Tasavirtasähköpiirit ja niiden ominaisuudet

Ominaisuudet DC moottorit määräytyy pääasiassa sen mukaan, miten virityskela on kytketty päälle. Tästä riippuen sähkömoottorit erotetaan:

1. itsenäisesti viritetty: virityskela saa virtansa ulkoisesta tasavirtalähteestä (viritin tai tasasuuntaaja),

2. Rinnakkaisherätys: kenttäkäämi on kytketty rinnan ankkurikäämin kanssa,

3. Sarjaviritys: herätekäämi on kytketty sarjaan ankkurikäämin kanssa,

4. sekoitettu heräte: kenttäkäämityksiä on kaksi, joista toinen on kytketty rinnan ankkurikäämin kanssa ja toinen sarjaan sen kanssa.

Kaikilla näillä sähkömoottoreilla on sama laite ja ne eroavat vain virityskelan rakenteesta. Näiden sähkömoottoreiden herätekäämit suoritetaan samalla tavalla kuin vastaavat generaattorit.

Itsenäisesti viritetty DC-sähkömoottori

Tässä sähkömoottorissa (kuva.1, a) ankkurikäämi on kytketty päätasavirtalähteeseen (tasavirtaverkko, generaattori tai tasasuuntaaja) jännitteellä U, ja herätekäämi on kytketty apulähteeseen, jossa on jännite UB. Virityskäämin piirissä on säätöreostaatti Rp ja ankkurikäämin piirissä käynnistysreostaatti Rn.

Säätöreostaattia käytetään säätelemään moottorin ankkurinopeutta ja käynnistysreostaatilla rajoittamaan ankkurikäämin virtaa käynnistettäessä. Sähkömoottorille on ominaista, että sen viritysvirta Iv ei riipu ankkurikäämin virrasta Ii (kuormitusvirta). Siksi ankkurireaktion demagnetoivan vaikutuksen huomioimatta voidaan likimäärin olettaa, että moottorin vuo F on riippumaton kuormasta. Sähkömagneettisen momentin M ja nopeuden n riippuvuudet virrasta I ovat lineaarisia (kuva 2, a). Siksi myös moottorin mekaaniset ominaisuudet ovat lineaariset — riippuvuus n (M) (Kuva 2, b).

Jos ankkuripiirissä ei ole reostaattia, jonka resistanssi on Rn, nopeus ja mekaaniset ominaisuudet ovat jäykkiä, toisin sanoen pienellä kaltevuuskulmalla vaaka-akseliin nähden, koska jännitehäviö IяΣRя koneen käämeissä sisältyy ankkuripiiri nimelliskuormalla on vain 3-5 % Unomista. Näitä ominaisuuksia (suorat viivat 1 kuvassa 2, a ja b) kutsutaan luonnollisiksi. Kun ankkuripiiriin sisällytetään reostaatti, jonka resistanssi on Rn, näiden ominaisuuksien kaltevuuskulma kasvaa, minkä seurauksena voidaan saada reostaattiominaisuuksien 2, 3 ja 4 perhe, joka vastaa eri arvoja. Rn1, Rn2 ja Rn3.

Riisi. 1.Kaaviokaaviot tasavirtamoottoreista riippumattomilla (a) ja rinnakkaisilla (b) heräteillä

Riisi. 2. Tasavirtasähkömoottorien ominaisuudet riippumattomalla ja rinnakkaisella virityksellä: a — nopeus ja vääntömomentti, b — mekaaninen, c — toiminta Mitä suurempi vastus Rn, sitä suurempi on reostaatin ominaiskäyrän kaltevuuskulma, eli se on pehmeämpi.

Säätöreostaatti Rpv mahdollistaa moottorin herätevirran Iv ja sen magneettivuon F muuttamisen. Tällöin myös pyörimistaajuus n muuttuu.

Herätyskelan piiriin ei asenneta kytkimiä ja sulakkeita, koska kun tämä piiri katkeaa, sähkömoottorin magneettivuo pienenee jyrkästi (sisään jää vain jäännösmagnetismin vuo) ja syntyy hätätila. moottori käy joutokäynnillä tai kevyellä kuormituksella akselille, sitten nopeus kasvaa jyrkästi (moottori liikkuu). Tässä tapauksessa ankkurikäämin Iya virta kasvaa merkittävästi ja voi tapahtua kattava tulipalo. Tämän välttämiseksi suojan on irrotettava sähkömoottori virtalähteestä.

Pyörimisnopeuden jyrkkä nousu, kun virityskelan piiri katkeaa, selittyy sillä, että tässä tapauksessa magneettivuo Ф (jäännösmagnetismista Fost-vuon arvoon asti) ja e. jne. v. E ja nykyinen Iya kasvaa. Ja koska käytetty jännite U pysyy muuttumattomana, pyörimistaajuus n kasvaa arvoon e. jne. c. E ei saavuta arvoa, joka on suunnilleen yhtä suuri kuin U (joka on välttämätön ankkuripiirin tasapainotilalle, missä E = U — IяΣRя.

