I denne motor er feltviklingen forbundet i serie med ankerkredsløbet (fig. 29.9, EN), Det er derfor magnetisk fluxF det afhænger af belastningsstrømmen I = I a = I in . Ved små belastninger er maskinens magnetiske system ikke mættet, og afhængigheden af den magnetiske flux af belastningsstrømmen er direkte proportional, dvs. Ф = k Ф I -en (k f- proportionalitetskoefficient). I dette tilfælde finder vi det elektromagnetiske moment:
Rotationshastighedsformlen vil tage formen
. (29.15)
I fig. 29,9, b præstationskarakteristika præsenteret M = F(I) Og n= (I) serie excitationsmotor. Ved store belastninger bliver motorens magnetiske system mættet. I dette tilfælde ændres den magnetiske flux praktisk talt ikke med stigende belastning, og motorens egenskaber bliver næsten lineære. Hastighedskarakteristikken for en serie-exciteret motor viser, at motorhastigheden ændrer sig væsentligt med belastningsændringer. Denne egenskab kaldes normalt blød.
Ris. 29,9. Serie motor:
EN- skematisk diagram; b- præstationskarakteristika; c - mekaniske egenskaber; 1 - naturlige egenskaber; 2 - kunstig egenskab
Når belastningen på en serie-exciteret motor falder, stiger omdrejningshastigheden kraftigt og kan ved en belastning mindre end 25 % af den nominelle belastning nå værdier, der er farlige for motoren ("overløb"). Derfor er det uacceptabelt at betjene en serieaktiveret motor eller starte den med en akselbelastning på mindre end 25 % af den nominelle.
For mere pålidelig drift Akslen på den sekventielle excitationsmotor skal være stift forbundet med arbejdsmekanismen gennem en kobling og geardrev. Brugen af et remtræk er uacceptabelt, da hvis remmen går i stykker eller nulstilles, kan motoren "kravle". Under hensyntagen til muligheden for motordrift ved høje omdrejningstal testes seriespændte motorer ifølge GOST i 2 minutter for at overskride rotationshastigheden med 20 % over det maksimale angivet på typeskiltet, men ikke mindre end 50 % over det nominelle.
Mekaniske egenskaber for en seriemotor n=f(M) er præsenteret i fig. 29,9, V. Skarpt faldende mekaniske egenskabskurver ( naturlig 1 og kunstig 2 ) giver den sekventielle excitationsmotor stabil drift under enhver mekanisk belastning. Disse motorers evne til at udvikle et højt drejningsmoment, proportionalt med kvadratet af belastningsstrømmen, er vigtig, især under svære startforhold og overbelastninger, da med en gradvis stigning i motorbelastningen vokser effekten ved dens input langsommere end drejningsmoment. Denne funktion af serie excitationsmotorer er en af grundene til deres bred anvendelse som trækmotorer i transport, samt kranmotorer i løfteinstallationer, det vil sige i alle tilfælde af elektrisk kørsel med vanskelige startforhold og en kombination af betydelige belastninger på motorakslen med lav omdrejningshastighed.
Nominel hastighedsændring af serieaktiveret motor
, (29.16)
Hvor n - rotationshastighed ved en motorbelastning på 25 % af den nominelle.
Omdrejningshastigheden for serie-exciterede motorer kan justeres ved at ændre enten spænding U, eller magnetisk flux af feltviklingen. I det første tilfælde er en justeringskontrol forbundet i serie til ankerkredsløbet rheostat R r (Fig. 29.10, EN). Når modstanden af denne rheostat stiger, falder spændingen ved motorindgangen og dens rotationshastighed. Denne kontrolmetode bruges hovedsageligt i laveffektmotorer. Ved betydelig motoreffekt er denne metode uøkonomisk på grund af store energitab i R rg . Udover, rheostat R r , beregnet på motorens driftsstrøm, viser det sig at være omfangsrigt og dyrt.
Når flere motorer af samme type kører sammen, justeres omdrejningshastigheden ved at ændre deres koblingsmønster i forhold til hinanden (fig. 29.10, b). Når motorerne er forbundet parallelt, er hver af dem således under fuld netspænding, og hvornår sekventiel forbindelse to motorer, hver motor står for halvdelen af netspændingen. Når du arbejder samtidigt mere motorer muligt mere inklusionsmuligheder. Denne metode til hastighedskontrol bruges i elektriske lokomotiver, hvor flere identiske trækmotorer er installeret.
