Генераторы последовательного возбуждения

В генераторах последовательного возбуждения, рис.37, ток возбуждения является одновременно и током якоря и по­этому при постоянной скорости вращения генератор имеет только одну, внешнюю, характеристику. При увеличении тока нагрузки растет магнитный поток и ЭДС генератора. Следовательно, на­пряжение генератора последова­тельного возбуждения сильно изменяется с изменением нагрузки, рис.38, то он не пригоден для питания большинства потребителей и применяется только в некоторых специальных установках.

Генераторы смешанного возбуждения

Генератор смешанного возбуждения имеет на главных полюсах две об­мотки: обмотки параллельного и последовательного возбуждений, рис.39. По­этому и свойства этого генератора совмещают в себе свойства генератора па­раллельного и генератора последовательного возбуждений. Обычно обмотки возбуждения включены согласно друг с другом, т.е. так, что созданные ими магнитные поля имеют одинаковое направление. Главную роль при этом иг­рает обмотка параллельного возбуждения, тогда как последовательная об­мотка имеет целью компенсировать влияние реакции якоря и падение напряжения в цепи якоря при нагрузке. При их полной компенсации увеличение тока обмотки якоря приводит к увеличению тока последовательной об­мотки и усилению магнитного поля в генераторе, что в свою очередь увеличивает ЭДС генератора и напряжение на его зажимах остается неизменным.

На рисунках произведено сопоставление внешних, рис.40 и регулировочных, рис.41, характеристик генера­торов независимого 1, параллельного 2 и смешанного возбуждения с согласным включением обмоток 3.

 Генератор смешанного возбуждения с согласным включение последовательной обмотки возбуждения имеет самую благоприятную внешнюю характеристику. Его напряжение при надлежащем выборе МДС последо­вательной обмотки фактически не изменяется с измене­нием нагрузки.

 

У генератора смешанного возбуждения с встречным включением после­довательной обмотки возбуждения действие последней эквивалентно увели­чению размагничивающего действия реакции якоря. Вследствие этого с уве­личением нагрузки напряжение генератора сильно падает. Поэтому этот тип генераторов применяется редко.

 

 

Глава 4. Двигатели постоянного тока

Общие сведения о двигателях

Двигатели постоянного тока находят широкое применение в промыш­ленных, транспортных и других установках, где требуется широкое и плав­ное регулирование скорости вращения.

По способу возбуждения двигатели постоянного тока делятся анало­гично генераторам на двигатели независимого, параллельного, последова­тельного и смешанного возбуждения. Схемы двигателей и генераторов с данным способом возбуждения одинаковы и отличаются только направле­нием тока в обмотке якоря. По своим свойствам двигатели независимого и параллельного возбуждения почти одинаковы. Однако двигатели независи­мого возбуждения требуют отдельного источника постоянного тока для пита­ния обмотки возбуждения, что не экономично, поэтому в дальнейшем они не рассматриваются.

Рассмотрим энергетический процесс преобразования электрической мощности в механическую, на примере двигателя параллельного возбуждения. Пусть двигатель работает в установившемся режиме при  и напряжении на зажимах двигателя . Если Р ₁ - полная электрическая мощность, подводимая к двигателю из сети, - ток в обмотке якоря и - ток возбуждения, то

.

Часть этой мощности тратится на покрытие электрических потерь в цепи обмотки возбуждения  и в цепи обмотки якоря .  Остальная часть мощности прообразовывается в электромагнитную мощность, , которая, в свою очередь, преобразовывается в полную механическую мощность вращающегося якоря .

Полезная механическая мощность  отдаваемая двигателем, меньше мощности  на величину мощности холостого хода, необходимой для покрытия потерь в стали якоря ,  механических  и добавочных потерь  , то есть

Электромагнитный момент двигателя ,  который является вращающим, уравновешивает тормозные моменты: момент , соответствующий  сумме магнитных, механических и добавочных потерям, покрываемых за счет механической мощности;  - момент нагрузки на валу, создаваемый рабочей машиной или механизмом;  динамический момент, возникающий при изменении скорости вращения якоря. При этом

.

Уравнение моментов на валу двигателя:

Обозначив статический момент сопротивления   получим:

.

При установившемся режиме работы,  поэтому  и              .

Двигатели постоянного тока, также как и двигатели переменного тока, обладают способностью автоматически, без внешнего регулирующего воздействия, приспосабливаться к изменяющимся условиям работы. В этом смысле можно сказать, что электрические двигатели обладают свойством саморегулирования при соблюдении условий их устойчивой работы.

Допустим, что двигатель постоянного тока параллельного возбуждения работает при   и, следовательно,   и нагрузочный момент , развиваемый рабочей машиной, увеличивается. Тогда , возникает  и  начинает уменьшаться. Тогда уменьшается также , а   и  начнут увеличиваться, причем это будет происходить до тех пор, пока не наступит равновесие моментов  и . Подобным образом изменяется также режим, еслинагрузочный момент уменьшится. Аналогичным образом происходит переход к новому режиму при изменении других внешних условий. Из изложенного следует, что поведение двигателя при установившемся режиме работы и переходах к новому режиму работы определяется уравнениями равновесия моментов и напряжения цепи якоря.      

Рабочие свойства двигателей анализируются с помощью скоростной ме­ханической характеристик.

Скоростная характеристика: , при . Урав­нение скоростной характеристики можно получить из основного электриче­ского уравнения двигателя:

Механическая характеристика: , при . . Ее уравнение получим, если в уравнение скорост­ной характеристики, вместо тока якоря, подставим формулу определяющую его через электромагнитный момент двигателя:  ; , тогда

.

Вид скоростной и механической характеристик зависит от того, как с из­менением момента изменяется магнитный поток двигателя и различен для двигателей с различными способами возбуждения.