Jævnstrøms elektriske kredsløb og deres egenskaber

Ejendomme DC motorer bestemmes hovedsageligt af den måde, hvorpå excitationsspolen er tændt. Afhængigt af dette skelnes elektriske motorer:

1. uafhængigt exciteret: excitationsspolen er drevet af en ekstern DC-kilde (exciter eller ensretter),

2. parallel excitation: feltviklingen er forbundet parallelt med ankerviklingen,

3. serie excitation: excitationsviklingen er forbundet i serie med armaturviklingen,

4. med blandet excitation: der er to feltviklinger, den ene forbundet parallelt med ankerviklingen og den anden i serie med den.

Alle disse elektriske motorer har den samme enhed og adskiller sig kun i konstruktionen af ​​excitationsspolen. Excitationsviklingerne af disse elektriske motorer udføres på samme måde som i respektive generatorer.

Uafhængigt exciteret DC-elektromotor

I denne elektriske motor (fig.1, a) ankerviklingen er forbundet til hovedjævnstrømskilden (jævnstrømsnetværk, generator eller ensretter) med en spænding U, og magnetiseringsviklingen er forbundet til en hjælpekilde med en spænding UB. En regulerende rheostat Rp er inkluderet i kredsløbet af magnetiseringsspolen, og en start rheostat Rn er inkluderet i kredsløbet af anker spolen.

Den regulerende rheostat bruges til at regulere motorens ankerhastighed, og startreostaten bruges til at begrænse strømmen i ankerviklingen ved start. Et karakteristisk træk ved den elektriske motor er, at dens excitationsstrøm Iv ikke afhænger af strømmen Ii i ankerviklingen (belastningsstrømmen). Når man ser bort fra den afmagnetiserende effekt af ankerreaktionen, kan vi derfor omtrent antage, at motorfluxen F er uafhængig af belastningen. Afhængighederne af det elektromagnetiske moment M og hastigheden n af strømmen I vil være lineære (fig. 2, a). Derfor vil motorens mekaniske egenskaber også være lineære - afhængigheden n (M) (fig. 2, b).

I mangel af en rheostat med modstand Rn i ankerkredsløbet vil hastigheden og de mekaniske egenskaber være stive, det vil sige med en lille hældningsvinkel til den vandrette akse, da spændingsfaldet IяΣRя i viklingerne på maskinen inkluderet i ankerkredsløbet ved nominel belastning er kun 3-5% af Unom. Disse karakteristika (lige linier 1 i fig. 2, a og b) kaldes naturlige. Når en rheostat med modstand Rn indgår i ankerkredsløbet, øges hældningsvinklen af ​​disse karakteristika, hvilket resulterer i, at der kan opnås en familie af reostatkarakteristika 2, 3 og 4, svarende til forskellige værdier af Rn1, Rn2 og Rn3.

Ris. 1.Skematiske diagrammer af DC-motorer med uafhængig (a) og parallel (b) excitation

Ris. 2. Karakteristika for elektriske motorer jævnstrøm med uafhængig og parallel excitation: a — hastighed og drejningsmoment, b — mekanisk, c — arbejder Jo større modstand Rn er, desto større er hældningsvinklen for rheostatens karakteristik, dvs. er blødere.

Den regulerende rheostat Rpv giver dig mulighed for at ændre motorens excitationsstrøm Iv og dens magnetiske flux F. I dette tilfælde vil rotationsfrekvensen n også ændre sig.

Ingen kontakter og sikringer er installeret i kredsløbet af excitationsspolen, fordi når dette kredsløb afbrydes, falder den magnetiske flux af den elektriske motor kraftigt (kun fluxen af ​​resterende magnetisme forbliver i den), og der opstår en nødtilstand. Hvis den elektriske motoren kører i tomgang eller let belastning på akslen, så øges hastigheden kraftigt (motoren bevæger sig). I dette tilfælde øges strømmen i armaturviklingen Iya betydeligt, og der kan opstå en omfattende brand. For at undgå dette skal beskyttelsen afbryde elmotoren fra strømkilden.

Den kraftige stigning i rotationshastigheden, når excitationsspolens kredsløb afbrydes, forklares ved, at i dette tilfælde den magnetiske flux Ф (op til værdien af ​​Fost-fluxen fra den resterende magnetisme) og f.eks. etc. v. E og den nuværende Iya stiger. Og da den påførte spænding U forbliver uændret, vil rotationsfrekvensen n stige til f.eks. etc. c. E vil ikke nå en værdi, der er omtrent lig med U (hvilket er nødvendigt for ligevægtstilstanden for ankerkredsløbet, hvor E = U — IяΣRя.