Det er muligt at ændre den spænding, der leveres til motoren når motoren får strøm fra en kilde DC med justerbar spænding (for eksempel ifølge et kredsløb svarende til fig. 29.6, EN). Når spændingen, der leveres til motoren, falder, skifter dens mekaniske egenskaber nedad, praktisk talt uden at ændre dens krumning (fig. 29.11).
Ris. 29.11. Mekaniske egenskaber for en serie excitationsmotor, når indgangsspændingen ændres
Du kan regulere motorhastigheden ved at ændre den magnetiske flux på tre måder: omgå feltviklingen med en reostat r rg , sektionering af feltviklingen og shuntning af ankerviklingen med en reostat r w . Tænder for reostaten r rg , shunting af excitationsviklingen (fig. 29.10, V), såvel som et fald i modstanden af denne rheostat fører til et fald i excitationsstrømmen I in = I a - I рг og følgelig til en stigning i rotationshastigheden. Denne metode er mere økonomisk end den forrige (se fig. 29.10, EN), bruges oftere og vurderes ved reguleringskoefficienten
.
Typisk rheostat modstand r rg accepteres således at k рг >= 50 % .
Ved sektionering af feltviklingen (fig. 29.10, G) frakobling af en del af viklingssvingene ledsages af en stigning i rotationshastigheden. Ved shuntning af ankerviklingen med en reostat r w (se Fig. 29.10, V) excitationsstrømmen stiger I in = I a +I рг , hvilket forårsager et fald i omdrejningshastigheden. Denne reguleringsmetode er, selvom den giver dyb regulering, uøkonomisk og bruges meget sjældent.
Ris. 29.10. Regulering af omdrejningshastigheden af seriespændte motorer
[dokument]1.doc
Hjemmearbejde nr. 2(modul 5)
"DC-motor med serieaktivering. Formål med elementer. Driftsprincip"
gr.TP-07
Asmolkova O.A.
I semester 2009
DC-motor med seriemagnetisering. Formål med elementer. Driftsprincip
1. Design og formål med DC-motorelementer
.
DC motor - elbil , DC maskine, der konverterer jævnstrøms elektrisk energi til mekanisk energi. Den består, som alle jævnstrømsmaskiner, af en stationær stator med poler og en roterende rotor (armatur) med en kommutator.
Stator En DC-maskine består af en cylindrisk ramme (hus), stænger med en magnetiseringsvikling og lejeskjolde ( ris. 2.1.). Hovedpolerne (hoved)polerne er forstærket på rammen for at excitere den magnetiske hovedflux og yderligere for at forbedre kommuteringen i motoren. Hovedstangen består af en stangkerne lavet af stålplade og boltet til rammen, og en excitationsviklingsspole. Kernen i den frie ende er udstyret med et polstykke for at skabe den nødvendige fordeling af magnetisk induktion langs ankerets omkreds. seng 3 er maskinens åg, det vil sige den del, der lukker det magnetiske kredsløb af hovedfluxen F. Den er lavet af støbt stål, da den magnetiske flux i den er relativt konstant. Yderligere stænger er installeret på rammen mellem de vigtigste. Deres vikling er forbundet i serie med ankerviklingen. Formålet med disse poler er at skabe et yderligere magnetfelt. Dette er nødvendigt for at sikre, at børsterne på kommutatoren ikke gnister.
Anker (rotor) er den del af maskinen i hvis vikling, når den roterer i forhold til hovedledningen magnetisk felt EMF induceres. Anker 5 En jævnstrømsmotor består af en stålaksel, en ståltandede kerne, en vikling lagt i dens slidser og en kommutator monteret på ankerakslen ( ris. 2.1.). Feltviklinger er nødvendige for at sikre optimal interaktion mellem rotorens og statorens magnetiske felter (dvs. at skabe maksimalt drejningsmoment på rotoren). En karakteristisk del af motoren (eller enhver elektrisk maskine) DC er opsamleren. Dette er en hul cylinder samlet af kileformede kobberplader isoleret fra hinanden. Kommutatorpladerne er også isoleret fra motorakslen. De er forbundet med ledere til viklingstrådene, der er placeret i ankerets riller. Den roterende vikling er forbundet til det eksterne kredsløb ved glidende kontakt mellem børsterne og kommutatoren. Kollektoren i DC-maskiner tjener til at rette op på den vekslende EMF induceret i den roterende ankervikling og til at opnå en konstant i retning elektromagnetisk moment.
