Egyenáramú elektromos áramkörök és jellemzőik
Tulajdonságok DC motorok főként a gerjesztőtekercs bekapcsolásának módja határozza meg. Ettől függően az elektromos motorokat megkülönböztetik:
1. önállóan gerjesztett: a gerjesztőtekercset külső egyenáramú forrás (gerjesztő vagy egyenirányító) táplálja,
2. párhuzamos gerjesztés: a mező tekercselés az armatúra tekercselésével párhuzamosan csatlakozik,
3. soros gerjesztés: a gerjesztő tekercs sorba van kötve az armatúra tekercseléssel,
4. vegyes gerjesztéssel: két mezőtekercs van, az egyik az armatúra tekercselésével párhuzamosan, a másik pedig azzal sorba van kötve.
Ezeknek az elektromos motoroknak ugyanaz az eszköze, és csak a gerjesztőtekercs felépítésében különböznek. Ezeknek a villanymotoroknak a gerjesztő tekercselése ugyanúgy történik, mint a ben megfelelő generátorok.
Független gerjesztésű egyenáramú villanymotor
Ebben az elektromos motorban (ábra.1, a) az armatúra tekercs a fő egyenáramforráshoz (egyenáramú hálózat, generátor vagy egyenirányító) U feszültséggel, a gerjesztő tekercs pedig egy UB feszültségű segédforráshoz csatlakozik. A gerjesztő tekercs áramkörében egy Rp szabályozó reosztát, az armatúra tekercs áramkörében pedig egy Rn indítóreosztát található.
A szabályozó reosztát a motor armatúra fordulatszámának szabályozására szolgál, az indító reosztát pedig az armatúra tekercsben lévő áram korlátozására indításkor. A villanymotor jellegzetessége, hogy Iv gerjesztési árama nem függ az armatúra tekercsében lévő Ii áramtól (terhelési áram). Ezért az armatúra reakció demagnetizáló hatását figyelmen kívül hagyva megközelítőleg feltételezhetjük, hogy az F motor fluxusa független a terheléstől. Az M elektromágneses momentum és az n sebesség függése az I áramtól lineáris lesz (2. ábra, a). Ezért a motor mechanikai jellemzői is lineárisak lesznek - az n (M) függés (2. ábra, b).
Rn ellenállású reosztát hiányában az armatúrakörben a sebesség és a mechanikai jellemzők merevek lesznek, azaz kis dőlésszöggel a vízszintes tengelyhez képest, mivel az IяΣRя feszültségesés a gép tekercseiben szerepel az armatúra áramkör névleges terhelésnél csak 3-5% Unom. Ezeket a jellemzőket (a 2. ábrán 1-es egyenesek, a és b) természetesnek nevezzük. Ha az armatúrakörbe Rn ellenállású reosztátot építünk be, ezeknek a jellemzőknek a dőlésszöge megnő, aminek eredményeként a 2-es, 3-as és 4-es reosztát-karakterisztikák családja kapható, amelyek különböző értékeknek felelnek meg. Rn1, Rn2 és Rn3.
Rizs. 1.Független (a) és párhuzamos (b) gerjesztésű egyenáramú motorok sematikus diagramjai
Rizs. 2. Független és párhuzamos gerjesztésű egyenáramú villanymotorok jellemzői: a — fordulatszám és nyomaték, b — mechanikus, c — működő Minél nagyobb az ellenállás Rn, annál nagyobb a dőlésszöge a reosztát jellemzőjének, azaz puhább.
Az Rpv szabályozó reosztát lehetővé teszi a motor Iv gerjesztési áramának és annak F mágneses fluxusának megváltoztatását. Ebben az esetben az n forgási frekvencia is megváltozik.
