V tem motorju je navitje polja zaporedno povezano z armaturnim krogom (slika 29.9, A), zato magnetni tokF odvisno od obremenitvenega toka jaz = jaz a = jaz noter . Pri majhnih obremenitvah magnetni sistem stroja ni nasičen in je odvisnost magnetnega pretoka od bremenskega toka premo sorazmerna, tj. Ф = k Ф I a (k f- sorazmernostni koeficient). V tem primeru najdemo elektromagnetni moment:
Formula za hitrost vrtenja bo dobila obliko
. (29.15)
Na sl. 29,9, b predstavljene značilnosti delovanja M = F(I) in n= (I) serijski vzbujevalni motor. Pri velikih obremenitvah se magnetni sistem motorja nasiči. V tem primeru se magnetni tok praktično ne spremeni z naraščajočo obremenitvijo in karakteristike motorja postanejo skoraj linearne. Hitrostna karakteristika zaporedno vzbujenega motorja kaže, da se hitrost motorja s spremembami obremenitve bistveno spreminja. Ta značilnost se običajno imenuje mehko.
riž. 29.9. Serijski motor:
A- shematski diagram; b- značilnosti delovanja; c - mehanske lastnosti; 1 - naravne lastnosti; 2 - umetna lastnost
Ko se obremenitev zaporedno vzbujenega motorja zmanjša, se hitrost vrtenja močno poveča in pri obremenitvi, manjši od 25% nazivne obremenitve, lahko doseže vrednosti, nevarne za motor ("prekoračitev"). Zato je delovanje zaporedno vzbujenega motorja ali njegov zagon z obremenitvijo gredi, manjšo od 25 % nazivne, nesprejemljivo.
Za več zanesljivo delovanje Gred motorja s sekvenčnim vzbujanjem mora biti togo povezana z delovnim mehanizmom preko sklopke in zobniškega pogona. Uporaba jermenskega pogona je nesprejemljiva, saj če se jermen zlomi ali ponastavi, lahko motor "plazi". Ob upoštevanju možnosti delovanja motorja pri visokih vrtilnih frekvencah se serijsko vzbujeni motorji po GOST preskušajo 2 minuti, da presežejo hitrost vrtenja za 20% nad največjo, navedeno na imenski tablici, vendar ne manj kot 50% nad nominalno.
Mehanske lastnosti serijskega motorja n=f(M) so predstavljeni na sl. 29,9, V. Strmo padajoče krivulje mehanskih karakteristik ( naravno 1 in umetno 2 ) zagotavljajo motorju s sekvenčnim vzbujanjem stabilno delovanje pod kakršno koli mehansko obremenitvijo. Sposobnost teh motorjev, da razvijejo visok navor, sorazmeren s kvadratom obremenitvenega toka, je pomembna, zlasti pri hudih zagonskih pogojih in preobremenitvah, saj s postopnim povečevanjem obremenitve motorja moč na njegovem vhodu raste počasneje kot navor. Ta značilnost motorjev s serijskim vzbujanjem je eden od razlogov za njihovo široka uporaba kot vlečni motorji v transportu, pa tudi žerjavni motorji v dvižnih napravah, to je v vseh primerih električnega pogona s težkimi zagonskimi pogoji in kombinacijo znatnih obremenitev na gredi motorja z nizko hitrostjo vrtenja.
Nazivna sprememba hitrosti zaporedno vzbujenega motorja
, (29.16)
kje n - hitrost vrtenja pri obremenitvi motorja 25% nazivne.
Hitrost vrtenja zaporedno vzbujenih motorjev je mogoče prilagoditi s spreminjanjem enega ali drugega napetost U, ali magnetni pretok navitja polja. V prvem primeru je krmilnik za prilagajanje zaporedno povezan z armaturnim krogom reostat R r (Sl. 29.10, A). Ko se upornost tega reostata poveča, se napetost na vhodu motorja in njegova hitrost vrtenja zmanjšata. Ta način krmiljenja se uporablja predvsem pri motorjih z nizko močjo. V primeru znatne moči motorja je ta način negospodaren zaradi velikih izgub energije v R rg . Poleg tega reostat R r , izračunano na delovni tok motorja, se izkaže za zajetnega in dragega.
Ko več motorjev istega tipa deluje skupaj, se hitrost vrtenja prilagodi s spreminjanjem njihovega preklopnega vzorca glede na drugega (slika 29.10, b). Torej, ko so motorji povezani vzporedno, je vsak od njih pod polno omrežno napetostjo in kdaj sekvenčna povezava dva motorja, vsak motor predstavlja polovico omrežne napetosti. Pri sočasnem delu več možni motorji več možnosti vključitve. Ta način krmiljenja hitrosti se uporablja pri električnih lokomotivah, kjer je nameščenih več enakih vlečnih motorjev.
