In questo motore, l'avvolgimento di campo è collegato in serie al circuito dell'armatura (Fig. 29.9, UN), Ecco perché flusso magneticoF dipende dalla corrente di carico I = io a = io dentro . A piccoli carichi, il sistema magnetico della macchina non è saturo e la dipendenza del flusso magnetico dalla corrente di carico è direttamente proporzionale, cioè Ô = k Ô I UN (k F- coefficiente di proporzionalità). In questo caso troviamo il momento elettromagnetico:
La formula della velocità di rotazione assumerà la forma
. (29.15)
Nella fig. 29,9, B caratteristiche prestazionali presentate M = F(I) E n= (io) motore di eccitazione in serie. A carichi elevati, il sistema magnetico del motore si satura. In questo caso il flusso magnetico praticamente non cambia all'aumentare del carico e le caratteristiche del motore diventano quasi lineari. La caratteristica della velocità di un motore eccitato in serie mostra che la velocità del motore cambia significativamente al variare del carico. Questa caratteristica viene solitamente chiamata morbido.
Riso. 29.9. Motore di serie:
UN- diagramma schematico; B- caratteristiche prestazionali; c - caratteristiche meccaniche; 1 - caratteristica naturale; 2 - caratteristica artificiale
Quando il carico su un motore eccitato in serie diminuisce, la velocità di rotazione aumenta bruscamente e, con un carico inferiore al 25% del carico nominale, può raggiungere valori pericolosi per il motore (“overrun”). Pertanto, non è accettabile il funzionamento di un motore eccitato in serie o l'avvio con un carico sull'albero inferiore al 25% di quello nominale.
Per di più funzionamento affidabile L'albero del motore di eccitazione sequenziale deve essere rigidamente collegato al meccanismo di funzionamento tramite un giunto e una trasmissione ad ingranaggi. L'uso di una trasmissione a cinghia è inaccettabile, poiché se la cinghia si rompe o si ripristina, il motore potrebbe "strisciare". Tenendo conto della possibilità di funzionamento del motore a velocità di rotazione elevate, i motori eccitati in serie, secondo GOST, vengono testati per 2 minuti per superare la velocità di rotazione del 20% sopra il massimo indicato sulla targhetta, ma non meno del 50% sopra quello nominale.
Caratteristiche meccaniche di un motore in serie n=f(M) sono presentati in Fig. 29,9, V. Curve caratteristiche meccaniche in forte calo ( naturale 1 e artificiale 2 ) forniscono al motore di eccitazione sequenziale un funzionamento stabile con qualsiasi carico meccanico. La capacità di questi motori di sviluppare una coppia elevata, proporzionale al quadrato della corrente di carico, è importante, soprattutto in condizioni di avviamento severe e sovraccarichi, poiché con un aumento graduale del carico del motore, la potenza al suo ingresso cresce più lentamente rispetto a quella coppia. Questa caratteristica dei motori ad eccitazione in serie è uno dei motivi della loro ampia applicazione come motori di trazione nei trasporti, nonché motori di gru negli impianti di sollevamento, ovvero in tutti i casi di azionamento elettrico con condizioni di avviamento difficili e una combinazione di carichi significativi sull'albero motore con bassa velocità di rotazione.
Variazione della velocità nominale del motore eccitato in serie
, (29.16)
Dove N - velocità di rotazione con un carico del motore pari al 25% del nominale.
La velocità di rotazione dei motori eccitati in serie può essere regolata modificando l'uno o l'altro tensione U, o flusso magnetico dell'avvolgimento di campo. Nel primo caso un comando di regolazione è collegato in serie al circuito di armatura reostato R r (Fig. 29.10, UN). All'aumentare della resistenza di questo reostato, la tensione all'ingresso del motore e la sua velocità di rotazione diminuiscono. Questo metodo di controllo viene utilizzato principalmente nei motori a bassa potenza. In caso di potenza motore significativa questo metodo è antieconomico a causa delle grandi perdite di energia R . Oltretutto, reostato R r , calcolato sulla corrente di funzionamento del motore, risulta essere ingombrante e costoso.
Quando più motori dello stesso tipo funzionano insieme, la velocità di rotazione viene regolata modificando il loro schema di commutazione l'uno rispetto all'altro (Fig. 29.10, B). Pertanto, quando i motori vengono accesi in parallelo, ciascuno di essi è sotto la piena tensione di rete e quando collegamento sequenziale due motori, ciascun motore assorbe la metà della tensione di rete. Quando si lavora contemporaneamente Di più motori possibili Di più opzioni di inclusione. Questo metodo di controllo della velocità viene utilizzato nelle locomotive elettriche, dove sono installati diversi motori di trazione identici.
