Машины постоянного тока режим работы двигателя

Режимы работы (двигательный, генераторный, торможение) двигателя постоянного тока ДПТ

В двигателях параллельного возбуждения при неизменном то­ке в обмотке возбуждения (I_В = const ) магнитный поток изменяется при нагрузке весьма незначительно, поэтому с некоторым при­ближением можно принять Ф = const . В этом случае электромаг­нитный момент [см. (25.24)] пропорционален току в цепи якоря и механическая характеристика n = f(M) может быть представлена зависимостью n = f(I_a) (рис. 29.8). Если эту характеристику про­должить в обе стороны за пределы осей координат (прямая 1), то можно показать, что электрическая машина в зависимости от ве­личины и знака внешнего момента, действующего на ее вал со стороны связанного с ним механизма, может работать в трех ре­жимах: двигательном, тормозном и генераторном.

При работе двигателя без нагрузки ток в цепи якоря I_a0 не­большой. При этом частота вращения n = n₀ (точка А). Затем с по­явлением на валу двигателя нагрузочного момента, противодейст­вующего вращающему, ток в цепи якоря возрастает, а частота вращения уменьшается. Если увеличить противодействующий момент до значения, при котором якорь двигателя остановится (точка В), то ЭДС E_a = 0 и ток двигателя достигает значения

Если двигатель применяют для привода механизма, на­грузочный момент которого может быть больше вращающегося (например, привод барабана, на который наматывается трос с гру­зом), то при последующем увеличении нагрузочного момента это­го механизма якорь машины вновь начнет вращаться, но теперь уже в другую сторону. Теперь момент, действующий на вал элек­трической машины со стороны нагрузочного механизма, будет вращающим, а электромагнитный момент машины — тормозя­щим, т. е. электрическая машина перейдет в тормозной ре­жим. При работе машины в этом режиме ЭДС якоря действует согласованно с напряжением, т. е.

При использовании машины в тормозном режиме необходимо принять меры для ограничения тока якоря. С этой целью в цепь якоря включают добавочное сопротивление, величина которого обеспечивает получение искусственной характеристики двигателя, пересекающейся с осью абсцисс при токе якоря (штрихо­вая прямая).

Если при работе двигателя в режиме х.х. к его валу приложить момент, направленный в сторону вращения якоря, то частота вра­щения, а следовательно, и ЭДС E_a начнут возрастать. Когда ЭДС E_a = U , машина не будет потреблять тока из сети (точка С) и час­тота вращения якоря достигает значения, называемого погранич­ной частотой вращения n_xx

Рис. 29.8. Режимы работы машины постоянного тока:

1 — с параллельным (независимым) возбуждением;

2 — со смешанным возбуждением;

3 — с последовательным возбуж­дением

При дальнейшем увеличении внешнего момента на валу ма­шины ЭДС E_a станет больше напряжения, а в цепи якоря опять возникает ток, но другого направления. При этом машина перей­дет в генераторный режим: механическая энергия, затрачи­ваемая на вращение якоря, будет преобразовываться в электриче­скую и поступать в сеть.

Перевод машины из двигательного в генераторный режим ис­пользуют для торможения двигателя, так как в генераторном ре­жиме электромагнитный момент является тормозящим (рекупера­тивное торможение).

Источник статьи: http://electrikam.com/rezhimy-raboty-dvigatelnyj-generatornyj-tormozhenie-dvigatelya-postoyannogo-toka-dpt/

Работа машины постоянного тока в режиме двигателя

При работе машины постоянного тока в режиме двигателя обмотка якоря подключается к источнику постоянного тока U_Я.

Вследствие взаимодействия тока протекающего в активных проводниках обмотки якоря с магнитным потоком возбуждения на валу машины возникает момент электромагнитных сил (см.2.16), который при работе машины в режиме двигателя является вращающим моментом

Якорь двигателя начинает вращаться в направлении определяемом направлением вектора вращающегося момента. Для изменения направления вращения следует изменить либо направление тока в якоре (полярность напряжения подведенного к якорю), либо направление магнитного потока возбуждения (полярность напряжения подведенного к обмотке возбуждения).

Двигатели постоянного тока могут включаться (см. рис. 2.13), по схемам с независимым, параллельным), последовательным или смешанным возбуждением. Применяются также двигатели с возбуждением от постоянных магнитов.

Схемы с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением применяются в основном в приводах с нерегулируемой или регулируемой в небольших пределах скоростью вращения. В регулируемых приводах как правило применяются двигатели с независимым возбуждением или с постоянными магнитами.

