Likströms elektriska kretsar och deras egenskaper

Egenskaper DC-motorer bestäms huvudsakligen av sättet som exciteringsspolen är på. Beroende på detta särskiljs elmotorer:

1. oberoende exciterad: exciteringsspolen drivs av en extern DC-källa (exciter eller likriktare),

2. parallell excitation: fältlindningen är parallellkopplad med ankarlindningen,

3. seriemagnetisering: excitationslindningen är seriekopplad med ankarlindningen,

4. med blandad excitation: det finns två fältlindningar, en parallellkopplad med ankarlindningen och den andra i serie med den.

Alla dessa elmotorer har samma enhet och skiljer sig endast i konstruktionen av excitationsspolen. Excitationslindningarna hos dessa elmotorer utförs på samma sätt som i respektive generatorer.

Oberoende exciterad DC elmotor

I denna elmotor (fig.1, a) ankarlindningen är ansluten till huvudlikströmskällan (likströmsnät, generator eller likriktare) med en spänning U, och excitationslindningen är ansluten till en hjälpkälla med en spänning UB. En reglerande reostat Rp ingår i magnetspolens krets, och en startreostat Rn ingår i ankarspolens krets.

Reglerreostaten används för att reglera motorns ankarhastighet och startreostaten används för att begränsa strömmen i ankarlindningen vid start. En karakteristisk egenskap hos elmotorn är att dess excitationsström Iv inte beror på strömmen Ii i ankarlindningen (lastström). Om man försummar den avmagnetiserande effekten av ankarreaktionen, kan vi därför ungefär anta att motorflödet F är oberoende av belastningen. Beroendet av det elektromagnetiska momentet M och hastigheten n på strömmen I kommer att vara linjära (fig. 2, a). Därför kommer de mekaniska egenskaperna hos motorn också att vara linjära — beroendet n (M) (Fig. 2, b).

I frånvaro av en reostat med motstånd Rn i ankarkretsen kommer hastigheten och de mekaniska egenskaperna att vara stela, det vill säga med en liten lutningsvinkel mot den horisontella axeln, eftersom spänningsfallet IяΣRя i lindningarna på maskinen som ingår i ankarkretsen vid nominell belastning är endast 3-5 % av Unom. Dessa egenskaper (räta linjer 1 i fig. 2, a och b) kallas naturliga. När en reostat med resistans Rn ingår i ankarkretsen, ökar lutningsvinkeln för dessa egenskaper, vilket gör att en familj av reostategenskaper 2, 3 och 4 kan erhållas, motsvarande olika värden på Rnl, Rn2 och Rn3.

Ris. 1.Schematiska diagram av DC-motorer med oberoende (a) och parallell (b) magnetisering

Ris. 2. Egenskaper hos elektriska motorer likström med oberoende och parallell excitation: a — hastighet och vridmoment, b — mekanisk, c — arbete Ju större motstånd Rn är, desto större lutningsvinkel för reostatens karakteristika, dvs. är mjukare.

Den reglerande reostaten Rpv låter dig ändra motorns magnetiseringsström Iv och dess magnetiska flöde F. I detta fall kommer rotationsfrekvensen n också att ändras.

Inga strömbrytare och säkringar är installerade i excitationsspolens krets, för när denna krets avbryts, minskar det magnetiska flödet av elmotorn kraftigt (endast flödet av kvarvarande magnetism finns kvar i den) och ett nödläge inträffar. motorn går på tomgång eller lätt belastning på axeln, då ökar hastigheten kraftigt (motorn rör sig). I det här fallet ökar strömmen i armaturlindningen Iya avsevärt och en omfattande brand kan uppstå. För att undvika detta måste skyddet koppla bort elmotorn från strömkällan.

Den kraftiga ökningen av rotationshastigheten när excitationsspolens krets avbryts förklaras av det faktum att i detta fall det magnetiska flödet Ф (upp till värdet av Fost-flödet från restmagnetismen) och t.ex. etc. v. E och strömmen Iya ökar. Och eftersom den applicerade spänningen U förblir oförändrad kommer rotationsfrekvensen n att öka till e. etc. c. E kommer inte att nå ett värde som är ungefär lika med U (vilket är nödvändigt för ankarkretsens jämviktstillstånd, där E = U — IяΣRя.

När axelbelastningen är nära den märkta kommer elmotorn att stanna vid ett avbrott i magnetiseringskretsen, eftersom det elektromagnetiska moment som motorn kan utveckla med en betydande minskning av magnetflödet minskar och blir mindre än vridmomentet av axelns belastning. I detta fall ökar också strömmen Iya kraftigt och maskinen måste kopplas bort från strömkällan.