Spreminjanje napetosti, ki se dovaja motorju, je možno ko se motor napaja iz vira DC z nastavljivo napetostjo (na primer v skladu s shemo, podobno sliki 29.6, A). Ko se napetost, ki se dovaja motorju, zmanjša, se njegove mehanske lastnosti premaknejo navzdol, praktično brez spremembe njegove ukrivljenosti (slika 29.11).
riž. 29.11. Mehanske lastnosti motorja s serijskim vzbujanjem pri spremembi vhodne napetosti
Hitrost motorja lahko uravnavate s spreminjanjem magnetnega pretoka na tri načine: z obhodom navitja polja z reostatom r rg , razdelitev navitja polja in ranžiranje navitja armature z reostatom r w . Vklop reostata r rg , ranžiranje vzbujalnega navitja (sl. 29.10, V), pa tudi zmanjšanje upora tega reostata vodi do zmanjšanja vzbujalnega toka I v = I a - I рг , in posledično do povečanja hitrosti vrtenja. Ta metoda je bolj ekonomična od prejšnje (glej sliko 29.10, A), uporablja se pogosteje in se ocenjuje z regulacijskim koeficientom
.
Običajno upornost reostata r rg je sprejet tako, da k rg >= 50 % .
Pri sekciji navitja polja (slika 29.10, G) odklop dela zavojev navitja spremlja povečanje hitrosti vrtenja. Pri ranžiranju navitja armature z reostatom r w (glej sliko 29.10, V) vzbujevalni tok se poveča I v = I a +I rg , kar povzroči zmanjšanje hitrosti vrtenja. Ta način regulacije, čeprav zagotavlja globoko regulacijo, je negospodaren in se uporablja zelo redko.
riž. 29.10. Regulacija hitrosti vrtenja zaporedno vzbujenih motorjev
[dokument]1.doc
Domača naloga št. 2(modul 5)
“Enosmerni motor s serijskim vzbujanjem. Namen elementov. Načelo delovanja"
gr.TP-07
Asmolkova O. A.
I semester 2009
DC motor s serijskim vzbujanjem. Namen elementov. Princip delovanja
1. Zasnova in namen elementov enosmernega motorja
.
DC motor - električni avto , DC stroj, pretvarjanje enosmerne električne energije v mehansko energijo. Sestavljen je, tako kot vsi enosmerni stroji, iz mirujočega statorja s poli in rotirajočega rotorja (armature) s komutatorjem.
Stator Stroj za enosmerni tok je sestavljen iz cilindričnega okvirja (ohišja), polov z vzbujalnim navitjem in ležajnih ščitov ( riž. 2.1.). Glavni (glavni) poli so ojačani na okvirju za vzbujanje glavnega magnetnega toka in dodatni za izboljšanje komutacije v motorju. Glavni pol je sestavljen iz jedra pola, izdelanega iz jeklene pločevine in privijačenega na okvir, ter tuljave vzbujalnega navitja. Jedro na prostem koncu je opremljeno s polom za ustvarjanje zahtevane porazdelitve magnetne indukcije vzdolž oboda armature. postelja 3 je jarem stroja, to je del, ki sklene magnetni tokokrog glavnega toka F. Izdelan je iz jeklene litine, saj je magnetni tok v njem relativno konstanten. Dodatni drogovi so nameščeni na okvirju med glavnimi. Njihovo navitje je zaporedno povezano z navitjem armature. Namen teh polov je ustvariti dodatno magnetno polje. To je potrebno za zagotovitev, da ščetke na komutatorju ne iskrijo.
Sidro (rotor) je del stroja, v navitju katerega se vrti glede na glavno magnetno polje EMF je induciran. Sidro 5 Motor na enosmerni tok je sestavljen iz jeklene gredi, jeklenega nazobčanega jedra, navitja, položenega v njegove reže, in komutatorja, nameščenega na gredi armature ( riž. 2.1.). Navitja polja so potrebna za zagotovitev optimalne interakcije med magnetnimi polji rotorja in statorja (tj. za ustvarjanje največjega navora na rotorju). Značilen del motorja (ali katerega koli električni stroj) DC je kolektor. To je votel valj, sestavljen iz klinastih bakrenih plošč, ločenih druga od druge. Komutatorske plošče so prav tako izolirane od gredi motorja. Z vodniki so povezani z navojnimi navoji, ki se nahajajo v utorih armature. Vrtljivo navitje je povezano z zunanjim tokokrogom z drsnim kontaktom med ščetkami in komutatorjem. Kolektor v strojih z enosmernim tokom služi za popravljanje izmeničnega EMF, induciranega v navitju rotirajoče armature, in za doseganje konstantne smeri elektromagnetni moment.