È possibile modificare la tensione fornita al motore quando il motore è alimentato da una fonte DC con tensione regolabile (ad esempio, secondo un circuito simile a Fig. 29.6, UN). Al diminuire della tensione fornita al motore, le sue caratteristiche meccaniche si spostano verso il basso, praticamente senza modificarne la curvatura (Fig. 29.11).
Riso. 29.11. Caratteristiche meccaniche di un motore ad eccitazione serie al variare della tensione di ingresso
È possibile regolare la velocità del motore modificando il flusso magnetico in tre modi: bypassando l'avvolgimento di campo con un reostato r rg , sezionando l'avvolgimento di campo e deviando l'avvolgimento di indotto con un reostato r w . Accensione del reostato r rg , deviando l'avvolgimento di eccitazione (Fig. 29.10, V), così come una diminuzione della resistenza di questo reostato porta ad una diminuzione della corrente di eccitazione I in = I a - I рг , e di conseguenza, ad un aumento della velocità di rotazione. Questo metodo è più economico del precedente (vedi Fig. 29.10, UN), viene utilizzato più spesso ed è valutato dal coefficiente di regolazione
.
Tipicamente la resistenza del reostato r rg è accettato così k рг >= 50% .
Quando si seziona l'avvolgimento di campo (Fig. 29.10, G) la disconnessione di parte delle spire di avvolgimento è accompagnata da un aumento della velocità di rotazione. Quando si smista l'avvolgimento dell'indotto con un reostato r w (vedi Fig. 29.10, V) la corrente di eccitazione aumenta I in = Ia +I рг , che provoca una diminuzione della velocità di rotazione. Questo metodo di regolamentazione, sebbene fornisca una regolamentazione approfondita, è antieconomico e viene utilizzato molto raramente.
Riso. 29.10. Regolazione della velocità di rotazione dei motori eccitati in serie
[documento]1.doc
Compiti a casa n.2(modulo 5)
“Motore DC con eccitazione in serie. Scopo degli elementi. Principio di funzionamento"
gr.TP-07
Asmolkova O.A.
I semestre 2009
Motore DC con eccitazione in serie. Scopo degli elementi. Principio di funzionamento
1. Progettazione e scopo degli elementi del motore CC
.
Motore a corrente continua - auto elettrica , Macchina a corrente continua, convertendo l'energia elettrica in corrente continua in energia meccanica. È costituita, come tutte le macchine a corrente continua, da uno statore stazionario con poli e da un rotore rotante (armatura) con commutatore.
Statore Una macchina DC è costituita da un telaio cilindrico (alloggiamento), poli con avvolgimento di eccitazione e schermi dei cuscinetti ( riso. 2.1.). I poli principali (principali) sono rinforzati sul telaio per eccitare il flusso magnetico principale e quelli aggiuntivi per migliorare la commutazione nel motore. Il polo principale è costituito da un nucleo polare in lamiera d'acciaio imbullonato al telaio e da una bobina di avvolgimento di eccitazione. Il nucleo all'estremità libera è dotato di un'espansione polare per creare la distribuzione richiesta dell'induzione magnetica lungo la circonferenza dell'armatura. letto 3 è il giogo della macchina, cioè la parte che chiude il circuito magnetico del flusso principale F. È realizzato in acciaio fuso, poiché il flusso magnetico al suo interno è relativamente costante. Poli aggiuntivi sono installati sul telaio tra quelli principali. Il loro avvolgimento è collegato in serie con l'avvolgimento dell'indotto. Lo scopo di questi poli è creare un campo magnetico aggiuntivo. Ciò è necessario per garantire che le spazzole sul commutatore non facciano scintille.
Ancorare (rotore) è la parte della macchina nel cui avvolgimento, quando ruota rispetto alla principale campo magnetico I campi elettromagnetici vengono indotti. Ancorare 5 Un motore DC è costituito da un albero in acciaio, un nucleo dentato in acciaio, un avvolgimento disposto nelle sue fessure e un commutatore montato sull'albero dell'indotto ( riso. 2.1.). Gli avvolgimenti di campo sono necessari per garantire un'interazione ottimale tra i campi magnetici del rotore e dello statore (ovvero per creare la coppia massima sul rotore). Una parte caratteristica del motore (o qualsiasi macchina elettrica) DC è il collezionista. Questo è un cilindro cavo assemblato da piastre di rame a forma di cuneo isolate l'una dall'altra. Anche le piastre del commutatore sono isolate dall'albero motore. Sono collegati tramite conduttori ai fili di avvolgimento situati nelle scanalature dell'armatura. L'avvolgimento rotante è collegato al circuito esterno tramite contatto strisciante tra le spazzole e il commutatore. Il collettore nelle macchine DC serve a rettificare la FEM alternata indotta nell'avvolgimento dell'armatura rotante e ad ottenere una direzione costante momento elettromagnetico.