При вращении якоря в его обмотке индуктируется ЭДС E_Я определяемая выражением (2.13). У двигателя эта ЭДС является противоэлектродвижущей силой и направлена против напряжения, подведенного к якорю.

Напряжение, подведенное к якорю, уравновешивается этой противо — ЭДС и падением напряжения на активном сопротивлении якоря.

(2.21)

Отсюда находим уравнение частотной (скоростной) характеристики двигателя n(I_Я).

(2.22)

Подставляя в (2.22) I_Я из (2.20) получаем уравнение механической характеристики двигателя n(M).

(2.23)

Из уравнения (2.23) следует, что скорость вращения можно регулировать следующими способами

1. Изменением сопротивления цепи якоря. Способ легко реализуется включением реостата последовательно в цепь якоря. Однако этот способ во первых не экономичен, вследствие потерь энергии в реостате, а кроме того снижает жесткость механических характеристик (усиливается зависимость скорости от момента нагрузки). На рис. 2.16 приведены механические характеристики двигателя при отсутствии (R_Р =0) и наличии (R_Р >0) регулировочного сопротивления R_Р в цепи якоря.

Рисунок 2.16 – Механические характеристики двигателя

2. Изменением магнитного потока возбуждения путем изменения напряжения на обмотке возбуждения. Однако при этом регулировочная характеристика является нелинейной, а кроме того при изменении потока возбуждения изменяется вращающий момент на валу двигателя.

3. Изменением напряжения подводимого к якорю. Данный способ является наиболее рациональным, так как обеспечивает регулирование скорости в широких пределах при сохранении практически неизменным вращающего момента и сохранении жесткости механических характеристик.

Способ чаще всего реализуется применением управляемого тиристорного выпрямителя или транзисторного импульсного регулятора напряжения с широтно – импульсной модуляцией.

Двигатель постоянного тока обладает свойством саморегулирования – при изменении нагрузки автоматически устанавливается новое значение скорости, при которой двигатель работает устойчиво. Роль регулятора играет противо – ЭДС в обмотке якоря. В установившемся режиме вращающий электромагнитный момент двигателя равен статическому моменту нагрузки

(М_Е = М_С). Ток, потребляемый двигателем, в соответствии с (2.20), определяется моментом на валу двигателя:

(2.24)

Статический момент нагрузки М_С включает в себя момент нагрузки М_Н и момент потерь холостого хода М₀ , обусловленный трением в подшипниках, трением щеток и потерями в якоре на вихревые токи.

C ростом момента на валу уменьшается (см. 2.23) скорость вращения двигателя n и противо – ЭДС Е, а потребляемый ток будет возрастать, пока при новом значении скорости не восстановится равенство (2.21). При уменьшении момента на валу уменьшится ток I_Я , что, в соответствии с (2.21) приведет (при U_Я = const) к возрастанию Е за счет роста скорости.

Таким образом изменение момента нагрузки приводит к некоторому изменению скорости вращения двигателя, то есть механическая характеристика двигателя n = f(M_Н) является пологопадающей. Для обеспечения стабильной скорости вращения (жесткости механической характеристики) электропривод следует выполнять с системой стабилизации скорости (частоты) вращения.

Дата добавления: 2015-02-10 ; просмотров: 1111 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник статьи: http://helpiks.org/2-50586.html

Работа машины постоянного тока в режиме двигателя

§ 113. РАБОТА МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА В РЕЖИМЕ ДВИГАТЕЛЯ

При включении двигателя постоянного тока в сеть под действие ем приложенного напряжения протекает ток как в обмотке якоря, так и в обмотке возбуждения. Ток возбуждения возбуждает магнитный поток полюсов.

В результате взаимодействия тока в провод­никах обмотки якоря с магнитным полем по­люсов создается вращающий момент и якорь машины приходит во вращение. Таким обра­зом, электрическая энергия, полученная ма­шиной из сети источника энергии, преобразу­ется в энергию механическую.

Механические силы создаются в результаты взаимодействия магнитного поля полюсов с то­ками в проводах обмотки якоря. Проводники обмотки якоря уложены в пазах, т. е. окружены сталью зубцов якоря, и эти силы в основном будут приложены к зубцам, так как магнитная проницаемость стали зубцов во много раз боль­ше магнитной проницаемости немагнитной среды пазов, в которой находятся проводники обмотки якоря. Положим, что генератор параллельного возбуждения работает на сеть большой мощности (рис. 149). Ток нагрузки генератора оп­ределяется следующим выражением:

где I — ток в обмотке якоря,

r_н — сопротивление цепи этой обмотки,

E —э. д. с, индуктируемая в этой же обмотке,

U — напряжение сети.