riž. 2. 1. Zasnova enosmernega motorja:
1 - vzbujevalno navitje;2 - palice;3 - postelja;4 - drog;5 - sidro;6 - vodniki navitja armature;
7 - jedro armature zobnika;8 - zračna reža stroja
2. Načelo delovanja enosmernega motorja
2.1 Splošne informacije
Ko se navitje armature vrti v stacionarnem magnetnem polju, se v njem inducira izmenična emf, ki se spreminja s frekvenco:
kje n- hitrost vrtenja armature.
Ko se armatura vrti, spremenljiva emf deluje med dvema točkama navitja armature. Vendar pa je med stacionarnimi kontaktnimi ščetkami stalen EMF v velikosti in smeri E, enaka vsoti trenutne vrednosti EMF, inducirane v vseh serijsko povezanih zavojih armature, ki se nahajajo med temi krtačami.
Odvisnost od EMF E iz magnetnega pretoka stroja in hitrosti vrtenja armature ima obliko:
Pri priključitvi navitja armature na omrežje z napetostjo U, emf E bo približno enaka napetosti U, in hitrost rotorja:
Posledično zaradi prisotnosti kolektorja, ko enosmerni stroj deluje v motornem načinu, hitrost rotorja ni strogo povezana z omrežno frekvenco, ampak jo je mogoče spreminjati v širokih mejah s spreminjanjem napetosti U in magnetni tok F. Simetrijska os, ki ločuje poli enosmernega stroja, se imenuje njegova geometrijska nevtralnost.
Ko je zunanje vezje odprto, tok ne teče v navitju armature, saj so EMF, inducirani v dveh delih navitja armature, ki se nahajata na obeh straneh geometrijskega nevtrala, usmerjeni nasprotno in se medsebojno kompenzirajo. Za dovod največje napetosti iz navitja armature v zunanje vezje mora biti to vezje povezano z dvema točkama navitja armature, med katerima je največja potencialna razlika, kjer je treba namestiti ščetke. Ko se armatura vrti, se točke premaknejo iz geometrijske nevtralnosti, vendar se bo vse več novih točk navijanja približalo krtačam, med katerimi deluje EMF E, zato bo EMF v zunanjem tokokrogu nespremenjen v velikosti in smeri. Za zmanjšanje pulzacij EMF, ko se ščetke premikajo z ene komutatorske plošče na drugo, je na vsako vzporedno vejo navitja armature običajno priključenih vsaj 16 aktivnih vodnikov.
Na armaturi, skozi navitje katere teče tok jaz, elektromagnetni moment deluje:
Ko stroj deluje v motornem načinu, se elektromagnetni navor vrti.
2.2 Reakcija armature enosmernega motorja
pri prosti tek magnetni pretok v motorju ustvarja samo NS ^F v navitja polja. V tem primeru magnetni tok F V s konstantno zračno režo med armaturo in jedrom glavnega pola (kar je značilno za številne enosmerne stroje), je razporejen simetrično glede na vzdolžno os strojev.
Ko stroj deluje pod obremenitvijo, tok prehaja skozi navitje armature, armatura NS pa ustvarja lastno magnetno polje. Učinek armaturnega polja na magnetno polje stroja se imenuje reakcija sidra. Magnetni tok F aq, ki so ga ustvarili NS anchors F aq v dvopolnem stroju, ko so ščetke nameščene na nevtralnem, je usmerjeno vzdolž prečne osi stroja, zato se magnetno polje armature imenuje prečno. Kot posledica pretoka F aq simetrična porazdelitev magnetnega polja stroja je popačena in nastali tok F res se izkaže, da je koncentriran predvsem na robovih glavnih polov. Hkrati fizično nevtralen b-b(črta, ki povezuje točke armaturnega kroga, v katerih je indukcija enaka nič) je zamaknjena glede na geometrijsko nevtralen a-a pod nekim kotom β (Slika 2.2). V motorjih je fizična nevtralnost premaknjena proti smeri vrtenja.