Riso. 2. 1. Progettazione del motore CC:
1 - avvolgimento di eccitazione;2 - pali;3 - letto;4 - pezzo polare;5 - ancora;6 - conduttori dell'avvolgimento dell'indotto;
7 - nucleo dell'armatura dell'ingranaggio;8 - traferro della macchina
2. Principio di funzionamento del motore CC
2.1 Informazioni generali
Quando l'avvolgimento dell'indotto ruota in un campo magnetico stazionario, in esso viene indotta una fem alternata, che cambia con la frequenza:
Dove N- velocità di rotazione dell'armatura.
Quando l'armatura ruota, una fem variabile agisce tra due punti qualsiasi dell'avvolgimento dell'armatura. Tuttavia, tra le spazzole di contatto fisse è presente una forza elettromagnetica costante in intensità e direzione E, pari alla somma valori EMF istantanei indotti in tutte le spire dell'indotto collegate in serie situate tra queste spazzole.
Dipendenza dai campi elettromagnetici E dal flusso magnetico della macchina e dalla velocità di rotazione dell'armatura ha la forma:
Quando si collega l'avvolgimento dell'indotto a una rete con tensione U, fem E sarà approssimativamente uguale alla tensione U e velocità del rotore:
Di conseguenza, a causa della presenza di un collettore, quando una macchina DC funziona in modalità motore, la velocità del rotore non è strettamente correlata alla frequenza di rete, ma può essere variata entro ampi limiti variando la tensione U e flusso magnetico F. L'asse di simmetria che separa i poli di una macchina a corrente continua è chiamato neutro geometrico.
Quando il circuito esterno è aperto, la corrente non scorrerà nell'avvolgimento dell'indotto, poiché la FEM indotta in due parti dell'avvolgimento dell'indotto, situate su entrambi i lati del neutro geometrico, sono dirette in senso contrario e sono reciprocamente compensate. Per fornire la massima tensione dall'avvolgimento dell'indotto al circuito esterno, questo circuito deve essere collegato a due punti dell'avvolgimento dell'indotto, tra i quali esiste la maggiore differenza di potenziale, dove devono essere installate le spazzole. Quando l'armatura ruota, i punti si spostano dal neutro geometrico, ma sempre più nuovi punti di avvolgimento si avvicinano alle spazzole, tra le quali agisce la FEM E, quindi la forza elettromagnetica nel circuito esterno rimarrà invariata in grandezza e direzione. Per ridurre le pulsazioni EMF quando le spazzole si spostano da una piastra del commutatore all'altra, almeno 16 conduttori attivi sono solitamente collegati a ciascun ramo parallelo dell'avvolgimento dell'indotto.
Sull'armatura, attraverso l'avvolgimento di cui scorre la corrente IO, il momento elettromagnetico agisce:
Quando la macchina funziona in modalità motore, la coppia elettromagnetica ruota.
2.2 Reazione dell'armatura del motore CC
A al minimo il flusso magnetico nel motore è creato solo da NS ^F negli avvolgimenti di campo. In questo caso, il flusso magnetico F V con un traferro costante tra l'armatura e il nucleo del polo principale (tipico di molte macchine DC), è distribuito simmetricamente rispetto all'asse longitudinale delle macchine.
Quando la macchina funziona sotto carico, la corrente passa attraverso l'avvolgimento dell'indotto e l'indotto NS crea il proprio campo magnetico. Viene chiamato l'effetto del campo dell'armatura sul campo magnetico della macchina reazione di ancoraggio. Flusso magnetico F aq, creato dalle ancore NS F aq in una macchina bipolare, quando le spazzole sono installate sul neutro, è diretta lungo l'asse trasversale della macchina, quindi il campo magnetico dell'armatura è detto trasversale. Come risultato del flusso F aq la distribuzione simmetrica del campo magnetico della macchina è distorta e il flusso risultante F ris risulta concentrata soprattutto ai bordi dei poli principali. Allo stesso tempo, il fisico è neutro b-b(la linea che collega i punti del cerchio dell'armatura in cui l'induzione è zero) è spostata rispetto alla geometria neutro a-a ad una certa angolazione β (Fig.2.2). Nei motori, il neutro fisico viene spostato rispetto al senso di rotazione.