Ris. 2. 1. DC-motordesign:
1 - excitationsvikling;2 - stænger;3 - seng;4 - stangstykke;5 - anker;6 - ledere af ankerviklingen;
7 - gear anker kerne;8 - maskinens luftspalte
2. Arbejdsprincip for DC-motor
2.1 Generel information
Når ankerviklingen roterer i et stationært magnetfelt, induceres en vekslende emf i den, der ændrer sig med frekvensen:
Hvor n- ankerets rotationshastighed.
Når ankeret roterer, virker en variabel emf mellem to vilkårlige punkter i ankerviklingen. Men mellem de stationære kontaktbørster er der en konstant EMF i størrelse og retning E, lig med summenøjeblikkelige EMF-værdier induceret i alle serieforbundne armaturdrejninger placeret mellem disse børster.
EMF afhængighed E fra maskinens magnetiske flux og ankerets rotationshastighed har formen:
Ved tilslutning af ankerviklingen til et netværk med spænding U, emf E vil være omtrent lig med spændingen U, og rotorhastighed:
Som følge heraf, på grund af tilstedeværelsen af en kollektor, når en DC-maskine kører i motortilstand, er rotorrotationshastigheden ikke strengt relateret til netværksfrekvensen, men kan varieres over et bredt område ved at ændre spændingen U og magnetisk flux F. Symmetriaksen, der adskiller polerne i en jævnstrømsmaskine, kaldes dens geometriske neutrale.
Når det eksterne kredsløb er åbent, vil strømmen ikke flyde i ankerviklingen, da EMF induceret i to dele af ankerviklingen, placeret på begge sider af den geometriske neutrale, er rettet mod og gensidigt kompenseret. For at levere den maksimale spænding fra ankerviklingen til det eksterne kredsløb, skal dette kredsløb forbindes til to punkter på ankerviklingen, mellem hvilke der er den største potentialforskel, hvor børsterne skal installeres. Når ankeret roterer, skifter punkterne fra den geometriske neutrale, men flere og flere nye viklingspunkter vil nærme sig børsterne, mellem hvilke EMF'en virker E, derfor vil EMF i det eksterne kredsløb være uændret i størrelse og retning. For at reducere EMF-pulseringer, når børster bevæger sig fra en kommutatorplade til en anden, er mindst 16 aktive ledere normalt forbundet til hver parallel gren af ankerviklingen.
På ankeret, gennem hvis vikling strøm løber jeg, virker det elektromagnetiske moment:
Når maskinen kører i motortilstand, roterer det elektromagnetiske drejningsmoment.
2.2 DC motor anker reaktion
På tomgang magnetisk flux i motoren er kun skabt af NS ^F ind i feltviklingerne. I dette tilfælde den magnetiske flux F V med en konstant luftspalte mellem ankeret og hovedpolens kerne (som er typisk for mange DC-maskiner), er den fordelt symmetrisk i forhold til maskinernes længdeakse.
Når maskinen arbejder under belastning, passerer strømmen gennem ankerviklingen, og ankeret NS skaber sit eget magnetfelt. Effekten af ankerfeltet på maskinens magnetfelt kaldes ankerreaktion. Magnetisk flux F aq, skabt af NS-ankre F aq i en to-polet maskine, når børsterne er installeret på neutralen, er den rettet langs maskinens tværgående akse, derfor kaldes armaturets magnetiske felt tværgående. Som følge af flowet F aq den symmetriske fordeling af maskinens magnetfelt forvrænges, og den resulterende flux F res viser sig hovedsageligt at være koncentreret ved kanterne af hovedpolerne. Samtidig er det fysisk neutrale b-b(linjen, der forbinder punkterne i ankercirklen, hvor induktionen er nul) er forskudt i forhold til den geometriske neutral a-a i en eller anden vinkel β (Fig.2.2). I motorer forskydes den fysiske neutral mod omdrejningsretningen.
