Двигатели параллельного возбуждения. Регулирование скорости посредством изменения напряжения якоря


§ 138. ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

На рис. 318 представлена схема двигателя с параллельным возбуждением и включенным в цепь якоря пусковым реостатом. Так как обмотка возбуждения включена параллельно в сеть, то при постоянном сопротивлении цепи возбуждения и напряжении сети магнитный поток Ф двигателя должен быть постоянным.

Электродвигатель может быть быстро остановлен, используя обычные механические тормоза или электрические тормоза. С механическими тормозами невозможно обеспечить плавный останов, а также накладки, рычаги и механическое расположение. Это также зависит от мастерства оператора.

В отличие от этого электрического торможения легко, надежно, что приносит мотор отдыхать очень быстро. Несмотря на то, что двигатель приводится в движение электрически, для поддержания своего состояния необходимо механический тормоз. Давайте рассмотрим эти методы применительно к шунтирующему и серийному двигателю.

Из формулы

видно, что величина противо-э. д. с. двигателя уменьшается с уве­личением тока якоря, отчего скорость двигателя также умень­шается.

Однако, как уже говорилось ранее, величина падения напря­жения в якорной обмотке I а r а очень мала в сравнении с напря­жением U. Поэтому с уве­личением нагрузочного то­ка скорость вращения дви­гателя снижается незначи­тельно.

Двигатель постоянного тока параллельного возбуждения

Вся кинетическая энергия движущейся массы преобразуется в электрическую энергию, которая рассеивается при соединении переменного сопротивления. Недостатками этого метода является то, что в случае отказа электропитания этот метод неэффективен. Это включает в себя реверсирование якорных соединений двигателя. Мы видели, что если направление тока через арматуру или поле меняется на противоположное. При подключении двигатель подвергается обратному направлению вращения. В этом методе двигатель пытается ускориться в другом направлении, после отдыха.

Отсюда характерным свойством двигателя с па­раллельным возбуждением является почти постоянная скорость вращения при из­менении нагрузки на его валу. Обычно скорости у двигателей этого типа при достижении полной нагруз­ки уменьшаются лишь на 3-5%.

Вращающий момент дви­гателя пропорционален произведению тока якоря на величину магнитного потока:

Поэтому некоторое вспомогательное устройство требуется для отключения питания, как только двигатель останавливается. В случае отказа поставки этот метод неэффективен. Этот метод дает больше тормозного момента, что реостатическое торможение. В этом методе вместо отключения от питания он остается подключенным и возвращает энергию торможения на линию. Рассмотрим шунтирующий двигатель, как показано на рисунке 3.

Электрические машины постоянного тока

Ток меняет направление, и питание подается на линию, стремясь предотвратить дальнейшее увеличение скорости. В качестве альтернативы, такой же эффект можно получить за счет увеличения тока поля, когда двигатель быстро замедляется до скорости, соответствующей новому значению тока поля.

Отсюда видно, что мо­мент вращения двигателя с параллельным возбужде­нием пропорционален току якоря:

Следовательно, по ам­перметру, включенному в цепь якоря, можно судить о нагрузке двигателя.

Наибольшая скорость вращения будет у двига теля при холостом ходе, если при этом сопротивление регулировочного реостата пол­ностью выведено. Размыкание цепи возбуждения вызовет умень­шение магнитного потока двигателя до незначительной величины потока остаточного магнетизма. Так как противо-э. д. с. должна быть почти равна напряжению сети, то с уменьшением магнитного потока скорость вращения двигателя резко возрастет и станет опасной для механической прочности двигателя. Поэтому при эксплуатации двигателя необходимо следить за исправным состоя­нием цепи возбуждения.

Этот метод используется при опускании клетки подъемника или понижающего движения электропоезда. Основной принцип отсоединения арматуры от питания остается неизменным. Направление тока через арматуру при торможении. Двигатель работает как генератор. В случае серии двигателей следует следить за тем, чтобы направление тока через поле не менялось.

Основной принцип обратного соединения якоря остается таким же. Ток поля больше, чем ток якоря. Следовательно, регенерационное торможение серийным двигателем невозможно. Но может использоваться с тяговыми двигателями с некоторыми специальными приспособлениями. В генераторах напряжение генератора больше, чем напряжение на клемме, поэтому якорь подает ток на нагрузку. Следовательно, для рекуперативного торможения необходимо, чтобы двигатель работал на генераторе, так что генерируемое напряжение больше, чем напряжение питания, и в то же время его скорость продолжает уменьшаться.