Basato sulla legge corrente apparente L'armatura NS agente nel traferro ad una distanza x dall'asse dei poli principali è determinata dall'espressione:
Pertanto, NS ancoraggi F aq varia linearmente lungo la sua circonferenza; sotto la metà del polo principale è zero, e nei punti in cui sono installate le spazzole ha un valore massimo. Induzione magnetica nell'aria
^ Fig2.2 - Campo magnetico di un motore DC: a) dall'avvolgimento di campo; b) dall'avvolgimento dell'indotto; c) risultante (F V - flusso magnetico al minimo; F aq - flusso magnetico creato dall'armatura NS; F ris - flusso risultante; a-a - neutro geometrico; b-b - neutro fisico; β – angolo di spostamento neutro b-b)
Spazio con sistema magnetico insaturo:
Dov'è la dimensione del traferro nel punto x.
2.3 Coppia del motore CC
Se l'avvolgimento di campo e l'armatura del motore sono collegati a una rete CC con tensione ^U quindi si verifica una coppia elettromagnetica M Em. Coppia netta M sull'albero motore è inferiore a quello elettromagnetico del valore della coppia contrastante creata nella macchina dalle forze di attrito e pari alla coppia M X in modalità x.x. M =M Em -M X .
La coppia di spunto del motore deve essere maggiore della coppia frenante statica M t quando il rotore è a riposo, altrimenti l'armatura del motore non inizierà a ruotare. In stato stazionario (al n = cost) esiste un equilibrio dei momenti rotanti M e frenanti M t:
M =M Em - M X =M T
Dalla meccanica è noto questo potenza meccanica motore può essere espresso in termini di coppia e velocità angolare
Pertanto la coppia motore utile è ^M(N m), espresso in termini di potere utile R(kW) e velocità di rotazione N(giri/min),
M =9550P/n
Discutiamone alcuni questioni importanti avviamento e funzionamento di motori DC. Dall'Eq. stato elettrico motore ne consegue che
IO IO = (U -- E)/R IO
Nella modalità operativa la corrente di armatura I I è limitata da e. d.s. E, se n è approssimativamente uguale N nom. Al momento dell'avvio n = 0, e. d.s. E = 0 E corrente di avviamento IO N = U/ R IO 10-30 volte superiore al nominale. Pertanto non è accettabile l'avviamento diretto del motore, cioè il collegamento diretto dell'indotto alla tensione di rete. Per limitare la grande corrente di avviamento dell'armatura, prima dell'avvio, un reostato di avviamento viene acceso in serie con l'armatura. R N con poca resistenza. In questo caso, quando E = O
IO N =U/(R IO - R N ) << U/R IO
Resistenza al reostato RN selezionato in base alla corrente di armatura consentita.
Quando il motore accelera fino alla velocità nominale, ad es. d.s. E aumenta e la corrente diminuisce e il reostato di avvio viene gradualmente e completamente rimosso (i reostati di avvio sono progettati per l'attivazione a breve termine). Reostato di regolazione R reg nel circuito di eccitazione con una resistenza relativamente elevata (decine e centinaia di Ohm) prima di avviare il motore, viene completamente rimosso in modo che all'avvio la corrente di eccitazione e il flusso magnetico dello statore F erano nominali. Ciò porta ad un aumento della coppia di avviamento, che garantisce un'accelerazione del motore rapida e facile.
Dopo l'avvio e l'accelerazione, si verifica uno stato stabile di funzionamento del motore, in cui la coppia frenante sull'albero ^ Monte sarà bilanciato dalla coppia sviluppata dal motore M Em , cioè. M Em ==M T ( A N = connst. )
I motori elettrici DC possono ripristinare lo stato stazionario di funzionamento interrotto da una variazione della coppia frenante, ovvero possono sviluppare coppia M, pari al nuovo valore di coppia frenante M T ad una velocità corrispondentemente nuova N".
Infatti, se la coppia frenante del carico Mt risulta essere maggiore della coppia del motore M Em, la velocità di rotazione dell'indotto diminuirà. A tensione costante U e flusso F ciò causerà una diminuzione di e. d.s. E armatura, aumentando la corrente e la coppia di armatura fino al raggiungimento dell'equilibrio, al quale M Em =M T E N" < N. Quando la coppia frenante viene ridotta a Mt, si verifica allo stesso modo uno stato di funzionamento stazionario. M Em =M T" E N"> N" . Pertanto, i motori CC hanno la proprietà di autoregolazione - può sviluppare una coppia pari alla coppia frenante.
2.4 Regolazione della frequenza
La velocità di rotazione dell'armatura di un motore CC è determinata in base all'equazione di stato elettrica U=ER IO IO IO dopo aver sostituito e al suo interno. d.s. E = sfN:
Caduta di tensione di armatura R IO IO IO piccolo: a carico nominale non supera 0,03 - 0,07 U nom .