Ud fra loven tilsyneladende strøm Armaturet NS, der virker i luftspalten i en afstand x fra hovedpolernes akse, bestemmes af udtrykket:
Derfor forankrer NS F aq varierer lineært langs dens omkreds; under midten af hovedpolen er den nul, og på de punkter, hvor børsterne er installeret, har den en maksimal værdi. Magnetisk induktion i luft
^ Fig2.2 - Magnetisk felt af en jævnstrømsmotor: a) fra feltviklingen; b) fra ankerviklingen; c) resulterende (F V - magnetisk flux ved tomgang; F aq - magnetisk flux skabt af NS-armaturen; F res - resulterende flow; a-a - geometrisk neutral; b-b - fysisk neutral; β – neutral forskydningsvinkel b-b)
Gab med et umættet magnetisk system:
Hvor er størrelsen af luftspalten i punkt x.
2,3 DC motormoment
Hvis feltviklingen og motorarmaturet er forbundet til et DC-netværk med spænding ^U så opstår der et elektromagnetisk drejningsmoment M Em. Netto drejningsmoment M på motorakslen er mindre end den elektromagnetiske med værdien af det modvirkende drejningsmoment skabt i maskinen af friktionskræfter og lig med drejningsmomentet M X i x.x-tilstand, dvs. M = M Em -M X .
Motorens startmoment skal være større end det statiske bremsemoment M t når rotoren er i ro, ellers begynder motorankeret ikke at rotere. I steady state (ved n = const) der er en ligevægt mellem det roterende M og det bremsende M t-moment:
M = M Em – M X = M T
Fra mekanikken ved man det mekanisk kraft motor kan udtrykkes i drejningsmoment og vinkelhastighed
Derfor er det nyttige motormoment ^M(N m), udtrykt i form af nyttig kraft R(kW) og omdrejningshastighed n(rpm),
M = 9550P/n
Lad os diskutere nogle vigtige spørgsmål start og drift af DC-motorer. Fra Eq. elektrisk tilstand motor følger det
jeg jeg = (U - E)/R jeg
I driftstilstand er ankerstrømmen I I begrænset af f.eks. d.s. E, hvis n er omtrent lig n nom. Ved opstartstidspunktet er n = 0, f.eks. d.s. E = 0 Og startstrøm jeg n = U/ R jeg 10-30 gange mere end nominelt. Derfor er direkte start af motoren, dvs. direkte forbindelse af ankeret til netspændingen, uacceptabel. For at begrænse den store startstrøm af ankeret, før start, tændes en startreostat i serie med ankeret. R n med ringe modstand. I dette tilfælde, hvornår E = O
jeg n =U/(R jeg – R n ) << U/R jeg
Rheostat modstand Rn valgt i henhold til den tilladte ankerstrøm.
Når motoren accelererer til nominel hastighed, f.eks. d.s. E stiger, og strømmen falder, og startreostaten fjernes gradvist og fuldstændigt (startreostater er designet til kortvarig aktivering). Regulerende rheostat R reg i magnetiseringskredsløbet med en relativt høj modstand (ti-og hundredvis af ohm) før start af motoren, fjernes den fuldstændigt, således at excitationsstrømmen og statormagnetisk flux ved start F var nominelle. Dette fører til et øget startmoment, hvilket sikrer hurtig og nem motoracceleration.
Efter opstart og acceleration opstår en stabil tilstand af motordrift, hvor bremsemomentet på akslen ^ Mt vil blive afbalanceret af det drejningsmoment, som motoren udvikler M Em , dvs. M Em == M T ( på n = mednst. )
DC-elektriske motorer kan genoprette den stabile driftstilstand forstyrret af en ændring i bremsemomentet, dvs. de kan udvikle drejningsmoment M, lig med det nye bremsemomentværdi M T med en tilsvarende ny hastighed n".
Faktisk, hvis belastningsbremsemomentet Mt viser sig at være større end motorens drejningsmoment M Em, så vil ankerets rotationshastighed falde. Ved konstant spænding U og flow F dette vil medføre et fald i e. d.s. E anker, hvilket øger ankerstrømmen og drejningsmomentet, indtil der opstår ligevægt, hvorved M Em = M T Og n" < n. Når bremsemomentet reduceres til Mt, opstår der en stabil driftstilstand på samme måde. M Em = M T" Og n"> n" . Således har DC-motorer egenskaben af selvregulering - kan udvikle et moment svarende til bremsemomentet.
2.4 Frekvensregulering
En DC-motors ankerrotationshastighed bestemmes ud fra den elektriske tilstandsligning U= ER jeg jeg jeg efter at have erstattet e i det. d.s. E = sFn:
Armaturspændingsfald R jeg jeg jeg lille: ved nominel belastning overstiger den ikke 0,03 - 0,07 U nom .