Na podlagi zakona skupni tok Armatura NS, ki deluje v zračni reži na razdalji x od osi glavnih polov, je določena z izrazom:
Zato NS sidra F aq se linearno spreminja vzdolž njegovega oboda; pod sredino glavnega pola je nič, na mestih, kjer so nameščene krtače, pa ima največjo vrednost. Magnetna indukcija v zraku
^ Slika 2.2 - Magnetno polje enosmernega motorja: a) iz navitja polja; b) iz navitja armature; c) rezultanta (F V - magnetni pretok v prostem teku; F aq - magnetni pretok, ki ga ustvari armatura NS; F res - nastali tok; a-a - geometrijsko nevtralno; b-b - fizično nevtralen; β – nevtralni kot pomika b-b)
Vrzel z nenasičenim magnetnim sistemom:
Kje je velikost zračne reže v točki x.
2.3 Navor enosmernega motorja
Če sta vzbujevalno navitje in armatura motorja priključena na enosmerno omrežje z napetostjo ^U takrat se pojavi elektromagnetni navor M Em. Neto navor M na gredi motorja je manjši od elektromagnetnega za vrednost nasprotnega navora, ki ga v stroju ustvarijo sile trenja in je enak navoru M X v načinu x.x, tj. M = M Em -M X .
Zagonski moment motorja mora biti večji od statičnega zavornega momenta M t ko rotor miruje, sicer se armatura motorja ne bo začela vrteti. V stabilnem stanju (pri n = const) obstaja ravnotežje vrtilnih M in zavornih M t momentov:
M = M Em – M X = M T
Iz mehanike je znano, da mehanska moč motor se lahko izrazi z navorom in kotno hitrostjo
Zato je uporaben navor motorja ^M(N m), izraženo v uporabna moč R(kW) in hitrost vrtenja n(rpm),
M = 9550P/n
Pogovorimo se o nekaterih pomembna vprašanja zagon in delovanje enosmernih motorjev. Iz enačbe električno stanje motor iz tega sledi
jaz jaz = (U -- E)/R jaz
V načinu delovanja je armaturni tok I I omejen z e. d.s. E, če je n približno enak n nom. V trenutku zagona n = 0, e. d.s. E = 0 in začetni tok jaz n = U/ R jaz 10-30-krat več kot nominalno. Zato je neposreden zagon motorja, to je neposreden priklop armature na omrežno napetost, nesprejemljiv. Za omejitev velikega zagonskega toka armature se pred zagonom zaporedno z armaturo vklopi začetni reostat. R n z majhnim odporom. V tem primeru, ko E = O
jaz n =U/(R jaz –R n ) << U/R jaz
Odpornost reostata Rn izbrani glede na dovoljeni armaturni tok.
Ko motor pospeši do nazivne hitrosti, npr. d.s. E narašča, tok pa se zmanjšuje in zagonski reostat se postopoma popolnoma odstrani (zagonski reostati so namenjeni za kratkotrajno aktiviranje). Regulacijski reostat R reg v vzbujalnem tokokrogu z relativno visokim uporom (desetine in stotine ohmov) pred zagonom motorja popolnoma odstranimo, tako da se ob zagonu vzbujalni tok in magnetni pretok statorja F bili nominalni. To vodi do povečanja zagonskega navora, kar zagotavlja hitro in enostavno pospeševanje motorja.
Po zagonu in pospeševanju nastopi ustaljeno stanje delovanja motorja, v katerem zavorni moment na gredi ^ Mt bo uravnotežen z navorom, ki ga razvije motor M Em , tj. M Em == M T ( pri n = znst. )
Elektromotorji na enosmerni tok lahko obnovijo ustaljeno stanje delovanja, porušeno zaradi spremembe zavornega momenta, tj. lahko razvijejo navor M, enak novi vrednosti zavornega navora M T z ustrezno novo hitrostjo n".
Dejansko se izkaže, da je zavorni moment bremena Mt večji od navora motorja M Em, potem se bo hitrost vrtenja armature zmanjšala. Pri konstantni napetosti U in tok F to bo povzročilo zmanjšanje e. d.s. E armaturo, povečevanje armaturnega toka in navora, dokler ne pride do ravnovesja, pri katerem M Em = M T in n" < n. Ko se zavorni moment zmanjša na Mt, se na enak način pojavi ustaljeno stanje delovanja. M Em = M T" in n"> n" . Tako imajo enosmerni motorji lastnost samoregulacije - lahko razvije navor, ki je enak zavornemu momentu.
2.4 Regulacija frekvence
Hitrost vrtenja armature enosmernega motorja se določi na podlagi električne enačbe stanja U= ER jaz jaz jaz po zamenjavi e vanj. d.s. E = sFn:
Padec napetosti armature R jaz jaz jaz majhna: pri nazivni obremenitvi ne presega 0,03 - 0,07 U nom .