Pertanto, la velocità di rotazione di un motore CC è direttamente proporzionale alla tensione di linea applicata e inversamente proporzionale al flusso magnetico dello statore. . È possibile regolare la velocità del motore in due modi: modificando il flusso dello statore F o la tensione U fornita al motore. La velocità di rotazione viene controllata modificando il campo magnetico della macchina mediante un reostato di regolazione nel circuito di eccitazione del motore. La tensione fornita al motore viene modificata regolando la tensione della sorgente.
È possibile introdurre un reostato aggiuntivo nel circuito dell'armatura. In questo caso il reostato di avviamento viene sostituito da un reattore R pr Un tale reostato svolge le funzioni sia di un reostato di avviamento che di un reostato di controllo. L'equazione per la frequenza di rotazione dell'armatura del motore CC in questo caso ha la forma
Ne consegue che la velocità del motore può essere controllata modificando la tensione di rete, la resistenza del reostato di zavorra o il flusso dello statore.
Motori in retromarcia. Dall'equazione della coppia del motore M Em = kFIO IO ne consegue che l'inversione, cioè il cambiamento del senso di rotazione dell'armatura, può essere effettuato cambiando la direzione della corrente nell'avvolgimento di campo (flusso F) o corrente di armatura.
Per invertire il motore "al volo", la direzione della corrente dell'armatura viene cambiata (scambiando i terminali dell'armatura), ma l'avvolgimento di campo non viene commutato, poiché ha un'induttanza elevata e l'interruzione del suo circuito con la corrente è inaccettabile. L'inversione di un motore spento si ottiene anche cambiando la direzione della corrente nell'avvolgimento di campo (scambiando i suoi terminali).
3. Motore con avvolgimento in serie
In un motore con eccitazione in serie ( Fig.2.3a) la corrente di eccitazione è uguale alla corrente di armatura: IO V =Io UN, quindi il flusso magnetico Ф è funzione della corrente di carico IO UN. La natura di questa funzione varia a seconda della dimensione del carico. A IO UN <(0,8...0,9) I nom, quando il sistema magnetico è insaturo, F=k F IO UN e il coefficiente di proporzionalità A F rimane praticamente costante su un'ampia gamma di carichi. Con un ulteriore aumento del carico, il flusso F crescendo più lentamente di IO UN >I nom) possiamo presumerlo Ô=cost. Di conseguenza cambiano anche le dipendenze n=f(I UN ), M=f(I UN) (riso. 2.3.b).
Riso. 2.3. - a) circuito di un motore con eccitazione sequenziale; b) la dipendenza della sua coppia e velocità di rotazione dalla corrente di armatura (I IO – corrente di armatura; IO V – corrente di eccitazione;R N
– resistenza al carico;
N– velocità di rotazione; 1 – caratteristica naturale; 2.3 - caratteristiche reostatiche corrispondenti significati diversi resistenza aggiuntiva r N ).
Oltre alle caratteristiche naturali 1, è possibile, includendo resistenze aggiuntive r n nel circuito dell'armatura, ottenere una famiglia di caratteristiche reostatiche 2, 3 e 4. Maggiore è il valore di r n, più bassa si trova la caratteristica.
A carichi bassi, la velocità n aumenta notevolmente e può superare quella massima valore valido(il motore va in overdrive). Pertanto, tali motori non possono essere utilizzati per azionare meccanismi che funzionano in modalità inattiva e in carico leggero.
Con caratteristica rigida, la velocità di rotazione n è quasi indipendente dalla coppia M, quindi la potenza è:
, Dove CON 4
- costante.
A caratteristica morbida il motore n è inversamente proporzionale a , per cui:
, dove è una costante.
Pertanto, quando la coppia di carico cambia in un ampio intervallo, la potenza R 2 , e, quindi, potere R 1 e corrente IO UN variazione nei motori con eccitazione in serie entro limiti inferiori rispetto ai motori con eccitazione in parallelo, inoltre, tollerano meglio i sovraccarichi.
Sono determinati principalmente dal modo in cui viene acceso l'avvolgimento di eccitazione. A seconda di ciò, si distinguono i motori elettrici:
1. Con eccitazione indipendente : l'avvolgimento di campo è alimentato da una sorgente CC esterna (eccitatrice o raddrizzatore),
2. con eccitazione parallela: l'avvolgimento di campo è collegato in parallelo con l'avvolgimento dell'indotto,
3.: l'avvolgimento di campo è collegato in serie con l'avvolgimento dell'indotto,
4. con entusiasmo misto: Ha due avvolgimenti di campo, uno collegato in parallelo all'avvolgimento dell'indotto e l'altro in serie ad esso.
Tutti questi motori elettrici hanno lo stesso design e differiscono solo per il design dell'avvolgimento di campo. Gli avvolgimenti di eccitazione di questi motori elettrici sono realizzati allo stesso modo di quelli.