Når akselbelastningen er tæt på den nominelle, vil elmotoren stoppe i tilfælde af et brud i magnetiseringskredsløbet, fordi det elektromagnetiske moment, som motoren kan udvikle med en væsentlig reduktion i magnetisk flux, falder og bliver mindre end momentet. af akslens belastning. I dette tilfælde stiger strømmen Iya også kraftigt, og maskinen skal afbrydes fra strømkilden.

Det skal bemærkes, at rotationshastigheden n0 svarer til en ideel tomgangshastighed, når motoren ikke forbruger elektrisk energi fra netværket, og dens elektromagnetiske moment er nul. Under virkelige forhold, i tomgangstilstand, forbruger motoren fra netværket tomgangsstrømmen I0, som er nødvendig for at kompensere for interne effekttab, og udvikler et vist drejningsmoment M0, der er nødvendigt for at overvinde friktionskræfterne i maskinen. Derfor er tomgangshastigheden i virkeligheden mindre end n0.

Afhængigheden af ​​rotationshastigheden n og det elektromagnetiske moment M af effekten P2 (fig. 2, c) fra motorakslen, som følger af de betragtede relationer, er lineær. Afhængighederne af ankerviklingsstrømmen Iya og effekten P1 på P2 er også praktisk talt lineære. Strøm I og effekt P1 ved P2 = 0 repræsenterer tomgangsstrømmen I0 og effekt P0 forbrugt ved tomgang. Effektivitetskurven er karakteristisk for alle elektriske maskiner.

Elektrisk motor jævnstrøm parallel excitation

I denne elektriske motor (se fig. 1, b) fødes excitationsviklingerne og armaturerne fra den samme elektriske energikilde med en spænding U. En regulerende rheostat Rpv er inkluderet i kredsløbet af excitationsviklingen og en startreostat Rp indgår i viklingskredsløbet på ankeret.

I den betragtede elektriske motor er der i det væsentlige en separat forsyning af anker- og magnetiseringsviklingskredsløbene, som et resultat af hvilket excitationsstrømmen Iv ikke afhænger af ankerviklingsstrømmen Iv. Derfor vil den parallelle magnetiseringsmotor have de samme egenskaber som den uafhængige magnetiseringsmotor. En parallel excitationsmotor vil dog kun fungere normalt, når den drives af en jævnspændingskilde med konstant spænding.

Når elmotoren drives af en kilde med en anden spænding (generator eller styret ensretter), forårsager et fald i forsyningsspændingen U et tilsvarende fald i excitationsstrømmen Ic og den magnetiske flux Ф, hvilket fører til en stigning i ankeret snoede strøm Iya. Dette begrænser muligheden for at justere ankerhastigheden ved at ændre forsyningsspændingen U. Derfor skal elektriske motorer, der er designet til at blive drevet af en generator eller styret ensretter, have uafhængig magnetisering.

Elektrisk motor jævnstrøm serie excitation

For at begrænse startstrømmen er startreostaten Rp (fig. 3, a) inkluderet i ankerviklingens kredsløb (fig. 3, a) og for at regulere omdrejningshastigheden parallelt med excitationsviklingen ved at justere rheostaten Rpv kan medfølge.

Ris. 3. Skematisk diagram af DC-motoren med serie-excitation (a) og afhængigheden af ​​dens magnetiske flux Ф af strømmen I i ankerviklingen (b)

Ris. 4. Egenskaber for DC-motoren med sekventiel excitation: a — høj hastighed og drejningsmoment, b — mekanisk, c — arbejdere.

Et karakteristisk træk ved denne elektriske motor er, at dens excitationsstrøm Iv er lig med eller proportional (når rheostaten Rpv er tændt) med strømmen af ​​ankerviklingen Iya, derfor afhænger den magnetiske flux F af motorbelastningen (fig. 3, b) .

Når ankerviklingsstrømmen Iya er mindre end (0,8-0,9) af mærkestrømmen Inom, er maskinens magnetiske system ikke mættet, og det kan antages, at den magnetiske flux Ф ændres i direkte proportion til strømmen Iia. Derfor vil hastighedskarakteristikken for den elektriske motor være blød - når strømmen I stiger, vil rotationshastigheden n falde kraftigt (fig. 4, a). Et fald i omdrejningshastigheden n skyldes en stigning i spændingsfaldet IjaΣRja. i den indre modstand Ra. ankerviklingskredsløb såvel som på grund af en stigning i den magnetiske flux F.

Det elektromagnetiske moment M med en stigning i strømmen Ija vil stige kraftigt, fordi i dette tilfælde stiger den magnetiske flux Ф også, det vil sige, at øjeblikket M vil være proportional med strømmen Ija. Derfor, når den nuværende Iya er mindre end (0,8 N-0,9) Inom, har hastighedskarakteristikken form som en hyperbel, og momentkarakteristikken har form som en parabel.