Således er omdrejningshastigheden af en jævnstrømsmotor direkte proportional med den påførte linjespænding og omvendt proportional med statormagnetiske flux . Du kan regulere motorhastigheden på to måder: ved at ændre statorfluxen F eller spændingen U, der leveres til motoren. Omdrejningshastigheden styres ved at ændre maskinens magnetfelt ved hjælp af en justerende reostat i motorens excitationskredsløb. Spændingen, der leveres til motoren, ændres ved at regulere kildespændingen.
Du kan indføre en ekstra reostat i armaturkredsløbet. I dette tilfælde erstattes startreostaten med en ballast R pr En sådan rheostat udfører funktionerne som både en startreostat og en kontrol-rheostat. Ligningen for rotationsfrekvensen for DC-motorankeret har i dette tilfælde formen
Det følger heraf, at motorhastigheden kan styres ved at ændre netspændingen, modstanden af ballastreostaten eller statorfluxen.
Reverserende motorer. Fra motorens drejningsmomentligning M Em = kFjeg jeg det følger heraf, at vending, dvs. ændring af ankerets rotationsretning, kan udføres ved at ændre retningen af strømmen i feltviklingen (flux F) eller ankerstrøm.
For at vende motoren "on the fly" ændres retningen af ankerstrømmen (ved at skifte ankerterminalerne), men feltviklingen skiftes ikke, da den har en høj induktans, og det er uacceptabelt at bryde dets kredsløb med strøm. Reversering af en slukket motor opnås også ved at ændre retningen af strømmen i feltviklingen (skifte dens terminaler).
3. Serieviklet motor
I en motor med sekventiel excitation ( Fig.2.3a) excitationsstrømmen er lig med ankerstrømmen: jeg V =I EN, derfor er magnetisk flux Ф en funktion af belastningsstrømmen jeg EN. Arten af denne funktion varierer afhængigt af laststørrelsen. På jeg -en <(0,8...0,9) I nom, når det magnetiske system er umættet, F=k f jeg EN, og proportionalitetskoefficienten TIL f forbliver praktisk talt konstant over en bred vifte af belastninger. Med en yderligere stigning i belastningen, flowet F vokser langsommere end jeg -en > jeg nom) det kan vi antage Ф=konst. I overensstemmelse hermed ændres også afhængigheder n=f(I -en ), M=f(I -en) (ris. 2.3.b).
Ris. 2.3. - a) kredsløb af en motor med sekventiel excitation; b) afhængigheden af dets drejningsmoment og rotationshastighed af ankerstrømmen (I jeg – ankerstrøm; jeg V – excitationsstrøm;r n
- belastningsmodstand;
n– rotationshastighed; 1 - naturlig egenskab; 2,3 - rheostatiske egenskaber svarende forskellige betydninger ekstra modstand r n ).
Ud over naturlige karakteristika 1 er det muligt, ved at inkludere yderligere modstande r n i ankerkredsløbet, at opnå en familie af reostatiske karakteristika 2, 3 og 4. Jo større værdien af r n er, jo lavere er karakteristikken placeret.
Ved lave belastninger stiger hastigheden n kraftigt og kan overskride maksimum gyldig værdi(motoren går i overgear). Derfor kan sådanne motorer ikke bruges til at drive mekanismer, der fungerer i tomgang og ved let belastning.
Med en stiv karakteristik er omdrejningshastigheden n næsten uafhængig af drejningsmomentet M, så effekten er:
, Hvor MED 4
- konstant.
På blød karakteristik motor n er omvendt proportional med , som følge heraf:
, hvor er en konstant.
Derfor, når belastningsmomentet ændres over et bredt område, vil effekten R 2 , og dermed magt R 1 og nuværende jeg -enændring i motorer med seriemagnetisering inden for mindre grænser end i motorer med parallel magnetisering, desuden tolererer de overbelastninger bedre.
De bestemmes hovedsageligt af den måde, hvorpå excitationsviklingen er tændt. Afhængigt af dette skelnes elektriske motorer:
1. Med uafhængig excitation : feltviklingen drives af en ekstern jævnstrømskilde (exciter eller ensretter),
2. med parallel excitation: feltviklingen er forbundet parallelt med ankerviklingen,
3.: feltviklingen er forbundet i serie med ankerviklingen,
4. med blandet spænding: Den har to feltviklinger, den ene forbundet parallelt med ankerviklingen og den anden i serie med den.