Motore elettrico DC con eccitazione indipendente
In questo motore elettrico (Fig. 1, a), l'avvolgimento dell'indotto è collegato alla fonte principale di corrente continua (rete CC, generatore o raddrizzatore) con tensione U e l'avvolgimento di campo è collegato a una fonte ausiliaria con tensione UB. Un reostato di regolazione Rрв è incluso nel circuito di avvolgimento di campo e un reostato di avviamento Rn è incluso nel circuito di avvolgimento dell'indotto.
Il reostato di controllo viene utilizzato per regolare la velocità di rotazione dell'armatura del motore e il reostato di avviamento viene utilizzato per limitare la corrente nell'avvolgimento dell'armatura durante l'avvio. Caratteristica motore elettrico è che la sua corrente di eccitazione Iв non dipende dalla corrente Iа nell'avvolgimento dell'indotto (corrente di carico). Pertanto, trascurando l'effetto smagnetizzante della reazione dell'armatura, possiamo approssimativamente supporre che il flusso F del motore non dipenda dal carico. Le dipendenze della coppia elettromagnetica M e della velocità di rotazione n dalla corrente Iа saranno lineari (Fig. 2, a). Di conseguenza, anche le caratteristiche meccaniche del motore saranno lineari: la dipendenza n (M) (Fig. 2, b).
Se nel circuito dell'armatura non è presente un reostato con resistenza Rn, la velocità e le caratteristiche meccaniche saranno rigide, cioè con un piccolo angolo di inclinazione rispetto all'asse orizzontale, poiché la caduta di tensione IаΣRя negli avvolgimenti della macchina inclusi nel circuito dell'armatura a il carico nominale è solo il 3-5% dell'Unom. Queste caratteristiche (linee rette 1 in Fig. 2, aeb) sono chiamate naturali. Quando nel circuito dell'armatura è incluso un reostato con resistenza Rn, l'angolo di pendenza di queste caratteristiche aumenta, per cui è possibile ottenere una famiglia di caratteristiche reostatiche 2, 3 e 4, corrispondenti a diversi valori di Rn1 , Rn2 e Rn3.
Riso. 1. Schemi schematici dei motori elettrici DC con eccitazione indipendente (a) e parallela (b).
Riso. 2. Caratteristiche dei motori elettrici DC con eccitazione indipendente e parallela: a - alta velocità e coppia, b - meccanica, c - funzionamento più resistenza Rn, maggiore è l'angolo di inclinazione della caratteristica reostatica, cioè più morbida è.
Il reostato di regolazione Rpv consente di modificare la corrente di eccitazione del motore Iv e il suo flusso magnetico F. In questo caso cambierà anche la velocità di rotazione n.
Nel circuito di avvolgimento di campo non sono installati interruttori o fusibili, poiché quando questo circuito viene interrotto, il flusso magnetico del motore elettrico diminuisce drasticamente (in esso rimane solo il flusso del magnetismo residuo) e un modalità di emergenza. Se il motore elettrico funziona al minimo o con un piccolo carico sull'albero, la velocità di rotazione aumenta bruscamente (il motore inizia a girare). In questo caso, la corrente nell'avvolgimento dell'indotto Iа aumenta notevolmente e può verificarsi un incendio circolare. Per evitare ciò, la protezione deve scollegare il motore dalla fonte di alimentazione.
Un forte aumento della velocità di rotazione quando il circuito dell'avvolgimento di eccitazione è interrotto è spiegato dal fatto che in questo caso il flusso magnetico F (al valore del flusso Fost dal magnetismo residuo) ed e diminuiscono bruscamente. d.s. E e l'attuale Iа aumentano. E poiché la tensione applicata U rimane invariata, la velocità di rotazione n aumenterà fino a e. d.s. E non raggiungerà un valore approssimativamente uguale a U (che è necessario per uno stato di equilibrio circuito elettrico ancora, in cui E= U - IаΣRя.
Quando il carico sull'albero è vicino a quello nominale, il motore elettrico si fermerà se si rompe il circuito di eccitazione, poiché la coppia elettromagnetica che il motore può sviluppare con una significativa diminuzione del flusso magnetico diminuisce e diventa inferiore alla coppia di carico su l'albero. In questo caso, anche la corrente Iа aumenta notevolmente e la macchina deve essere scollegata dalla fonte di alimentazione.
Da notare che il regime di rotazione n0 corrisponde al regime minimo ideale, quando il motore non consuma energia dalla rete energia elettrica e il suo momento elettromagnetico è zero. In condizioni reali, al minimo, il motore consuma dalla rete la corrente al minimo I0, necessaria per la compensazione perdite interne potenza e sviluppa una certa coppia M0 necessaria per superare le forze di attrito della macchina. Pertanto, in realtà, il regime del minimo è inferiore a n0.
