нагрузки (тока якоря). Реостат в цепи возбуждения r _рг слу­жит для регулирования тока в обмотке возбуждения и магнитного потока главных полюсов.

Рис. 29.3. Схема двигателя параллельного возбуждения (а) и его рабочие характеристики (б)

Эксплуатационные свойства двигателя определяются его рабо­чими характеристиками, под которыми понимают зависимость час­тоты вращения n, тока I, полезного момента М₂, вращающего мо­мента М от мощности на валу двигателя Р₂ при U= const и I _в= = const (рис. 29.3, б).

Для анализа зависимости n=f(P₂), которую обычно называют скоростной характеристикой, обратимся к формуле (29.5), из ко­торой видно, что при неизменном напряжении U на частоту вра­щения влияют два фактора: падение напряжения в цепи якоря I _а2 r и поток возбуждения Ф. При увеличении нагрузки уменьша­ется числитель (U — I_ar), при этом вследствие реакции якоря уменьшается и знаменатель Ф. Обычно ослабление потока, вызван­ное реакцией якоря, невелико и первый фактор влияет на частоту вращения сильнее, чем второй. В итоге частота вращения двига­теля с ростом нагрузки уменьшается. Если же реакция якоря в двигателе сопровождается более значительным ослаблением пото­ка Ф, то частота вращения с увеличением нагрузки будет возрас­тать, как это показано штриховой кривой на рис. 29.3, б. Однако такая зависимость n=f (P₂) является нежелательной, так как она, как правило, не удовлетворяет условию устойчивой работы двигателя: с ростом нагрузки на двигатель возрастает частота враще­ния, что ведет к дополнительному росту нагрузки и т. д., т. е. час­тота вращения п двигателя неограниченно увеличивается и двига­тель идет «в разнос». Чтобы обеспечить характеристике частоты вращения форму падающей кривой, в некоторых двигателях парал­лельного возбуждения применяют легкую (с небольшим числом витков) последова­тельную обмотку возбуждения, которую называют стабилизирующей обмоткой. При включении этой обмотки согласован­но с параллельной обмоткой возбуждения ее МДС компенсирует размагничивающее действие реакции якоря так, что поток Ф во всем диапазоне нагрузок остается практически неизменным.

Изменение частоты вращения двига­теля при переходе от номинальной на­грузки к х.х., выраженное в процентах, называют номинальным изменением час­тоты вращения:

(29.8)

где п ₀ — частота вращения двигателя в режиме х.х.

Обычно для двигателей параллельно­го возбуждения п _ном = 2-8 ⁰/₀, поэтому характеристику частоты вращения двига­теля параллельного возбуждения назы­вают жесткой.

Зависимость полезного момента М₂ от нагрузки установлена формулой (13.24). При n=const график M₂ = f (P₂) имел бы вид прямой. Однако с увеличе­нием нагрузки частота вращения двигате­ля снижается, а поэтому зависимость M₂ = f (P₂) криволинейна.

При n = const вращающий момент дви­гателя М = М₀ + М₂. Так как рабочие ха­рактеристики двигателя строят при усло­вии I _в = const, что обеспечивает постоян­ство магнитных потерь в двигателе, то мо­мент х.х. M ₀=const. Поэтому график за­висимости M = f (P₂) проходит параллель­но кривой M₂ = f (P₂). Если принять поток Ф = const, то график M₂ = f (P₂) является в то же время выражением зависимости I=f (P₂), так как М == с _мФ I_а.

Для получения аналитического выражения механической харак­теристики n=f (M) преобразуем выражение (29.5):

(29.9)

подставив в него из (25.24) значение тока якоря

I_a = M/ (c _мФ), (29.10)

получим

(29.11)

где n ₀ — частота вращения в режиме х. х.; n — изменение частоты вращения, вызванное изменением нагрузки на валу двигателя.