Регулирование скорости вращения двигателя с параллельным возбуждением обычно производится путем изменения магнитного потока с помощью регулировочного реостата в цепи возбуждения. Этот способ регулирования скорости является наиболее экономич­ным. Регулирование скорости у некоторых двигателей лежит в пре­делах от 1,5:1 до 4:1. Цифры показывают отношение максимальной скорости к минимальной. Пределы регулирования ограничиваются в основном ухудшением условий коммутации и механической проч­ностью якоря.

Это возможно, контролируя уровень возбуждения. Тормозная система должна иметь механическую стабильность. Это означает, что в случае, если скорость двигателя увеличивается из-за мощных сил капитального ремонта, тогда тормозная система должна применять все больше и больше тормозного момента для поддержания стабилизации.

Тормозная система должна иметь электрическую устойчивость. Это означает, что эффективность тормозной системы не должна нарушаться из-за колебаний линейного напряжения. Если регенеративная энергия становится больше, чем ее потребность, тогда такая избыточная энергия должна быть потрачена впустую за счет генерирования оборудования станции, иначе регенеративное торможение не будет эффективным.

Изменение направления вращения двигателей с параллельным возбуждением можно производить изменением направления тока в обмотке возбуждения полюсов или изменением направления тока в обмотке якоря. Обычно перемена вращения осуществляется вто­рым способом, так как всякие операции с обмоткой возбуждения опасны для обслуживающего персонала и нежелательны ввиду появления э. д. с. самоиндукции, могущей вызвать пробой изоля­ции обмотки и обгорание контактов.

Упоминается, что серийный двигатель не подходит для рекуперативного торможения, поскольку эти двигатели являются электрически неустойчивыми при использовании для рекуперативного торможения. Учтите, что линейное напряжение увеличивается из-за колебаний при использовании последовательного двигателя для рекуперативного торможения. Следовательно, регенеративный ток уменьшается.

Аналогично, если напряжение линии увеличивается, регенеративный ток становится чрезмерно высоким. Примечание: Поток тока помех через поле серии вызывает электрическую нестабильность для серийных двигателей при использовании для рекуперативного торможения.

Двигатели с параллельным возбуждением применяются в се­тях постоянного тока для привода некоторых станков, механизмов (подвесные электрические дороги, насосы, вентиляторы, ткацкие машины, прокатные станы, шахтные подъемники), требующих постоянной скорости вращения или широкой регулировки скорости.

Министерство науки и образования Российской Федерации

Следовательно, при использовании серийных двигателей для рекуперативного торможения поля должны возбуждаться отдельно и использовать стабилизирующие цепи. На фиг. 6 показана предпочтительная компоновка для серийных двигателей при использовании для рекуперативного торможения.

Основные электрические и магнитные отношения, связанные с электрическими машинами. Классификация магнитного материала, явления насыщения магнитного, гистерезис, потери в электрических и магнитных материалах. Замечания по коммутации и по структурным характеристикам. Основные уравнения для двигателя с отдельным, последовательным и параллельным возбуждением. Механические характеристики и регулирование скорости. Электрические характеристики машин и тепловые проблемы.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Национальный исследовательский

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра Электроснабжения и Электротехники

Двигатель постоянного тока параллельного возбуждения

Отчет по лабораторной работе №9

Однофазный трансформатор, идеальный трансформатор и эквивалентная схема реального трансформатора. Проверка нагрузки и короткого замыкания. Определение параметров эквивалентной схемы. Трансформатор в параллельном соединении. Трехфазный трансформатор. Эквивалентная схема в состоянии устойчивого состояния. Механическая характеристика, регулирование скорости с помощью частотного регулирования. Примечания к однофазному асинхронному двигателю.

Двигатель параллельного возбуждения

Числовые упражнения на трехфазном асинхронном двигателе. Основные замечания по синхронной машине. Изотропная и анизотропная машина. Регулирование возбуждения и реактивной мощности. Регулировка крутящего момента и активной мощности. Фазовая диаграмма синхронного генератора. Концепция синхронного реактивного сопротивления. Регулирование активной и реактивной мощности. Параллельная процедура на главном.