La dipendenza della velocità di rotazione n e della coppia elettromagnetica M dalla potenza P2 (Fig. 2, c) sull'albero motore, come segue dalle relazioni considerate, è lineare. Anche le dipendenze della corrente dell'avvolgimento dell'indotto Iya e della potenza P1 su P2 sono quasi lineari. La corrente Iya e la potenza P1 a P2 = 0 rappresentano la corrente a vuoto I0 e la potenza P0 consumata a vuoto. La curva di rendimento ha un carattere comune a tutte le macchine elettriche.
Motore elettrico DC con eccitazione parallela
In questo motore elettrico (vedi Fig. 1, b), gli avvolgimenti di eccitazione e di armatura sono alimentati dalla stessa fonte di energia elettrica con tensione U. Nel circuito di avvolgimento di eccitazione è incluso un reostato di regolazione Rpv e un reostato di avviamento Rp nel circuito di avvolgimento dell'indotto.
Nel motore elettrico in esame l'alimentazione elettrica dei circuiti dell'indotto e dell'avvolgimento di eccitazione è sostanzialmente separata, per cui la corrente di eccitazione Iв non dipende dalla corrente dell'avvolgimento di armatura Iв. Pertanto, un motore elettrico con eccitazione derivata avrà le stesse caratteristiche di un motore con eccitazione separata. Tuttavia, un motore con avvolgimento in derivazione funziona normalmente solo se alimentato da una sorgente CC a tensione costante.
Quando il motore elettrico è alimentato da una sorgente con tensione variabile (generatore o raddrizzatore controllato), una diminuzione della tensione di alimentazione U provoca una corrispondente diminuzione della corrente di eccitazione Iв e del flusso magnetico Ф, che porta ad un aumento dell'avvolgimento dell'indotto attuale Iа. Ciò limita la possibilità di regolare la velocità di rotazione dell'armatura modificando la tensione di alimentazione U. Pertanto, i motori elettrici destinati ad essere alimentati da un generatore o da un raddrizzatore controllato devono avere un'eccitazione indipendente.
Motore elettrico DC con eccitazione sequenziale
Per limitare la corrente all'avvio, un reostato di avviamento Rп è collegato al circuito di avvolgimento dell'armatura (Fig. 3, a) e per regolare la velocità di rotazione, un reostato di regolazione Rрв può essere collegato in parallelo all'avvolgimento di eccitazione.
Riso. 3. Diagramma schematico motore elettrico DC con eccitazione sequenziale (a) e dipendenza del suo flusso magnetico Ф dalla corrente Iа nell'avvolgimento dell'indotto (b)
Riso. 4. Caratteristiche del motore DC con eccitazione sequenziale: a - alta velocità e coppia, b - meccanica, c - funzionante.
Una caratteristica di questo motore elettrico è che la sua corrente di eccitazione Iв è uguale o proporzionale (quando il reostato Rpв è acceso) alla corrente dell'avvolgimento dell'armatura Iа, quindi il flusso magnetico Ф dipende dal carico del motore (Fig. 3, b ).
Quando la corrente dell'avvolgimento dell'armatura Iya è inferiore (0,8-0,9) corrente nominale Inom, il sistema magnetico della macchina non è saturo e possiamo supporre che il flusso magnetico Ф cambi in modo direttamente proporzionale alla corrente Iа. Pertanto, la caratteristica di velocità del motore elettrico sarà morbida: con un aumento della corrente I, la velocità di rotazione n diminuirà drasticamente (Fig. 4, a). La diminuzione della velocità di rotazione n avviene a causa dell'aumento della caduta di tensione IаΣRа. In resistenza interna Rya. circuito di avvolgimento dell'armatura, nonché a causa di un aumento del flusso magnetico F.
Il momento elettromagnetico M aumenterà bruscamente all'aumentare della corrente Iа, poiché in questo caso aumenta anche il flusso magnetico Ф, cioè il momento M sarà proporzionale alla corrente Iа. Pertanto, con una corrente Iya inferiore a (0,8 N - 0,9) Inom, la caratteristica di velocità ha la forma di un'iperbole e la caratteristica di coppia ha la forma di una parabola.
Per correnti Iа > Inom, la dipendenza di M e n da Iа è lineare, poiché in questa modalità il circuito magnetico sarà saturo e il flusso magnetico Ф non cambierà al variare della corrente Iа.
La caratteristica meccanica, cioè la dipendenza di n da M (Fig. 4, b), può essere costruita sulla base della dipendenza di n e M da Iа. Oltre alla caratteristica naturale 1, è possibile, inserendo nel circuito di avvolgimento dell'armatura un reostato con resistenza Rp, ottenere una famiglia di caratteristiche reostatiche 2, 3 e 4. Queste caratteristiche corrispondono a diversi valori di Rn1, Rn2 e Rn3, e maggiore è Rn, più bassa è la caratteristica.