Если пренебречь реакцией якоря, то (так как I _в = const) мож­но принять Ф = const. Тогда механическая характеристика двига­теля параллельного возбуждения представляет собой прямую ли­нию, несколько наклоненную к оси абсцисс (рис. 29.4, а). Угол на­клона механической характеристики тем больше, чем больше зна­чение сопротивления, включенного в цепь якоря. Механическую характеристику двигателя при отсутствии дополнительного сопро­тивления в цепи якоря называют естественной (прямая 1). Механи­ческие характеристики двигателя, полученные при введении допол­нительного сопротивления в цепь якоря, называют искусственными (прямые 2, 3 и 4).

§ 29.5. Режимы работы машины постоянного тока

В двигателях параллельного возбуждения при неизменном токе в обмотке возбуждения (I _в=const) магнитный поток изменяется при нагрузке весьма незначительно. Поэтому с некоторым прибли­жением можно принять Ф = const. В этом случае электромагнит­ный момент [см. (25.24)] пропорционален току в цепи якоря и ме­ханическая характеристика n=f (M) может быть представлена зависимостью n=f(I_a) (рис. 29.8). Если эту характеристику продол­жить в обе стороны за пределы осей координат (прямая 1), то мож­но показать, что электрическая машина в зависимости от значения и знака внешнего момента, действующего на ее вал со стороны связанного с ним механизма, может работать в трех режимах: двигательном, тормозном и генераторном.

При работе двигателя без на­грузки ток в цепи якоря I _а0 не­большой. При этом частота вра­щения п = n ₀ (точка А). Затем с появлением на валу двигателя на­грузочного момента, противодей­ствующего вращающему, ток в цепи якоря возрастает, а частота вращения уменьшается. Если увеличить

Рис. 29.8. Режимы работы машины постоянного тока:

1 — с параллельным (независимым) возбуждением; 2 — со смешанным возбуж­дением; 3 — с последовательным возбуждением

противодействующий мо­мент до значения, при котором якорь двигателя остановится (точка В), то ЭДС Е_а = 0 и ток двигателя достигает значения I_{а к}= U /Σ r. Если двигатель применяют для привода механизма, нагрузочный момент которого может быть больше вращающего (например, при­вод барабана, на который наматывается трос с грузом), то при по­следующем увеличении нагрузочного момента этого механизма якорь машины вновь начнет вращаться, но теперь уже в другую сторону. Теперь момент, действующий на вал электрической маши­ны со стороны нагрузочного механизма, будет вращающим, а элект­ромагнитный момент машины — тормозящим, т. е. электрическая машина перейдет в тормозной режим. При работе машины в этом режиме ЭДС якоря действует согласованно с напряжением,т. е. I_a= (U + E_a)/ Σ r.

При использовании машины в тормозном режиме (см. § 29.8) необходимо принять меры для ограничения тока якоря. С этой целью в цепь якоря включают добавочное сопротивление, значение которого обеспечивает получение искусственной характеристики двигателя, пересекающейся с осью абсцисс при токе якоря I _аном< I _{a к} (штриховая прямая).

Если при работе двигателя в режиме х. х. к его валу приложить момент, направленный в сторону вращения якоря, то частота вра­щения, а следовательно, и ЭДС Е_а начнут возрастать. Когда ЭДС E_a=U, машина не будет потреблять тока из сети (точка С) и час­тота вращения якоря достигает значения, называемого пограничной частотой вращения п _хх.При дальнейшем увеличении внешнего момента на валу маши­ны ЭДС Е_а станет больше напряжения, а в цепи якоря опять воз­никает ток, но другого направления. При этом машина перейдет в генераторный режим: механическая энергия, затрачиваемая на вращение якоря, будет преобразовываться в электрическую и по­ступать в сеть.

Перевод машины из двигательного в генераторный режим ис­пользуют для торможения двигателя, так как в генераторном режи­ме электромагнитный момент является тормозящим (рекуператив­ное торможение).