A gerjesztőtekercs áramkörébe nem szerelnek be kapcsolókat és biztosítékokat, mert ennek az áramkörnek a megszakítása esetén a villanymotor mágneses fluxusa erősen lecsökken (csak a maradék mágnesesség fluxusa marad benne) és vészüzemmód lép fel. a motor alapjárati fordulatszámon vagy enyhe tengelyterheléssel jár, majd a fordulatszám meredeken megnő (a motor mozog). Ebben az esetben az Iya armatúra tekercsben lévő áram jelentősen megnő, és átfogó tűz keletkezhet. Ennek elkerülése érdekében a védelemnek le kell választania az elektromos motort az áramforrásról.
A gerjesztőtekercs áramkörének megszakítása esetén a forgási sebesség meredek növekedése azzal magyarázható, hogy ebben az esetben a Ф mágneses fluxus (a maradék mágnesességből származó Fost fluxus értékéig) és e. stb. v. E és a jelenlegi Iya növekszik. És mivel az alkalmazott U feszültség változatlan marad, az n forgási frekvencia e-re nő. stb. c) E nem éri el az U-val megközelítőleg egyenlő értéket (ami szükséges az armatúra áramkör egyensúlyi állapotához, ahol E = U — IяΣRя.
Ha a tengelyterhelés közel van a névlegeshez, akkor a gerjesztőkör megszakadása esetén a villanymotor leáll, mert csökken az elektromágneses nyomaték, amelyet a motor a mágneses fluxus jelentős csökkenésével tud kialakítani, és kisebb lesz a nyomatéknál. a tengely terhelésétől. Ebben az esetben az áram Iya is meredeken növekszik, és a gépet le kell választani az áramforrásról.
Meg kell jegyezni, hogy az n0 forgási sebesség ideális alapjárati fordulatszámnak felel meg, amikor a motor nem fogyaszt elektromos energiát a hálózatból, és az elektromágneses nyomatéka nulla. Valós körülmények között, alapjárati üzemmódban a motor felveszi a hálózatból az I0 alapjárati áramot, amely a belső teljesítményveszteségek kompenzálásához szükséges, és egy bizonyos M0 nyomatékot fejleszt ki, amely a gépben lévő súrlódási erők leküzdéséhez szükséges. Ezért a valóságban az üresjárati fordulatszám kisebb, mint n0.
Az n forgási sebesség és az M elektromágneses nyomaték függése a P2 teljesítménytől (2. ábra, c) a motor tengelyétől, amint az a vizsgált összefüggésekből következik, lineáris. Az armatúra Iya tekercsáramának és a P1 teljesítménynek a P2-től való függése is gyakorlatilag lineáris. Az I áram és a P1 teljesítmény P2 = 0 esetén az üresjárati I0 áramot és az üresjáratban fogyasztott P0 teljesítményt jelenti. A hatásfok görbe minden elektromos gépre jellemző.
Villanymotor egyenáramú párhuzamos gerjesztése
Ebben a villanymotorban (lásd 1. ábra, b) a gerjesztő tekercsek és az armatúrák ugyanabból az U feszültségű elektromos energiaforrásból táplálkoznak. A gerjesztő tekercs áramkörében egy Rpv szabályozóreosztát és egy Rp indítóreosztát található. szerepel a horgony tekercselési áramkörében.
A szóban forgó villanymotorban lényegében az armatúra és a gerjesztőtekercs áramköreinek külön betáplálása van, aminek következtében az Iv gerjesztőáram nem függ az armatúra Iv tekercsáramától. Ezért a párhuzamos gerjesztő motor ugyanazokkal a jellemzőkkel rendelkezik, mint a független gerjesztő motor. A párhuzamos gerjesztő motor azonban csak akkor működik normálisan, ha állandó feszültségű egyenáramú forrás táplálja.