Kun akselin kuorma on lähellä nimellisarvoa, sähkömoottori pysähtyy virityspiirin katketessa, koska sähkömagneettinen momentti, jonka moottori voi kehittää magneettivuon merkittävällä pienenemisellä, pienenee ja tulee pienemmäksi kuin vääntömomentti. akselin kuormituksesta. Tässä tapauksessa myös virta Iya kasvaa jyrkästi ja kone on irrotettava virtalähteestä.

On huomattava, että pyörimisnopeus n0 vastaa ihanteellista joutokäyntinopeutta, kun moottori ei kuluta sähköä verkosta ja sen sähkömagneettinen momentti on nolla. Todellisissa olosuhteissa, joutokäyntitilassa, moottori kuluttaa verkosta tyhjäkäyntivirran I0, joka on tarpeen sisäisten tehohäviöiden kompensoimiseksi, ja kehittää tietyn vääntömomentin M0, joka on tarpeen koneen kitkavoimien voittamiseksi. Siksi todellisuudessa tyhjäkäyntinopeus on pienempi kuin n0.

Pyörimisnopeuden n ja sähkömagneettisen momentin M riippuvuus tehosta P2 (kuva 2, c) moottorin akselilta, kuten tarkasteluista suhteista seuraa, on lineaarinen. Myös ankkurikäämin virran Iya ja tehon P1 riippuvuudet P2:sta ovat käytännössä lineaarisia. Virta I ja teho P1 kohdassa P2 = 0 edustavat tyhjäkäynnillä kulutettua tyhjäkäyntivirtaa I0 ja tehoa P0. Hyötysuhdekäyrä on tyypillinen kaikille sähkökoneille.

Sähkömoottorin tasavirta-rinnakkaisherätys

Tässä sähkömoottorissa (katso kuva 1, b) virityskäämit ja ankkurit syötetään samasta sähköenergian lähteestä jännitteellä U. Säätöreostaatti Rpv sisältyy virityskäämin piiriin ja käynnistysreostaatti Rp sisältyy ankkurin käämityspiiriin.

Tarkasteltavana olevassa sähkömoottorissa on olennaisesti erillinen ankkuri- ja herätekäämipiirien syöttö, minkä seurauksena herätevirta Iv ei riipu ankkurikäämin virrasta Iv. Siksi rinnakkaisviritysmoottorilla on samat ominaisuudet kuin itsenäisellä viritysmoottorilla. Rinnakkaisherätysmoottori toimii kuitenkin normaalisti vain, kun se saa virtansa vakiojännitteisestä tasavirtalähteestä.

Kun sähkömoottori saa virtansa lähteestä, jolla on eri jännite (generaattori tai ohjattu tasasuuntaaja), syöttöjännitteen U lasku aiheuttaa vastaavasti herätevirran Ic ja magneettivuon Ф pienenemisen, mikä johtaa ankkurin kasvuun. käämivirta Iya. Tämä rajoittaa mahdollisuutta säätää ankkurin nopeutta muuttamalla syöttöjännitettä U. Siksi generaattorilla tai ohjatulla tasasuuntaajalla toimiviksi suunniteltujen sähkömoottoreiden tulee olla riippumattomia.

Sähkömoottorin tasavirta-sarjaherätys

Käynnistysvirran rajoittamiseksi käynnistysreostaatti Rp (kuva 3, a) on sisällytetty ankkurikäämin piiriin (kuva 3, a) ja pyörimisnopeuden säätämiseksi rinnan virityskäämin kanssa säätämällä reostaattia Rpv voidaan sisällyttää.

Riisi. 3. Kaavio DC-moottorista sarjavirityksellä (a) ja sen magneettivuon Ф riippuvuudesta ankkurikäämin (b) virrasta I.

Riisi. 4. Jaksottaisella virityksellä varustetun tasavirtamoottorin ominaisuudet: a — suuri nopeus ja vääntömomentti, b — mekaaninen, c — työntekijät.

Tälle sähkömoottorille on ominaista, että sen viritysvirta Iv on yhtä suuri tai verrannollinen (kun reostaatti Rpv on päällä) ankkurikäämin Iya virtaan, joten magneettivuo F riippuu moottorin kuormituksesta (kuva 3, b) .

Kun ankkurikäämin virta Iya on pienempi kuin (0,8-0,9) nimellisvirrasta Inom, koneen magneettijärjestelmä ei ole kyllästynyt ja voidaan olettaa, että magneettivuo Ф muuttuu suoraan suhteessa virtaan Iia. Siksi sähkömoottorin nopeusominaisuus on pehmeä - virran I kasvaessa pyörimisnopeus n laskee jyrkästi (kuva 4, a). Pyörimisnopeuden n lasku johtuu jännitehäviön IjaΣRja kasvusta. sisäisessä resistanssissa Rα. ankkurikäämityspiireistä sekä magneettivuon F lisääntymisestä.