Ved strømme Ia> Ia er afhængighederne af M og n af Ia lineære, da det magnetiske kredsløb i denne tilstand vil være mættet, og den magnetiske flux Ф vil ikke ændre sig, når strømmen Ia ændres.

Den mekaniske karakteristik, det vil sige afhængigheden af ​​n af M (fig. 4, b), kan konstrueres ud fra afhængigheden af ​​n og M af Iya. Ud over naturlig karakteristik 1 er det muligt at opnå en familie af rheostatkarakteristika 2, 3 og 4. ved at inkludere en rheostat med modstand Rp i ankerviklingskredsløbet.Disse karakteristika svarer til forskellige værdier af Rn1, Rn2 og Rn3, mens jo højere Rn er, jo lavere karakteristik.

Den mekaniske egenskab ved den betragtede motor er blød og hyperbolsk. Ved lave belastninger falder den magnetiske flux Ф betydeligt, omdrejningshastigheden n stiger kraftigt og kan overstige den maksimalt tilladte værdi (motoren løber løbsk). Derfor kan sådanne motorer ikke bruges til at drive mekanismer, der fungerer i tomgang og under lav belastning (forskellige maskiner, transportører osv.).

Normalt er den mindste tilladte belastning for høj- og mellemeffektmotorer (0,2… 0,25) Inom. For at forhindre, at motoren kører uden belastning, er den fast forbundet til drivmekanismen (tand- eller blindkobling); brugen af ​​remtræk eller friktionskobling er uacceptabel.

På trods af denne ulempe er motorer med sekventiel excitation meget udbredt, især når der er store forskelle i belastningsmoment og alvorlige startforhold: i alle traktionsdrev (elektriske lokomotiver, diesellokomotiver, elektriske tog, elektriske biler, elektriske gaffeltrucks osv. ), samt i drev af løftemekanismer (kraner, elevatorer osv.).

Dette forklares ved, at med en blød karakteristik fører en stigning i belastningsmomentet til en lavere stigning i strøm- og strømforbrug end i uafhængige og parallel-exciterede motorer, på grund af hvilke serie-exciterede motorer kan modstå mere godt ved overbelastning.Derudover har disse motorer et højere startmoment end parallelle og uafhængigt exciterede motorer, fordi da ankerviklingsstrømmen stiger under start, stiger den magnetiske flux tilsvarende.

Hvis vi for eksempel antager, at den kortvarige startstrøm kan være 2 gange maskinens nominelle driftsstrøm og negligere virkningerne af mætning, ankerreaktion og spændingsfald i dens vikling, så vil i en serie-exciteret motor startmomentet vil være 4 gange højere end det nominelle (både i strømmen og i den magnetiske flux stiger det 2 gange), og i motorer med uafhængig og parallel excitation - kun 2 gange mere.

Faktisk, på grund af mætning af det magnetiske kredsløb, stiger den magnetiske flux ikke proportionalt med strømmen, men ikke desto mindre vil startmomentet for en serie-exciteret motor, alt andet lige, være meget større end startmomentet af samme motor med uafhængig eller parallel excitation.

Afhængighederne af n og M af kraften P2 af motorakslen (fig. 4, c), som følger af de ovenfor diskuterede positioner, er ikke-lineære, afhængighederne af P1, Ith og η på P2 har samme form som til motorer med parallel arousal.

Blandet excitation jævnstrøm elektrisk motor

I denne elektriske motor (fig. 5, a) skabes den magnetiske flux Ф som et resultat af den fælles handling af to excitationsspoler - parallel (eller uafhængig) og serie, hvorigennem excitationsstrømmene Iв1 og Iв2 = Iя

derfor

hvor Fposl — seriespolens magnetiske flux, afhængig af strømmen Ia, Fpar — parallelspolens magnetiske flux, som ikke afhænger af belastningen (det bestemmes af excitationsstrømmen Ic1).

Den mekaniske karakteristik af en elektrisk motor med blandet excitation (fig. 5, b) ligger mellem egenskaberne for motorer med parallel (lige linie 1) og serie (kurve 2) excitation. Afhængigt af forholdet mellem magnetomotoriske kræfter af parallelle og seriemæssige viklinger ved den nominelle tilstand, kan karakteristika for blandet excitationsmotor tilnærmes til karakteristik 1 (kurve 3 ved lav ppm af serieviklingen) eller til karakteristik 2 (kurve 4 ved lav ppm v. parallel vikling).

Ris. 5. Skematisk diagram af en elektrisk motor med blandet excitation (a) og dens mekaniske karakteristika (b)

Fordelen ved DC-motoren med blandet excitation er, at den, med en blød mekanisk karakteristik, kan fungere i tomgang, når Fposl = 0. I denne tilstand bestemmes rotationsfrekvensen af ​​dens anker af den magnetiske flux Fpar og har en begrænset værdi (motoren kører ikke).