Le caratteristiche meccaniche del motore in questione sono di natura morbida e iperbolica. A carichi bassi, il flusso magnetico Ф diminuisce notevolmente, la velocità di rotazione n aumenta bruscamente e può superare il valore massimo consentito (il motore inizia a girare). Pertanto, tali motori non possono essere utilizzati per azionare meccanismi che funzionano in modalità inattiva e a basso carico (macchine varie, trasportatori, ecc.).
Solitamente minimo carico ammissibile per motori grandi e media potenzaè (0,2 .... 0,25) Inom. Per evitare che il motore funzioni senza carico, è collegato rigidamente al meccanismo di azionamento ( trasmissione ad ingranaggi o frizione cieca), l'uso di una trasmissione a cinghia o di una frizione a frizione non è accettabile.
Nonostante questo svantaggio, i motori con eccitazione sequenziale sono ampiamente utilizzati, soprattutto dove si verificano variazioni della coppia di carico in un ampio intervallo e condizioni difficili avviamento: in tutti gli azionamenti di trazione (locomotive elettriche, locomotive diesel, treni elettrici, automobili elettriche, carrelli elevatori elettrici, ecc.), nonché negli azionamenti di meccanismi di sollevamento (gru, ascensori, ecc.).
Ciò è spiegato dal fatto che con una caratteristica morbida, un aumento della coppia di carico porta ad un aumento minore della corrente e del consumo di potenza rispetto ai motori con eccitazione indipendente e parallela, quindi i motori con eccitazione in serie sono in grado di sopportare meglio i sovraccarichi. Inoltre questi motori hanno una coppia di avviamento maggiore rispetto ai motori con eccitazione parallela e indipendente, poiché quando la corrente dell'avvolgimento dell'indotto aumenta durante l'avviamento, il flusso magnetico aumenta di conseguenza.
Se accettiamo, ad esempio, che la corrente di avviamento a breve termine può essere 2 volte la corrente operativa nominale della macchina e trascuriamo l'influenza della saturazione, della reazione dell'indotto e della caduta di tensione nel circuito del suo avvolgimento, allora in un motore con eccitazione in serie la coppia di avviamento sarà 4 volte quella nominale (in Sia la corrente che il flusso magnetico aumentano di 2 volte), e nei motori con eccitazione indipendente e parallela - solo 2 volte di più.
Infatti, a causa della saturazione del circuito magnetico, il flusso magnetico non aumenta proporzionalmente alla corrente, ma comunque la coppia di avviamento di un motore con eccitazione in serie, a parità di altre condizioni, sarà notevolmente maggiore coppia di avviamento lo stesso motore con eccitazione indipendente o parallela.
Le dipendenze di n e M dalla potenza P2 sull'albero del motore elettrico (Fig. 4, c), come segue dalle disposizioni discusse sopra, non sono lineari, le dipendenze di P1, Iа e η da P2 hanno la stessa forma di; motori con eccitazione parallela.
Motore elettrico DC con entusiasmo misto
In questo motore elettrico (Fig. 5, a), il flusso magnetico Ф viene creato come risultato dell'azione combinata di due avvolgimenti di eccitazione - parallelo (o indipendente) e seriale, attraverso i quali passano le correnti di eccitazione Iв1 e Iв2 = Iя
Ecco perché
dove Fposl è il flusso magnetico dell'avvolgimento in serie, dipendente dalla corrente Iya, Fpar è il flusso magnetico dell'avvolgimento parallelo, che non dipende dal carico (determinato dalla corrente di eccitazione Ib1).
Le caratteristiche meccaniche di un motore elettrico con eccitazione mista (Fig. 5, b) si trovano tra le caratteristiche dei motori con eccitazione parallela (retta 1) e serie (curva 2). A seconda del rapporto tra le forze magnetomotrici degli avvolgimenti parallelo e serie in modalità nominale, è possibile avvicinare le caratteristiche di un motore con eccitazione mista alla caratteristica 1 (curva 3 a basso ppm dell'avvolgimento serie) o alla caratteristica 2 (curva 4 a basso ppm). c.
Riso. 5. Schema schematico di un motore elettrico con eccitazione mista (a) e sue caratteristiche meccaniche (b)
Vantaggio del motore DC con eccitazione mista è che, avendo caratteristica meccanica dolce, può funzionare al minimo quando Fseq = 0. In questa modalità la frequenza di rotazione della sua armatura è determinata dal flusso magnetico Fpar ed ha un valore limitato (il motore non gira).