Det bör noteras att rotationshastigheten n0 motsvarar ett idealiskt tomgångsvarvtal när motorn inte förbrukar elektrisk energi från nätverket och dess elektromagnetiska moment är noll. Under verkliga förhållanden, i tomgångsläge, förbrukar motorn från nätverket tomgångsströmmen I0, som är nödvändig för att kompensera för interna effektförluster, och utvecklar ett visst vridmoment M0, nödvändigt för att övervinna friktionskrafterna i maskinen. Därför är tomgångsvarvtalet i verkligheten mindre än n0.

Beroendet av rotationshastigheten n och det elektromagnetiska momentet M på effekten P2 (fig. 2, c) från motoraxeln, som följer av de betraktade relationerna, är linjärt. Beroendena för ankarlindningsströmmen Iya och effekten P1 på P2 är också praktiskt taget linjära. Ström I och effekt P1 vid P2 = 0 representerar viloströmmen I0 och effekt P0 som förbrukas vid tomgång. Effektivitetskurvan är karakteristisk för alla elektriska maskiner.

Elmotor likström parallell excitation

I denna elektriska motor (se fig. 1, b) matas excitationslindningarna och armaturerna från samma elektriska energikälla med en spänning U. En reglerande reostat Rpv ingår i kretsen för excitationslindningen och en startreostat Rp ingår i lindningskretsen på ankaret.

I den aktuella elmotorn finns det väsentligen en separat försörjning av ankar- och magnetiseringslindningskretsarna, som ett resultat av vilket excitationsströmmen Iv inte beror på ankarlindningsströmmen Iv. Därför kommer den parallella magnetiseringsmotorn att ha samma egenskaper som den oberoende magnetiseringsmotorn. En parallell magnetiseringsmotor kommer dock endast att fungera normalt när den drivs av en DC-källa med konstant spänning.

När elmotorn drivs av en källa med en annan spänning (generator eller styrd likriktare), orsakar en minskning av matningsspänningen U en motsvarande minskning av excitationsströmmen Ic och det magnetiska flödet Ф, vilket leder till en ökning av ankaret slingrande ström Iya. Detta begränsar möjligheten att justera ankarhastigheten genom att ändra matningsspänningen U. Därför måste elmotorer som är designade för att drivas av en generator eller styrd likriktare ha oberoende magnetisering.

Elmotor likström serie excitation

För att begränsa startströmmen ingår startreostaten Rp (fig. 3, a) i ankarlindningens krets (fig. 3, a) och för att reglera rotationshastigheten parallellt med excitationslindningen genom att justera reostaten Rpv kan inkluderas.

Ris. 3. Schematiskt diagram av DC-motorn med seriemagnetisering (a) och beroendet av dess magnetiska flöde Ф på strömmen I i ankarlindningen (b)

Ris. 4. Egenskaper för DC-motorn med sekventiell magnetisering: a — hög hastighet och vridmoment, b — mekanisk, c — arbetare.

En karakteristisk egenskap hos denna elektriska motor är att dess excitationsström Iv är lika med eller proportionell (när reostaten Rpv är påslagen) mot strömmen i ankarlindningen Iya, därför beror det magnetiska flödet F på motorbelastningen (fig. 3, b) .

När ankarlindningsströmmen Iya är mindre än (0,8-0,9) av märkströmmen Inom, är maskinens magnetiska system inte mättat och det kan antas att det magnetiska flödet Ф ändras i direkt proportion till strömmen Iia. Därför kommer elmotorns varvtalskarakteristik att vara mjuk — när strömmen I ökar kommer rotationshastigheten n att minska kraftigt (fig. 4, a). En minskning av rotationshastigheten n beror på en ökning av spänningsfallet IjaΣRja. i det inre motståndet Ra. ankarlindningskretsar, såväl som på grund av en ökning av det magnetiska flödet F.

Det elektromagnetiska momentet M med en ökning av strömmen Ija kommer att öka kraftigt, eftersom i detta fall det magnetiska flödet Ф ökar också, det vill säga ögonblicket M kommer att vara proportionellt mot strömmen Ija. Därför, när strömmen Iya är mindre än (0,8 N-0,9) Inom, har hastighetskarakteristiken formen av en hyperbel, och momentkarakteristiken har formen av en parabel.

Vid strömmar Ia> Ia är beroenden av M och n av Ia linjära, eftersom i detta läge kommer magnetkretsen att vara mättad och det magnetiska flödet Ф kommer inte att ändras när strömmen Ia ändras.