Tako je hitrost vrtenja enosmernega motorja neposredno sorazmerna z uporabljeno omrežno napetostjo in obratno sorazmerna z magnetnim tokom statorja . Hitrost motorja lahko uravnavate na dva načina: s spreminjanjem pretoka statorja F ali napetosti U, ki se dovaja motorju. Hitrost vrtenja se krmili s spreminjanjem magnetnega polja stroja z uporabo nastavitvenega reostata v vzbujalnem krogu motorja. Napetost, ki se dovaja motorju, se spremeni z regulacijo napetosti vira.
V armaturno vezje lahko vnesete dodaten reostat. V tem primeru se začetni reostat nadomesti z balastom R pr Takšen reostat opravlja funkcije tako zagonskega reostata kot regulacijskega reostata. Enačba za frekvenco vrtenja armature enosmernega motorja ima obliko
Iz tega sledi, da je mogoče vrtilno frekvenco motorja krmiliti s spreminjanjem omrežne napetosti, upora balastnega reostata ali statorskega toka.
Motorji za vzvratno vožnjo. Iz enačbe navora motorja M Em = kFjaz jaz iz tega sledi, da se reverz, to je sprememba smeri vrtenja armature, lahko izvede s spremembo smeri toka v navitju vznemirjenja (fluks F) ali tok armature.
Če želite obrniti motor "na letenju", se spremeni smer armaturnega toka (s preklopom armaturnih sponk), vendar se navitje polja ne preklopi, ker ima visoko induktivnost in je prekinitev njegovega tokokroga s tokom nesprejemljiva. Reverziranje izklopljenega motorja dosežemo tudi s spremembo smeri toka v navitju vzdevka (preklop njegovih sponk).
3. Serijsko navit motor
V motorju s sekvenčnim vzbujanjem ( Slika 2.3a) je vzbujevalni tok enak armaturnemu toku: jaz V =jaz A, zato je magnetni pretok Ф funkcija bremenskega toka jaz A. Narava te funkcije se razlikuje glede na velikost tovora. pri jaz a <(0,8...0,9) I nom, ko je magnetni sistem nenasičen, F=k f jaz A, in koeficient sorazmernosti TO f ostane praktično nespremenjen v širokem razponu obremenitev. Z nadaljnjim povečevanjem obremenitve se pretok F raste počasneje kot jaz a >jaz nom) lahko domnevamo, da Ф=konst. V skladu s tem se spreminjajo tudi odvisnosti n=f(I a ), M=f(I a) (riž. 2.3.b).
riž. 2.3. - a) shema vezja motorja s sekvenčnim vzbujanjem; b) odvisnost njegovega navora in hitrosti vrtenja od toka armature (I jaz – armaturni tok; jaz V – vzbujalni tok;r n
– odpornost na obremenitev;
n– hitrost vrtenja; 1 – naravna značilnost; 2.3 - ustrezne reostatske značilnosti različne pomene dodatni upor r n ).
Poleg naravnih karakteristik 1 je mogoče z vključitvijo dodatnih uporov r n v armaturno vezje pridobiti družino reostatskih karakteristik 2, 3 in 4. Večja kot je vrednost r n, nižje se nahaja karakteristika.
Pri majhnih obremenitvah se hitrost n močno poveča in lahko preseže največjo veljavna vrednost(motor gre v overdrive). Zato takih motorjev ni mogoče uporabiti za pogon mehanizmov, ki delujejo v prostem teku in pri lahka obremenitev.
Pri togi karakteristiki je hitrost vrtenja n skoraj neodvisna od navora M, zato je moč:
, Kje Z 4
- konstantno.
pri mehka lastnost motor n je obratno sorazmeren z , zaradi česar:
, kjer je konstanta.
Zato, ko se navor obremenitve spremeni v širokem razponu, moč R 2 , in s tem moč R 1 in trenutni jaz a sprememba pri motorjih s serijskim vzbujanjem v manjših mejah kot pri motorjih z vzporednim vzbujanjem, poleg tega bolje prenašajo preobremenitve.
Določeni so predvsem z načinom vklopa vzbujalnega navitja. Glede na to ločimo elektromotorje:
1. z neodvisno vzbujanje : vzbujevalno navitje napaja zunanji vir enosmernega toka (vzbujalnik ali usmernik),
2. z vzporednim vzbujanjem: navitje polja je priključeno vzporedno z navitjem armature,
3.: navitje polja je zaporedno povezano z navitjem armature,
4. z mešanim navdušenjem: Ima dve vzmetni navitji, eno je povezano vzporedno z navitjem armature, drugo pa zaporedno z njim.