Ha az elektromos motort eltérő feszültségű forrás (generátor vagy vezérelt egyenirányító) táplálja, az U tápfeszültség csökkenése az Ic gerjesztőáram és a Ф mágneses fluxus megfelelő csökkenését okozza, ami az armatúra növekedéséhez vezet. kanyargós áram Iya. Ez korlátozza az armatúra fordulatszámának az U tápfeszültség változtatásával történő beállításának lehetőségét. Ezért a generátorral vagy vezérelt egyenirányítóval való meghajtásra tervezett villanymotoroknak független gerjesztéssel kell rendelkezniük.
Villanymotor egyenáramú soros gerjesztése
Az indítóáram korlátozására az Rp indítóreosztátot (3. ábra, a) beépítjük az armatúra tekercs áramkörébe (3. ábra, a) és a forgási sebességet a gerjesztőtekerccsel párhuzamosan szabályozzuk a reosztát beállításával. Rpv beletehető.
Rizs. 3. Soros gerjesztésű egyenáramú motor vázlata (a) és mágneses fluxusának Ф függése az armatúra tekercsben lévő I áramtól (b)
Rizs. 4. A szekvenciális gerjesztésű egyenáramú motor jellemzői: a — nagy fordulatszám és nyomaték, b — mechanikus, c — dolgozók.
Ennek a villanymotornak az a jellemzője, hogy az Iv gerjesztési árama egyenlő vagy arányos (amikor az Rpv reosztát be van kapcsolva) az Iya armatúra tekercs áramával, ezért az F mágneses fluxus a motor terhelésétől függ (3. ábra). b) .
Ha az armatúra tekercselési árama Iya kisebb, mint (0,8-0,9) az Inom névleges áramerősségnél, a gép mágneses rendszere nem telített, és feltételezhető, hogy a Ф mágneses fluxus az Iia árammal egyenes arányban változik. Ezért az elektromos motor fordulatszáma lágy lesz - az I áram növekedésével az n forgási sebesség meredeken csökken (4. ábra, a). Az n forgási sebesség csökkenése az IjaΣRja feszültségesés növekedésének köszönhető. az Rα belső ellenállásban. armatúra tekercselési áramkörök, valamint az F mágneses fluxus növekedése miatt.
Az M elektromágneses nyomaték az Ija áram növekedésével meredeken növekszik, mert ebben az esetben a Ф mágneses fluxus is növekszik, vagyis az M nyomaték arányos lesz az Ija árammal. Ezért amikor az áram Iya kisebb, mint (0,8 N-0,9) Inom, a sebességkarakterisztika hiperbola alakú, a nyomatéki karakterisztika pedig parabola alakú.
Az Ia> Ia áramoknál M és n Ia-tól való függése lineáris, mivel ebben az üzemmódban a mágneses kör telített lesz, és a Ф mágneses fluxus nem változik az Ia áram változásával.
A mechanikai karakterisztikát, vagyis n függését M-től (4. ábra, b) n és M Iya-tól való függése alapján lehet megszerkeszteni. Az 1. természetes karakterisztika mellett a 2., 3. és 4. reosztátkarakterisztikából álló család is elérhető, ha az armatúra tekercskörébe egy Rp ellenállású reosztátot helyezünk be.Ezek a jellemzők az Rn1, Rn2 és Rn3 különböző értékeinek felelnek meg, míg minél nagyobb az Rn, annál alacsonyabb a karakterisztikája.
A vizsgált motor mechanikai jellemzője lágy és hiperbolikus. Alacsony terhelésnél a Ф mágneses fluxus jelentősen csökken, az n forgási sebesség meredeken növekszik, és meghaladhatja a maximálisan megengedett értéket (a motor vadul jár). Ezért az ilyen motorok nem használhatók alapjárati üzemmódban és alacsony terhelés mellett működő mechanizmusok (különféle gépek, szállítószalagok stb.) meghajtására.
Általában a nagy és közepes teljesítményű motorok megengedett legkisebb terhelése (0,2… 0,25) Inom. A motor terhelés nélküli működésének megakadályozása érdekében szilárdan csatlakozik a meghajtó mechanizmushoz (fogazott vagy vaktengelykapcsoló); szíjhajtás vagy súrlódó tengelykapcsoló használata elfogadhatatlan.