Alle disse elektriske motorer har samme design og adskiller sig kun i udformningen af feltviklingen. Excitationsviklingerne af disse elektriske motorer er lavet på samme måde som dem.
Elektrisk motor DC med selvstændig excitation
I denne elektriske motor (fig. 1, a) er ankerviklingen forbundet til hovedkilden til jævnstrøm (DC-netværk, generator eller ensretter) med spænding U, og feltviklingen er forbundet til en hjælpekilde med spænding UB . En justerende rheostat Rрв er inkluderet i feltviklingskredsløbet, og en startreostat Rn er inkluderet i ankerviklingskredsløbet.
Styringsreostaten bruges til at regulere omdrejningshastigheden af motorankeret, og startreostaten bruges til at begrænse strømmen i ankerviklingen under opstart. Karakteristisk træk elektrisk motor er, at dens excitationsstrøm Iв ikke afhænger af strømmen Iа i armaturviklingen (belastningsstrøm). Når vi ser bort fra den afmagnetiserende effekt af ankerreaktionen, kan vi derfor omtrent antage, at motorfluxen F ikke afhænger af belastningen. Afhængighederne af det elektromagnetiske drejningsmoment M og rotationshastigheden n af strømmen Iа vil være lineær (fig. 2, a). Følgelig vil den mekaniske karakteristik af motoren også være lineær - afhængigheden n (M) (fig. 2, b).
I mangel af en rheostat med modstand Rn i ankerkredsløbet vil hastigheden og de mekaniske karakteristika være stive, dvs. med en lille hældningsvinkel til den vandrette akse, da spændingsfaldet IаΣRя i maskinviklingerne 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 er inkluderet i ankerkredsløbet, øges hældningsvinklen af disse karakteristika, som et resultat af hvilket det er muligt at opnå en familie af reostatiske karakteristika 2, 3 og 4, svarende til forskellige værdier af Rn1 Rn2 og Rn3.
Ris. 1. Skematiske diagrammer af elektriske motorer DC med uafhængig (a) og parallel (b) excitation
Ris. 2. Karakteristika for elektriske motorer DC med uafhængig og parallel excitation: a - hastighed og drejningsmoment, b - mekanisk, c - arbejder mere modstand Rn, jo større hældningsvinklen den reostatiske karakteristik har, dvs. jo blødere er den.
Justeringsreostaten Rpv giver dig mulighed for at ændre motorens excitationsstrøm Iv og dens magnetiske flux F. I dette tilfælde vil rotationshastigheden n også ændre sig.
Ingen kontakter eller sikringer er installeret i feltviklingskredsløbet, da når dette kredsløb brydes, falder den magnetiske flux af den elektriske motor kraftigt (kun fluxen fra resterende magnetisme forbliver i den) og en nødtilstand. Hvis elmotoren kører i tomgang eller med en lille belastning på akslen, øges omdrejningshastigheden kraftigt (motoren begynder at snurre). I dette tilfælde øges strømmen i armaturviklingen Iа meget, og der kan opstå en cirkulær brand. For at undgå dette skal beskyttelsen afbryde motoren fra strømkilden.
En kraftig stigning i rotationshastigheden, når excitationsviklingskredsløbet er brudt, forklares ved, at i dette tilfælde falder den magnetiske flux F (til værdien af flux Fost fra resterende magnetisme) og e kraftigt. d.s. E og den nuværende Iа øges. Og da den påførte spænding U forbliver uændret, vil rotationshastigheden n stige indtil e. d.s. E vil ikke nå en værdi, der er omtrent lig med U (hvilket er nødvendigt for en ligevægtstilstand elektriske kredsløb anker, ved hvilket E= U - IаΣRя.
Når belastningen på akslen er tæt på den nominelle, vil elmotoren stoppe, hvis magnetiseringskredsløbet går i stykker, da det elektromagnetiske drejningsmoment, som motoren kan udvikle med et signifikant fald i den magnetiske flux, falder og bliver mindre end belastningsmomentet på. skaftet. I dette tilfælde stiger strømmen Iа også kraftigt, og maskinen skal afbrydes fra strømkilden.