Vsi ti elektromotorji imajo enako zasnovo in se razlikujejo le po zasnovi navitja polja. Vzbujevalna navitja teh elektromotorjev so izdelana na enak način kot tista.
Električni motor DC z neodvisnim vzbujanjem
V tem elektromotorju (slika 1, a) je navitje armature priključeno na glavni vir enosmernega toka (omrežje enosmernega toka, generator ali usmernik) z napetostjo U, navitje polja pa je priključeno na pomožni vir z napetostjo UB. Nastavitveni reostat Rрv je vključen v vezje navitja polja, začetni reostat Rn pa je vključen v vezje navitja armature.
Regulacijski reostat se uporablja za uravnavanje hitrosti vrtenja armature motorja, zagonski reostat pa za omejevanje toka v navitju armature med zagonom. Značilna lastnost elektromotorja je, da njegov vzbujevalni tok Iв ni odvisen od toka Iа v navitju armature (obremenitveni tok). Zato lahko, če zanemarimo razmagnetni učinek reakcije armature, približno domnevamo, da pretok motorja F ni odvisen od obremenitve. Odvisnosti elektromagnetnega navora M in hitrosti vrtenja n od toka Ia bodo linearne (slika 2, a). Posledično bo tudi mehanska karakteristika motorja linearna - odvisnost n (M) (slika 2, b).
Če v armaturnem krogu ni reostata z uporom Rn, bodo hitrostne in mehanske lastnosti toge, to je z majhnim kotom naklona na vodoravno os, saj je padec napetosti IаΣRя v navitjih stroja, vključenih v armaturni krog pri nazivna obremenitev je le 3-5 % Unom. Te značilnosti (ravne črte 1 na sliki 2, a in b) imenujemo naravne. Ko je reostat z uporom Rn vključen v armaturno vezje, se kot naklona teh karakteristik poveča, zaradi česar je mogoče dobiti družino reostatskih karakteristik 2, 3 in 4, ki ustrezajo različnim vrednostim Rn1 , Rn2 in Rn3.
riž. 1. Shematski diagrami elektromotorjev DC z neodvisnim (a) in vzporednim (b) vzbujanjem
riž. 2. Značilnosti elektromotorjev DC z neodvisnim in vzporednim vzbujanjem: a - hitrost in navor, b - mehanski, c - delovni večji odpor Rn, večji kot nagiba ima reostatska karakteristika, tj. mehkejša je.
Nastavitveni reostat Rpv vam omogoča spreminjanje vzbujalnega toka motorja Iv in njegovega magnetnega pretoka F. V tem primeru se bo spremenila tudi hitrost vrtenja n.
V tokokrogu vzbujevalnih navitij ni nameščenih nobenih stikal ali varovalk, saj se ob prekinitvi tega tokokroga magnetni tok elektromotorja močno zmanjša (v njem ostane le tok iz preostalega magnetizma) in zasilni način. Če elektromotor deluje v prostem teku ali z majhno obremenitvijo gredi, se hitrost vrtenja močno poveča (motor se začne vrteti). V tem primeru se tok v navitju armature Ia močno poveča in lahko pride do krožnega požara. Da bi se temu izognili, mora zaščita odklopiti motor od vira napajanja.
Močno povečanje hitrosti vrtenja, ko je vezje vzbujalnega navitja prekinjeno, je razloženo z dejstvom, da se v tem primeru magnetni pretok F (na vrednost pretoka Fost iz preostalega magnetizma) in e močno zmanjšata. d.s. E in tok Ia se povečata. In ker uporabljena napetost U ostane nespremenjena, se bo hitrost vrtenja n povečala, dokler e. d.s. E ne bo dosegel vrednosti, približno enake U (kar je potrebno za ravnovesno stanje električni tokokrog sidro, pri katerem je E= U - IаΣRя.
Ko je obremenitev na gredi blizu nazivne vrednosti, se bo elektromotor ustavil, če se vzbujevalni tokokrog prekine, saj se elektromagnetni navor, ki ga motor lahko razvije z znatnim zmanjšanjem magnetnega pretoka, zmanjša in postane manjši od navora obremenitve na gred. V tem primeru se tudi tok Iа močno poveča in stroj je treba odklopiti od vira napajanja.