Den mekaniska egenskapen, det vill säga beroendet av n på M (fig. 4, b), kan konstrueras på basis av beroenden av n och M på Iya. Förutom naturlig karakteristik 1 är det möjligt att erhålla en familj av reostategenskaper 2, 3 och 4. genom att inkludera en reostat med resistans Rp i ankarlindningskretsen.Dessa egenskaper motsvarar olika värden på Rn1, Rn2 och Rn3, medan ju högre Rn är, desto lägre karakteristik.

Den mekaniska egenskapen hos den övervägda motorn är mjuk och hyperbolisk. Vid låga belastningar minskar det magnetiska flödet Ф avsevärt, rotationshastigheten n ökar kraftigt och kan överskrida det maximalt tillåtna värdet (motorn går fritt). Därför kan sådana motorer inte användas för att driva mekanismer som arbetar i tomgångsläge och under låg belastning (olika maskiner, transportörer, etc.).

Vanligtvis är den minsta tillåtna belastningen för motorer med hög och medelstor effekt (0,2… 0,25) Inom. För att förhindra att motorn går utan belastning är den stadigt ansluten till drivmekanismen (tandad eller blind koppling); användningen av en remdrift eller friktionskoppling är oacceptabel.

Trots denna nackdel används motorer med sekventiell excitation i stor utsträckning, särskilt när det finns stora skillnader i lastmoment och svåra startförhållanden: i alla dragdrivningar (elektriska lok, diesellokomotiv, elektriska tåg, elbilar, elektriska gaffeltruckar, etc. ), såväl som i drivningar av lyftmekanismer (kranar, hissar, etc.).

Detta förklaras av det faktum att med en mjuk karakteristik leder en ökning av lastmomentet till en lägre ökning av ström och effektförbrukning än i oberoende och parallellt exciterade motorer, på grund av vilka serieexciterade motorer tål bättre vid överbelastning.Dessutom har dessa motorer ett högre startmoment än parallella och oberoende exciterade motorer, eftersom när ankarlindningsströmmen ökar under start, ökar även det magnetiska flödet i enlighet med detta.

Om vi ​​t.ex. antar att den kortsiktiga startströmmen kan vara 2 gånger maskinens märkström och försummar effekterna av mättnad, ankarreaktion och spänningsfall i dess lindning, då i en serieexciterad motor, startmomentet kommer att vara 4 gånger högre än det nominella (både i strömmen och i det magnetiska flödet ökar det 2 gånger), och i motorer med oberoende och parallell excitation - bara 2 gånger mer.

På grund av den magnetiska kretsens mättnad ökar faktiskt inte det magnetiska flödet i proportion till strömmen, men ändå kommer startvridmomentet för en serieexciterad motor, allt annat lika, att vara mycket större än startvridmomentet av samma motor med oberoende eller parallell magnetisering.

Beroendena av n och M på kraften P2 hos motoraxeln (fig. 4, c), som följer av de ovan diskuterade positionerna, är icke-linjära, beroenden av P1, Ith och η på P2 har samma form som för motorer med parallell arousal.

Blandad excitation likström elektrisk motor

I denna elektriska motor (fig. 5, a) skapas det magnetiska flödet Ф som ett resultat av den gemensamma verkan av två excitationsspolar — parallella (eller oberoende) och serier, genom vilka excitationsströmmarna Iв1 och Iв2 = Iя

det är därför

där Fposl — seriespolens magnetiska flöde, beroende på strömmen Ia, Fpar — parallellspolens magnetiska flöde, som inte beror på belastningen (det bestäms av excitationsströmmen Ic1).

Den mekaniska egenskapen hos en elektrisk motor med blandad excitation (fig. 5, b) ligger mellan egenskaperna hos motorer med parallell (rät linje 1) och serie (kurva 2) excitation. Beroende på förhållandet mellan magnetomotoriska krafter för parallell- och serielindningar vid nominellt läge, kan egenskaperna hos motorn med blandad magnetisering approximeras till karakteristik 1 (kurva 3 vid låg ppm av serielindningen) eller till karakteristik 2 (kurva 4 vid låg ppm v. parallelllindning).

Ris. 5. Schematiskt diagram av en elektrisk motor med blandad excitation (a) och dess mekaniska egenskaper (b)

Fördelen med DC-motorn med blandad excitation är att den, med en mjuk mekanisk karakteristik, kan arbeta på tomgång när Fposl = 0. I detta läge bestäms rotationsfrekvensen för dess ankare av det magnetiska flödet Fpar och har en begränsad värde (motorn går inte).