по дисциплине «Общая электротехника и электроника»

Выполнил

Студент СМо-11-1 ________ Дергунов А.С. __________

(подпись) Фамилия И.О. (дата)

Доцент каф. Э и ЭТ ________ Кирюхин Ю.А. __________

(подпись) Фамилия И.О. (дата)

Иркутск 2012

Цель работы 3

Задание 3

Краткие теоретические сведения 3

Оборудование электрической установки 5

Введение в электромеханическое преобразование. Анализ линейной системы в системах вращения и трансляции. Произведенный крутящий момент в нескольких типовых машинах. Боде-диаграмма и запас по фазе. Блок-схемы и соответствующая диаграмма Боде. Трехфазное преобразование. Вращательная трансформация.

Динамическое уравнение асинхронного двигателя. Уравнение в стационарной системе отсчета и вращающаяся система отсчета и уравнение крутящего момента. Привод с открытым контуром для асинхронного двигателя. Примечания по управлению, ориентированным на поле.

Порядок выполнения работы 6

Ответы контрольные вопросы 9

Цель работы

Ознакомиться с устройством и работой двигателя постоянного тока параллельного возбуждения и исследовать его характеристики.

Задание

Ознакомиться с конструкцией и принципом работы двигателя постоянного тока параллельного возбуждения. Ознакомиться со схемой включения двигателя параллельного возбуждения. Ознакомиться с условиями пуска двигателя параллельного возбуждения. Ознакомиться со способами регулирования частоты вращения двигателя. Исследовать двигатель в режиме холостого хода. Построить регулировочную характеристику. Исследовать двигатель при нагрузке. Построить рабочие и механические характеристики.

Динамическая модель для синхронной машины. Уравнения по отношению к ротору опорного кадра. Крутящий момент в нескольких синхронных моторных типологиях. Электромагнитный крутящий момент как взаимодействие между плотностью потока и магнитодвижущей силой. Примечания по синусоидальному бесщеточному и крутящему моменту. Трапециевидный бесщеточный и родственный привод. Замечания о фактической коммутации тока.

Краткие теоретические сведения

Магнитное поле статора создается с использованием либо постоянных магнитов, либо обмотки электрического поля. Любой токопроводящий проводник, расположенный внутри внешнего магнитного поля, испытывает силу. Этот механизм создается мотором в двигателе. Коммутация обычно осуществляется металлическими щетками против контактов.

Краткие теоретические сведения

В двигателе параллельного возбуждения обмотку возбуждения включают параллельно обмотке якоря (см. рис. 1). Величина тока в обмотке возбуждения меньше тока якоряи составляет 2 – 5% от.

Если для генерации магнитного поля статора используется полевая обмотка, в зависимости от того, как эта обмотка подключена, можно получить различные характеристики двигателя. Для эквивалентной схемы параметры задаются. Входная мощность для арматуры определяется.

Потеря мощности якоря определяется. Постоянные магниты или обмотки на поле постоянного тока обеспечивают необходимые магнитные поля для работы двигателя. Постоянные магниты - обеспечивает постоянное и постоянное магнитное поле за счет использования постоянно намагниченных материалов, раздельно возбужденных - отдельные обмотки и источник питания обеспечивают магнитное поле для шунтирующей обмотки двигателя - это параллельно с якорем электродвигателя для обеспечения обмотки серии возбуждения - это последовательно соединено с якорем двигателя для обеспечения обмотки возбуждающего соединения - это гибрид между шунтом и серией, где обмотки возбуждения соединены параллельно и последовательно с арматурой. В электроприводной технике существуют различные типы двигателей в области малых двигателей.

Эксплуатационные свойства двигателей оцениваются рабочими, механическими и регулировочными характеристиками.


Рис. 1

На рис. 8 показаны рабочие характеристики двигателя параллельного возбуждения: зависимость частоты вращения , величины тока якоря, вращающего момента

, коэффициента полезного действияи потребляемой из сети мощностиот полезной мощностипри неизменных напряжениии токе возбуждения.

Регулирование скорости сопротивлением в цепи якоря, искусственные механическая и скоростная характеристики

Следующие замечания относятся к этим типам с мощностью до 750 Вт. Полевое управление Основные характеристики электродвигателей зависят от метода, используемого для подзарядки их обмоток. Различают двигатели с автономным управлением и внешним управлением. Среди первых - двигатели постоянного тока, в которых циклическое переключение обмотки в роторе «самоконтролируется» через механический коммутатор.