Направление э. д. с. и тока в активных проводах якоря показа­ло на схеме (рис. 150,а). Машина развивает электромагнитный мо­мент Мэ, являющийся тормозным, т. е. потребляет механическую энергию и вырабатывает энергию электрическую.

Если посредством регулировочного сопротивления понизить ток возбуждения, то уменьшится как магнитный поток, так и э. д. с, индуктируемая в обмотке якоря. Это вызовет уменьшение нагруз­ки генератора. Изменяя сопротивление регулировочного реостата, можно довести ток возбужде­ния до такой величины, при которой э. д. с. в обмотке якоря равна напряжению сети (Е=U)) и ток в якоре равен нулю, т. е. генератор работает вхолостую.

Если ток возбуждения ока­жется меньше тока, соответст­вующего холостой работе гене­ратора, то э. д. с. обмотки яко­ря будет меньше напряжения сети, и ток в якоре изменит на­правление на обратное (рис. 150, б).

При изменении направления I тока в проводниках обмотки якоря также изменится направление электромагнитного момента Мэ, развиваемого машиной, т. е. момент станет вращающим. Таким образом, машина, потребляя электрическую энергию, вырабатыва­ет энергию механическую, т. е. работает двигателем.

Если отключить первичный двигатель, то якорь машины будет продолжать вращаться под действием развиваемого электромаг­нитного момента Мэ.

При вращении якоря в проводниках его обмотки индуктирует­ся э. д. с, направление которой противоположно направлению тока. Поэтому ее называют противо-э. д. с. или обратной э. д. с. Противо-э. д. с. играет роль регулятора потребляемой мощности, т. е. изменение потребляемого тока происходит вследствие из­менения противо-э. д. с. Противо-э. д. с. равна:

Вращающий момент, развиваемый двигателем,

Приложенное напряжение уравновешено противо-э. д. с. и па­дением напряжения в сопротивлении обмотки якоря и щеточных Контактов. Поэтому для двигателя уравнение равновесия э. д. с. примет следующий вид:

где Е — составляющая приложенного напряжения, которая уравн0ч вешивает противо-э. д. с, т. е. величина, обратная противо. э. д. с. Ток в обмотке якоря

определяется следующим выражением

Число оборотов якоря двигателя

Условием установившегося режима работы двигателя является равенство моментов вращающего и тормозного. Если вращающий момент, развиваемый двигателем Мэ, уравновешен тормозным моментом на валу Мт, то скорость вращения якоря остается постоян­ной. При нарушении равновесия моментов появляется дополнитель­ный момент, создающий положительное или отрицательное уско­рение вращения якоря.

Если увеличить нагрузку (тормозной момент на валу двигателя Мт),то равновесие моментов нарушится (МЭ Мэ), скорость вращения уменьшается непрерывно до остановки двига­теля. Такие случаи могут возникать при больших тормозных мо­ментах на валу и значительных понижениях напряжения сети.

При уменьшении нагрузки на валу двигателя (МЭ>Мт) ско­рость вращения якоря начнет увеличиваться, что вызывает увели­чение противо-э. д. с. в его обмотке. Ток в обмотке якоря начнет уменьшаться, уменьшая вращающий момент двигателя. Измене­ние скорости, противо-э. д. с. и тока в якоре будет протекать так­же до восстановления равновесия моментов (Мэ=Мт).

Однако в двигателях постоянного тока сравнительно часто создаются условия, при которых равновесие моментов не восстана­вливается при любом изменении скорости, так что вращающий мо­мент всегда остается больше тормозного момента на валу двига­теля (МЭ>Мт). В таких случаях скорость вращения якоря непре­рывно увеличивается, теоретически стремясь к бесконечности. Практически при значительном превышении номинальной скорости машина разрушается — разрываются бандажи, скрепляющие ло­бовые соединения обмотки, проводники обмотки выходят из пазов и т. д. Такой аварийный режим называется разносом двигателя.

Направление вращения якоря двигателя зависит от полярности полюсов и от направления тока в проводниках обмотки якоря.

Таким образом, для реверсирования двигателя, т. е. для изменения подавления вращения якоря, нужно либо изменить полярность ролюсов, переключив обмотку возбуждения, либо изменить направ­ление тока в обмотке якоря.

Обмотка возбуждения обладает значительной индуктивностью, переключение ее нежелательно. Поэтому реверсирование двигателей постоянного тока обычно заключается в переключении об­мотки якоря.

Источник статьи: http://servomotors.ru/documentation/electrical_engineering/1/10_113.html