E hátrány ellenére a szekvenciális gerjesztésű motorokat széles körben használják, különösen akkor, ha nagy különbségek vannak a terhelési nyomatékban és a súlyos indítási körülmények között: minden vontatási hajtásban (villamos mozdonyok, dízelmozdonyok, elektromos vonatok, elektromos autók, elektromos targoncák stb.), valamint emelőszerkezetek (daruk, felvonók stb.) hajtásaiban.
Ez azzal magyarázható, hogy lágy karakterisztikával a terhelési nyomaték növekedése kisebb áram- és teljesítménynövekedéshez vezet, mint a független és párhuzamos gerjesztésű motorok esetében, aminek köszönhetően a soros gerjesztésű motorok jobban ellenállnak a túlterhelésnek.Ezen túlmenően ezek a motorok nagyobb indítónyomatékkal rendelkeznek, mint a párhuzamos és egymástól függetlenül gerjesztett motorok, mivel az armatúra tekercselési áramának növekedésével az indítás során a mágneses fluxus is ennek megfelelően nő.
Ha például feltételezzük, hogy a rövid távú bekapcsolási áram kétszerese lehet a gép névleges üzemi áramának, és figyelmen kívül hagyjuk a telítés, az armatúra reakció és a feszültségesés hatásait a tekercsében, akkor soros gerjesztésű motornál a az indítónyomaték 4-szer nagyobb lesz, mint a névleges (mind az áramban, mind a mágneses fluxusban kétszeresére nő), független és párhuzamos gerjesztésű motorokban pedig csak 2-szer nagyobb.
Valójában a mágneses áramkör telítettsége miatt a mágneses fluxus nem növekszik arányosan az áramerősséggel, de ennek ellenére a soros gerjesztésű motor indítónyomatéka, egyéb feltételek mellett, sokkal nagyobb lesz, mint az indítónyomaték ugyanazon motor független vagy párhuzamos gerjesztéssel.
Az n és M függése a motortengely P2 teljesítményétől (4. ábra, c), amint az a fent tárgyalt helyzetekből következik, nem lineáris, P1, Ith és η függései a P2-től megegyező formájúak. párhuzamos arousal motorokhoz.
Vegyes gerjesztésű egyenáramú villanymotor
Ebben a villanymotorban (5. ábra, a) a Ф mágneses fluxus két párhuzamos (vagy független) és soros gerjesztőtekercs együttes működésének eredményeképpen jön létre, amelyeken keresztül a gerjesztőáramok Iв1 és Iв2 = Iя
ezért
ahol Fposl - a soros tekercs mágneses fluxusa, az Ia áramtól függően, Fpar - a párhuzamos tekercs mágneses fluxusa, amely nem függ a terheléstől (az Ic1 gerjesztőáram határozza meg).
A vegyes gerjesztésű villanymotor mechanikai jellemzője (5. ábra, b) a párhuzamos (1. egyenes) és soros (2. görbe) gerjesztésű motorok karakterisztikája közé esik. A névleges üzemmódban a párhuzamos és soros tekercsek magnetomotoros erőinek arányától függően a vegyes gerjesztésű motor karakterisztikája közelíthető az 1. karakterisztikához (3. görbe a soros tekercs alacsony ppm-jén) vagy a 2. karakterisztika (4. alacsony ppm. v. párhuzamos tekercselés).
Rizs. 5. Vegyes gerjesztésű villanymotor vázlata (a) és mechanikai jellemzői (b)
A vegyes gerjesztésű egyenáramú motor előnye, hogy lágy mechanikai karakterisztikájával alapjáraton tud működni, ha Fposl = 0. Ebben az üzemmódban az armatúra forgási frekvenciáját az Fpar mágneses fluxus határozza meg, és korlátozott. érték (a motor nem jár).