Двигатель последовательного возбуждения

На рис. 6.9 приведена схема включения двигателя последовательного возбуждения. Пуск в ход этого двигателя осуществляется с помощью двухзажимного пускового реостата РП, так же как и двигателя параллельного возбуждения.

Рис. 6.9. Схема двигателя последовательного возбуждения

Рабочие характеристики двигателя.Они имеют вид n; М; η = f(I_я) при U = U_ном = const. В двигателях последовательного воз­буждения ток якоря одновременно является током возбуждения (I_я = I_в = I); поэтому магнитный поток Ф при различной нагрузке машины испытывает значительные изменения, и это составляет его характерную особенность. Из уравнения равновесия э. д. с. имеем ту же, что и для двигателя параллельного возбуждения, формулу для частоты вращения: п= (U - I_яR_я)/(с_еФ). При работе двигателя последовательного возбуждения главное значение имеет изменение основного магнитного потока полюсов, если не учитывать падения напряжения I_яR_я и реакцию якоря.

При малых и средних нагрузках магнитную цепь двигателя можно считать ненасыщенной, и в этом случае Ф = k_фI_я следовательно, п = (U - I_яR_я)/(с_еk_фФ). Коэффициент пропорциональности k_ф в значительном диапазоне нагрузок при I_я < I_ном — практически постоянен и лишь при I_я > (0,8 0,9)I_ном вследствие насыщения магнитной цепи k_ф начинает несколько уменьшаться.

На рис. 6.10 представлены рабочие характеристики двигателя последовательного возбуждения.

Рис. 6.10. Рабочие характеристики двигателя последовательного возбуждения

Характеристика частоты вращения — мягкая, т. е. частота вращения резко меняется при изменениях нагрузки, и имеет гиперболический характер. Однако при значительном уменьшении нагрузки двигатель начинает развивать все большую частоту вращения или, как говорят, идет в «разнос», что может привести к разрушению машины. Поэтому двигатель последовательного возбуждения нужно ставить в такие условия работы, при которых ни пуск в ход без нагрузки, ни х. х. при работе были бы невозможны. Эти двигатели должны выдерживать без вредных последствий повышение частоты вращения на 20% сверх наибольшей, указанной на заводском щитке, но не более 50% сверх номинальной. Характеристика M = f(I_я) при U = U_ном = const, двигателя последовательного возбуждения при слабом насыщении стали представляет собой параболу. Так как Ф = k_фI_я, а М = с_мI_яФ, то М = I_я². По мере увеличения тока I_я двигатель насыщается, т. е. Ф = const, не зависит от тока I_я и характеристика момента спрямляется, приближаясь к прямой. В этих условиях момент изменяется почти пропорционально току, как у двигателя параллельного возбуждения: М = с_мI_яФ. Свойство двигателя последовательного возбуждения развивать момент, пропорциональный квадрату тока, имеет очень важное значение в тех случаях, когда нужен большой пусковой момент (краны, электровозы), и там, где необходима большая перегрузочная способность двигателя. Полез­ная мощность с увеличением нагрузки увеличивается медленнее, чем вращающий момент, вследствие значительного уменьшения частоты вращения. Подведенная мощность , пропорциональная току двигателя, также увеличивается медленнее вращающего момента. Характеристика к. п. д. имеет такой же вид, как и у двигателей параллельного возбуждения.

Регулировочная характеристика двигателя.Частота вращения двигателей последовательного возбуждения регулируется такими же способами, как и у двигателей параллельного возбуждения.

Регулирование частоты вращения изменением напряжения.

Этим способом можно регулировать частоту вращения ниже номинального значения. Рассматриваемый способ применяют в тяговых установках (кранах, метро, трамваях и др.), где устанавливают несколько двигателей, причем на малых частотах вращения их включают последовательно, а на больших параллельно, одновременно используя и включение регулировочного реостата R_рг, как показано на рис. 6.11, а.

Регулирование частоты вращения изменением магнитного потока возбуждения. При обычной схеме включения обмоток двигателя ток в обмотке возбуждения равен току якоря. Если замкнуть рубильник Р1(рис. 6.11, б), то ток возбуждения уменьшится, увеличивая частоту. При повышении частоты вращения условия коммутации ухудшаются и ограничивают верхний предел частоты вращения якоря, который не превышает 1,4 номинальной.

Для оценки этого способа регулирования частоты вращения введено понятие о коэффициенте ослабления поля k_о.п ⁼ R_ш.в/(R_в + R_ш.в), где R_ш.в — шунтирующее сопротивление параллельной обмотки возбуждения.

Рис. 6.11. Схемы регулирования частоты вращения двигателя последовательного возбуждения: а — изменением схемы включения; б — изменением тока возбуждения; в — секционированием обмотки возбуждения

Аналогичное увеличение частоты вращения якоря можно получить, если выполнить обмотку возбуждения секционированной, т. е. сделать отводы от некоторых витков обмотки возбуждения и производить изменения н. с. этой обмотки (рис. 6.11, в). Изменение сопротивления регулировочного реостата в цепи якоря также позволяет регулировать частоту вращения двигателя (U_Д — напряжение на двигателе).

6.5. Двигатель смешанного возбуждения

Двигатель смешанного возбуждения имеет две обмотки возбуждения, одна Ш из которых включается параллельно обмотке якоря, а вторая С — последовательно (рис. 6.12). Соотношение н. с. обмоток может быть различным, но обычно одна из обмоток создает большую н. с., ее называют основной. Частота вращения двигателя , где Ф₁ Ф₂ — магнитные потоки параллельной и последовательной обмоток возбуждения соответственно. Знак плюс соответствует согласному включению обмоток возбуждения, когда н. с. обмоток складываются. Поэтому магнитный поток с увеличением нагрузки возрастает, что ведет к уменьшению частоты вращения двигателя.

Рис. 6.12. Схема включения двигателя смешанного возбуждения

При встречном включении обмоток магнитный поток Ф₂ при увеличении нагрузки размагничивает машину (знак минус), увеличивая частоту вращения. При пуске двигателя смешанного возбуждения со встречным включением обмоток возбуждения магнитный поток последовательной обмотки Ф₂ может заметно ослабить результирующий поток двигателя и этим осложнить процесс пуска. Чтобы избежать этого, последовательную обмотку таких двигателей иногда замыкают накоротко на все время пуска.

Рабочие характеристики двигателя смешанного возбуждения (рис. 6.13) приближаются к характеристикам двигателя параллельного или последовательного возбуждения, смотря по тому, какая из обмоток возбуждения играет основную роль. Этот двигатель имеет ряд преимуществ по сравнению с двигателем последовательного возбуждения. Он может работать вхолостую, так как поток параллельной обмотки Ф₁ ограничивает частоту вращения двигателя е режиме х. х. и устраняет опасность «разноса».

Рис. 6.13. Рабочие характеристики двигателя смешанного возбуждения

Регулируют частоту вращения реостатом в цепи параллельной обмотки возбуждения. Двигатель смешанного возбуждения применяют тогда, когда требуется значительный пусковой момент, быстрое ускорение при пуске и допустимы относительно большие изменения частоты вращения при изменении нагрузки. В связи с этим двигатели смешанного возбуждения применяют для привода на постоянном токе компрессоров, станков, прокатных станов, подъемников, электрической тяги и др.