Upoštevati je treba, da hitrost vrtenja n0 ustreza idealnemu prostem teku, ko motor ne porablja energije iz omrežja električna energija in njegov elektromagnetni moment je nič. V realnih pogojih motor v prostem teku porablja tok prostega teka I0 iz omrežja, ki je potreben za kompenzacijo notranje izgube moč in razvije določen navor M0, potreben za premagovanje sil trenja v stroju. Zato je v resnici število vrtljajev v prostem teku manjše od n0.
Odvisnost hitrosti vrtenja n in elektromagnetnega navora M od moči P2 (slika 2, c) na gredi motorja je, kot izhaja iz obravnavanih razmerij, linearna. Skoraj linearne so tudi odvisnosti toka navitja armature Iya in moči P1 od P2. Tok Iya in moč P1 pri P2 = 0 predstavljata tok brez obremenitve I0 in moč P0, porabljeno v prostem teku. Krivulja učinkovitosti ima značilnost, ki je skupna vsem električnim strojem.
Električni motor DC z vzporednim vzbujanjem
V tem elektromotorju (glej sliko 1, b) se navitja vzbujanja in armature napajajo z istim virom električne energije z napetostjo U. Krmilni reostat Rpv je vključen v vezje vzbujalnega navitja in vključen je začetni reostat Rp v vezju navitja armature.
V obravnavanem elektromotorju je v bistvu ločeno napajanje tokokrogov armaturnega in vzbujalnega navitja, zaradi česar vzbujevalni tok Iв ni odvisen od toka navitja armature Iв. Zato bo vzporedno vzbujen elektromotor imel enake lastnosti kot ločeno vzbujen motor. Vendar pa motor s šantnim navijanjem deluje normalno le, če se napaja iz vira enosmerne napetosti s konstantno napetostjo.
Ko se elektromotor napaja iz vira s spremenljivo napetostjo (generator ali krmiljen usmernik), zmanjšanje napajalne napetosti U povzroči ustrezno zmanjšanje vzbujalnega toka Iв in magnetnega pretoka Ф, kar povzroči povečanje navitja armature tok Iа. To omejuje možnost regulacije hitrosti vrtenja armature s spreminjanjem napajalne napetosti U. Zato morajo elektromotorji, ki so predvideni za napajanje z generatorjem ali krmiljenim usmernikom, imeti neodvisno vzbujanje.
Električni motor DC s sekvenčnim vzbujanjem
Za omejitev toka ob zagonu je začetni reostat Rp priključen na vezje navitja armature (slika 3, a), za uravnavanje hitrosti vrtenja pa je mogoče vzporedno z navitjem vzbujanja priključiti nastavitveni reostat Rрv.
riž. 3. Shematski diagram električni motor DC z zaporednim vzbujanjem (a) in odvisnostjo njegovega magnetnega pretoka Ф od toka Iа v navitju armature (b)
riž. 4. Motorične lastnosti DC s sekvenčnim vzbujanjem: a - visoka hitrost in navor, b - mehanski, c - delovni.
Značilnost tega elektromotorja je, da je njegov vzbujevalni tok Iv enak ali sorazmeren (ko je reostat Rpv vklopljen) toku navitja armature Iа, zato je magnetni pretok F odvisen od obremenitve motorja (slika 3, b ).
Ko je tok navitja armature Iya manjši (0,8-0,9) nazivni tok Inom, magnetni sistem stroja ni nasičen in lahko domnevamo, da se magnetni pretok Ф spreminja premosorazmerno s tokom Iа. Zato bo hitrostna karakteristika elektromotorja mehka - s povečanjem toka I se bo hitrost vrtenja n močno zmanjšala (slika 4, a). Zmanjšanje hitrosti vrtenja n nastane zaradi povečanja padca napetosti IаΣRа. v notranji upor Rya. vezje navitja armature, pa tudi zaradi povečanja magnetnega pretoka F.
Elektromagnetni moment M se bo močno povečal s povečanjem toka Iа, saj se v tem primeru poveča tudi magnetni tok Ф, to pomeni, da bo moment M sorazmeren s tokom Iа. Zato ima pri toku Iya manj kot (0,8 N - 0,9) Inom hitrostna karakteristika obliko hiperbole, navorna pa obliko parabole.
Pri tokovih Iа> Inom so odvisnosti M in n od Ia linearne, saj bo v tem načinu magnetno vezje nasičeno in se magnetni pretok F ne bo spremenil, ko se spremeni tok Iа.
Mehansko karakteristiko, to je odvisnost n od M (slika 4, b), je mogoče zgraditi na podlagi odvisnosti n in M od Iа. Poleg naravne značilnosti 1 je mogoče z vključitvijo reostata z uporom Rp v vezje navitja armature pridobiti družino reostatskih karakteristik 2, 3 in 4. Te značilnosti ustrezajo različnim vrednostim Rn1, Rn2 in Rn3 in večji ko je Rn, nižje se nahaja karakteristika.