Det skal bemærkes, at rotationshastigheden n0 svarer til ideel tomgangshastighed, når motoren ikke forbruger strøm fra netværket elektrisk energi og dets elektromagnetiske moment er nul. Under virkelige forhold, i tomgangstilstand, forbruger motoren tomgangsstrømmen I0 fra netværket, hvilket er nødvendigt for kompensation interne tab effekt, og udvikler et vist drejningsmoment M0, der kræves for at overvinde friktionskræfterne i maskinen. Derfor er tomgangshastigheden i virkeligheden mindre end n0.
Afhængigheden af omdrejningshastigheden n og det elektromagnetiske drejningsmoment M af effekten P2 (fig. 2, c) på motorakslen, som følger af de betragtede forhold, er lineær. Afhængighederne af ankerviklingsstrømmen Iya og effekt P1 på P2 er også næsten lineære. Strømmen Iya og effekt P1 ved P2 = 0 repræsenterer tomgangsstrømmen I0 og den effekt P0, der forbruges under tomgang. Effektivitetskurven har en karakter, der er fælles for alle elektriske maskiner.
Elektrisk motor DC med parallel excitation
I denne elektriske motor (se fig. 1, b) er excitations- og ankerviklingerne drevet af den samme elektriske energikilde med spænding U. En styrereostat Rpv er inkluderet i excitationsviklingskredsløbet, og en startreostat Rp er inkluderet i ankerviklingskredsløbet.
I den betragtede elektriske motor er der i det væsentlige separat strømforsyning til anker- og magnetiseringsviklingskredsløbene, som et resultat af hvilket excitationsstrømmen Iв ikke afhænger af ankerviklingsstrømmen Iв. Derfor vil en shunt-exciteret elmotor have de samme egenskaber som en separat exciteret motor. En shunt-viklet motor fungerer dog normalt kun, når den forsynes fra en jævnspændingskilde med konstant spænding.
Når elmotoren drives fra en kilde med variabel spænding (generator eller styret ensretter), forårsager et fald i forsyningsspændingen U et tilsvarende fald i excitationsstrømmen Iв og magnetisk flux Ф, hvilket fører til en stigning i ankerviklingen nuværende Iа. Dette begrænser muligheden for at regulere ankerets rotationshastighed ved at ændre forsyningsspændingen U. Derfor skal elektriske motorer, der er beregnet til at blive drevet af en generator eller styret ensretter, have uafhængig excitation.
Elektrisk motor DC med sekventiel excitation
For at begrænse strømmen ved opstart tilsluttes en startreostat Rп til ankerviklingskredsløbet (fig. 3, a), og for at regulere omdrejningshastigheden kan en justerende rheostat Rрв tilsluttes parallelt med excitationsviklingen.
Ris. 3. Skematisk diagram elektrisk motor DC med sekventiel excitation (a) og afhængigheden af dens magnetiske flux Ф af strømmen Iа i ankerviklingen (b)
Ris. 4. Motorkarakteristika DC med sekventiel excitation: a - høj hastighed og drejningsmoment, b - mekanisk, c - arbejder.
Et karakteristisk træk ved denne elektriske motor er, at dens excitationsstrøm Iв er lig med eller proportional (når rheostaten Rpв er tændt) med ankerviklingsstrømmen Iа, derfor afhænger den magnetiske flux Ф af motorbelastningen (fig. 3, b) ).
Når ankerviklingsstrømmen Iya er mindre (0,8-0,9) mærkestrøm Inom er maskinens magnetiske system ikke mættet, og vi kan antage, at den magnetiske flux Ф ændres i direkte proportion til strømmen Iа. Derfor vil hastighedskarakteristikken for den elektriske motor være blød - med en stigning i strøm I vil rotationshastigheden n falde kraftigt (fig. 4, a). Faldet i rotationshastigheden n opstår på grund af en stigning i spændingsfaldet IаΣRа. i indre modstand Rya. ankerviklingskredsløb såvel som på grund af en stigning i magnetisk flux F.
Det elektromagnetiske moment M vil stige kraftigt med stigende strøm Iа, da i dette tilfælde også den magnetiske flux Ф øges, dvs. momentet M vil være proportional med strømmen Iа. Derfor, ved en strøm Iya mindre end (0,8 N - 0,9) Inom, har hastighedskarakteristikken form som en hyperbel, og momentkarakteristikken har form som en parabel.
Ved strømme Iа > Inom er afhængighederne af M og n af Iа lineære, da det magnetiske kredsløb i denne tilstand vil være mættet, og den magnetiske flux Ф vil ikke ændre sig, når strømmen Iа ændres.