Регулирование скорости посредством изменения напряжения якоря

Электропитание Тип тока, требуемый двигателем, также определяет конструкцию с ее конкретными преимуществами и недостатками. Первое крупное подразделение отличает двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока. Последние также классифицируются в зависимости от количества фаз.

Рис. 2

Механическая характеристика двигателя представляет собой зависимость частоты вращения якоря от момента на валу при неизменных напряжении и сопротивлении цепи возбуждения . Она показывает влияние механической нагрузки на валу двигателя на частоту вращения, что особенно важно знать при выборе и эксплуатации двигателей. Механические характеристики могут быть естественными и искусственными. Характеристика двигателя при номинальных

,

и сопротивлении

называется естественной. Формула для частоты вращения двигателя:

Обмотки в статоре переключаются либо по технологии блочного тока, либо по технологии синусоидального тока. Если поле статора электрически возбуждено, вы можете переключать соответствующую обмотку возбуждения на обмотку якоря параллельно или последовательно или в сочетании с обоими. Другая возможность - подавать обмотку возбуждения собственным источником питания. или использовать постоянные магниты вместо электрически возбужденного поля.

Для однофазных асинхронных двигателей требуется конденсатор для работы. Он также классифицируется как электродвигатель переменного тока. Машины постоянного тока - это электродвигатели, предназначенные для питания постоянного напряжения или генераторов, которые генерируют напряжение постоянного тока. Трехфазные машины в значительной степени заменяли машины постоянного тока на объекты производства, особенно в области технологий автоматизации. Автомобили, они очень распространены из-за низкой стоимости.


Уравнение механической характеристики:


, (1)

где

– частота вращения при идеальном холостом ходе (

);


–изменение частоты вращения, вызванное действием нагрузки.

Так как у двигателей постоянного тока сопротивление обмотки якоря

мало, то с увеличением нагрузки на валу частота вращенияn изменяется незначительно. Характеристики подобного типа называются жесткими.

Если пренебречь размагничивающим действием реакции якоря и принять

, то естественная механическая характеристика двигателя параллельного возбуждения имеет вид прямой, слабо наклонной к оси абсцисс (рис.3, прямая 1).

Если в цепь якоря двигателя ввести пускорегулировочный реостат

, то зависимость

будет определяться выражением




. (2)

Частота вращения при идеальном холостом ходе остается неизменной, а изменение частоты вращения

увели-чивается, и угол наклона механической характеристики к оси абсцисс возрастает (рис. 3, прямая 2). Полученная таким образом механическая характеристика называетсяискусственной .

Принудительное изменение частоты вращения двигателя при постоянном моменте нагрузки на валу называется регулированием. Рис. 3

Регулирование частоты вращения в двигателях параллельного возбуждения возможно двумя способами: изменением магнитного потока и изменением сопротивления в цепи якоря.

Р

егулирование частоты вращения изменением сопротивления в цепи якоря осуществляется при помощи пуско-регулировочного реостата

. При увеличении сопротивления

частота вращения уменьшается по формуле (2). Этот способ неэкономичен, так как сопровождается значительными потерями на нагрев реостата.

Регулирование частоты вращения изменением магнитного потока осуществ-ляется посредством реостата , включен-ного в обмотку возбуждения (см.рис.1). Рис. 10 Рис. 4

При увеличении уменьшается ток в обмотке возбуждения, уменьшается магнитный поток

, что вызывает увеличение частоты вращения.

При малых значениях тока возбуждения, а тем более при обрыве цепи возбуждения (

), то есть при незначительном магнитном потоке

, частота вращения резко увеличивается, что ведет к «разносу» двигателя и к его механическому разрушению. Поэтому очень важно следить за тем, чтобы все электрические соединения в цепи возбуждения были надежны.

Зависимость частоты вращения от тока возбуждения называется регулировочной характеристикой двигателя (см. рис. 4).

Регулирование частоты вращения изменением магнитного потока

очень экономично, но не всегда приемлемо, так как при изменении

значительно меняется жесткость механических характеристик.

Двигатели параллельного возбуждения благодаря линейности и «жесткости» механических характеристик, а также возможности плавного регулирования скорости вращения в широких пределах, получили распространение как в силовом электроприводе (для механизмов и станков), так и в системах автоматического управления.