Mehanske lastnosti zadevnega motorja so mehke in hiperbolične narave. Pri majhnih obremenitvah se magnetni pretok Ф močno zmanjša, hitrost vrtenja n močno naraste in lahko preseže največjo dovoljeno vrednost (motor se začne vrteti). Zato takih motorjev ni mogoče uporabiti za pogon mehanizmov, ki delujejo v prostem teku in pri nizki obremenitvi (različni stroji, transporterji itd.).
Ponavadi minimalno dovoljena obremenitev za motorje velikih in srednja moč je (0,2 .... 0,25) Inom. Da motor ne deluje brez obremenitve, je togo povezan s pogonskim mehanizmom ( zobniški prenos ali slepa sklopka), je uporaba jermenskega pogona ali torne sklopke nesprejemljiva.
Kljub tej pomanjkljivosti se pogosto uporabljajo motorji s sekvenčnim vzbujanjem, zlasti tam, kjer prihaja do sprememb navora obremenitve v širokem območju in težke razmere zagon: v vseh vlečnih pogonih (električne lokomotive, dizel lokomotive, električni vlaki, električni avtomobili, električni viličarji itd.), kot tudi v pogonih dvižnih mehanizmov (žerjavi, dvigala itd.).
To je razloženo z dejstvom, da z mehko karakteristiko povečanje navora obremenitve vodi do manjšega povečanja toka in porabe energije kot pri motorjih z neodvisnim in vzporednim vzbujanjem, zato motorji s serijskim vzbujanjem bolje prenesejo preobremenitve. Poleg tega imajo ti motorji večji zagonski moment kot motorji z vzporednim in neodvisnim vzbujanjem, saj se ob povečanju toka navitja armature med zagonom ustrezno poveča tudi magnetni pretok.
Če na primer sprejmemo, da je lahko kratkotrajni zagonski tok 2-kratnik nazivnega delovnega toka stroja in zanemarimo vpliv nasičenosti, reakcijo armature in padec napetosti v tokokrogu njenega navitja, potem v motor s serijskim vzbujanjem bo začetni navor 4-krat večji od nazivnega (v Tok in magnetni pretok se povečata 2-krat), pri motorjih z neodvisnim in vzporednim vzbujanjem pa le 2-krat več.
Pravzaprav zaradi nasičenosti magnetnega tokokroga magnetni pretok ne narašča sorazmerno s tokom, vseeno pa bo začetni navor motorja s serijskim vzbujanjem, če so vse ostale enake, bistveno večji začetni navor isti motor z neodvisnim ali vzporednim vzbujanjem.
Odvisnosti n in M od moči P2 na gredi elektromotorja (sl. 4, c), kot izhaja iz zgoraj obravnavanih določb, so nelinearne, odvisnosti P1, Iа in η od P2 imajo enako obliko kot za motorji z vzporednim vzbujanjem.
Električni motor DC z mešanim navdušenjem
V tem elektromotorju (slika 5, a) magnetni tok Ф nastane kot posledica kombiniranega delovanja dveh vzbujevalnih navitij - vzporednih (ali neodvisnih) in serijskih, skozi katere potekajo vzbujevalni tokovi Iв1 in Iв2 = Iя
zato
kjer je Fposl magnetni pretok serijskega navitja, odvisen od toka Iya, Fpar je magnetni pretok vzporednega navitja, ki ni odvisen od obremenitve (določen z vzbujalnim tokom Ib1).
Mehanske značilnosti elektromotorja z mešanim vzbujanjem (slika 5, b) se nahajajo med značilnostmi motorjev z vzporednim (ravna črta 1) in zaporedno (krivulja 2) vzbujanjem. Odvisno od razmerja magnetomotornih sil vzporednega in serijskega navitja v nominalnem načinu je mogoče značilnosti motorja z mešanim vzbujanjem približati karakteristiki 1 (krivulja 3 pri nizkih ppm serijskega navitja) ali karakteristiki 2 (krivulja 4 pri nizkem ppm).
riž. 5. Shematski prikaz elektromotorja z mešanim vzbujanjem (a) in njegove mehanske značilnosti (b)
Prednost motorja DC z mešanim vzbujanjem je, da ima mehko mehansko karakteristiko in lahko deluje v prostem teku, ko je Fseq = 0. V tem načinu je frekvenca vrtenja njegove armature določena z magnetnim tokom Fpar in ima omejeno vrednost (motor se ne vrti).