Den mekaniske karakteristik, dvs. afhængigheden af n af M (fig. 4, b), kan konstrueres på basis af afhængigheden af n og M af Iа. Ud over naturlig karakteristik 1 er det muligt, ved at inkludere en reostat med modstand Rp i ankerviklingskredsløbet, at opnå en familie af reostatiske karakteristika 2, 3 og 4. Disse karakteristika svarer til forskellige værdier af Rn1, Rn2 og Rn3, og jo større Rn, jo lavere er karakteristikken placeret.
Den pågældende motors mekaniske egenskaber er bløde og hyperbolske. Ved lave belastninger falder den magnetiske flux Ф meget, omdrejningshastigheden n øges kraftigt og kan overstige den maksimalt tilladte værdi (motoren begynder at snurre). Derfor kan sådanne motorer ikke bruges til at drive mekanismer, der fungerer i tomgang og ved lav belastning (forskellige maskiner, transportører osv.).
Normalt minimal tilladt belastning til store motorer og medium kraft er (0,2 .... 0,25) Inom. For at forhindre, at motoren kører uden belastning, er den forbundet stift til drivmekanismen ( gear transmission eller blindkobling), er brugen af remtræk eller friktionskobling uacceptabel.
På trods af denne ulempe er motorer med sekventiel excitation meget udbredt, især hvor belastningsmomentet ændres inden for vide grænser og vanskelige forhold opstart: i alle traktionsdrev (elektriske lokomotiver, diesellokomotiver, elektriske tog, elbiler, 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 mindre stigning i strøm- og strømforbrug end i motorer med uafhængig og parallel excitation, derfor er motorer med seriemagnetisering bedre i stand til at modstå overbelastninger. Derudover har disse motorer et højere startmoment end motorer med parallel og uafhængig excitation, da når ankerviklingsstrømmen stiger under start, stiger den magnetiske flux tilsvarende.
Hvis vi for eksempel accepterer, at den kortsigtede startstrøm kan være 2 gange maskinens nominelle driftsstrøm og negligere indflydelsen af mætning, ankerreaktionen og spændingsfaldet i kredsløbet af dens vikling, så i en motor med seriemagnetisering vil startmomentet være 4 gange det nominelle (i Både strøm og magnetisk flux øges 2 gange), og i motorer med uafhængig og parallel excitation - kun 2 gange mere.
På grund af det magnetiske kredsløbs mætning stiger den magnetiske flux faktisk ikke proportionalt med strømmen, men stadig vil startmomentet for en motor med seriemagnetisering, alt andet lige, være betydeligt større startmoment samme motor med uafhængig eller parallel excitation.
Afhængighederne af n og M af effekten P2 på den elektriske motoraksel (fig. 4, c), som følger af bestemmelserne diskuteret ovenfor, er ikke-lineære afhængighederne af P1, Iа og η på P2 har samme form som for; motorer med parallel excitation.
Elektrisk motor DC med blandet spænding
I denne elektriske motor (fig. 5, a) skabes den magnetiske flux Ф som et resultat af den kombinerede virkning af to excitationsviklinger - parallel (eller uafhængig) og seriel, gennem hvilken excitationsstrømmene Iв1 og Iв2 = Iя passerer
Det er derfor
hvor Fposl er den magnetiske flux af serieviklingen, afhængig af strømmen Iya, Fpar er den magnetiske flux af parallelviklingen, som ikke afhænger af belastningen (bestemt af excitationsstrømmen Ib1).
De mekaniske egenskaber for en elektrisk motor med blandet excitation (fig. 5, b) er placeret mellem karakteristika for motorer med parallel (lige linie 1) og serie (kurve 2) excitation. Afhængigt af forholdet mellem de magnetomotoriske kræfter af parallel- og serieviklingerne i den nominelle tilstand er det muligt at bringe karakteristika for en motor med blandet excitation tættere på karakteristika 1 (kurve 3 ved lav ppm af serieviklingen) eller til karakteristika 2 (kurve 4 ved lav ppm c.).
Ris. 5. Skematisk diagram af en elektrisk motor med blandet excitation (a) og dens mekaniske karakteristika (b)
Fordel ved motoren DC med blandet excitation er, at den med en blød mekanisk karakteristik kan fungere i tomgang, når Fseq = 0. I denne tilstand bestemmes rotationsfrekvensen af dens anker af den magnetiske flux Fpar og har en begrænset værdi (motoren spinder ikke).