Sähkömagneettinen momentti M virran Ija kasvaessa kasvaa jyrkästi, koska tässä tapauksessa myös magneettivuo Ф kasvaa, eli hetki M on verrannollinen virtaan Ija. Siksi, kun virta Iya on pienempi kuin (0,8 N-0,9) Inom, nopeuskäyrä on hyperabelin muotoinen ja momenttikäyrä on paraabelin muotoinen.

Virroilla Ia> Ia M:n ja n:n riippuvuudet Ia:sta ovat lineaarisia, koska tässä tilassa magneettipiiri kyllästyy ja magneettivuo Ф ei muutu virran Ia muuttuessa.

Mekaaninen ominaisuus, eli n:n riippuvuus M:stä (kuva 4, b), voidaan muodostaa n:n ja M:n riippuvuuksien perusteella Iyasta. Luonnollisen ominaiskäyrän 1 lisäksi on mahdollista saada joukko reostaattiominaisuuksia 2, 3 ja 4. sisällyttämällä ankkurikäämityspiiriin reostaatti, jonka resistanssi on Rp.Nämä ominaisuudet vastaavat erilaisia ​​Rn1:n, Rn2:n ja Rn3:n arvoja, kun taas mitä suurempi Rn, sitä pienempi ominaisuus.

Tarkastelun moottorin mekaaninen ominaisuus on pehmeä ja hyperbolinen. Pienillä kuormilla magneettivuo Ф pienenee merkittävästi, pyörimisnopeus n kasvaa jyrkästi ja voi ylittää suurimman sallitun arvon (moottori käy villi). Siksi tällaisia ​​moottoreita ei voida käyttää sellaisten mekanismien ohjaamiseen, jotka toimivat joutokäynnillä ja alhaisella kuormituksella (erilaiset koneet, kuljettimet jne.).

Suurin ja keskitehoisten moottoreiden suurin sallittu kuorma on yleensä (0,2… 0,25) Inom. Jotta moottori ei käy ilman kuormitusta, se on kytketty tiukasti käyttömekanismiin (hammas- tai sokeakytkin); hihnakäytön tai kitkakytkimen käyttöä ei voida hyväksyä.

Tästä haitasta huolimatta moottoreita, joissa on peräkkäinen heräte, käytetään laajalti, varsinkin kun kuormitusmomentissa on suuria eroja ja vaikeita käynnistysolosuhteita: kaikissa vetokäytöissä (sähköveturit, dieselveturit, sähköjunat, sähköautot, sähkötrukit jne. ), sekä nostomekanismien käyttöjärjestelmissä (nosturit, hissit jne.).

Tämä selittyy sillä, että pehmeällä ominaisuudella kuormitusmomentin kasvu johtaa pienempään virran- ja tehonkulutuksen lisäykseen kuin itsenäisesti ja rinnakkain viritetyissä moottoreissa, minkä vuoksi sarjaviritetyt moottorit kestävät paremmin ylikuormitusta.Lisäksi näillä moottoreilla on suurempi käynnistysmomentti kuin rinnakkais- ja itsenäisesti viritetyillä moottoreilla, koska ankkurin käämivirran kasvaessa käynnistyksen aikana myös magneettivuo kasvaa vastaavasti.

Jos oletetaan esimerkiksi, että lyhytaikainen käynnistysvirta voi olla 2 kertaa koneen nimelliskäyttövirta ja jättää huomiotta sen käämityksen kyllästymisen, ankkurireaktion ja jännitehäviön vaikutukset, niin sarjaviritetyssä moottorissa käynnistysmomentti on 4 kertaa suurempi kuin nimellinen (sekä virrassa että magneettivuossa se kasvaa 2 kertaa) ja moottoreissa, joissa on riippumaton ja rinnakkainen heräte - vain 2 kertaa enemmän.

Itse asiassa magneettipiirin kyllästymisestä johtuen magneettivuo ei kasva suhteessa virtaan, mutta siitä huolimatta sarjaherätetyn moottorin käynnistysmomentti on muiden asioiden ollessa yhtä suuri kuin käynnistysmomentti. samasta moottorista riippumattomalla tai rinnakkaisella virityksellä.

n:n ja M:n riippuvuudet moottorin akselin tehosta P2 (kuva 4, c), kuten edellä käsitellyistä asennoista seuraa, ovat epälineaarisia, P1:n, Ith:n ja η:n riippuvuudet P2:sta ovat samaa muotoa kuin moottoreille, joissa on rinnakkaisherätys.

Sekaviritys tasavirtasähkömoottori

Tässä sähkömoottorissa (Kuva 5, a) magneettivuo Ф syntyy kahden virityskelan yhteisvaikutuksesta - rinnakkaisesta (tai itsenäisestä) ja sarjasta, joiden läpi herätevirrat Iв1 ja Iв2 = Iя

siksi

missä Fposl — sarjakelan magneettivuo, riippuen virrasta Ia, Fpar — rinnakkaiskäämin magneettivuo, joka ei riipu kuormituksesta (sen määrää herätevirta Ic1).

Sekaheräteisen sähkömoottorin mekaaninen ominaisuus (kuva 5, b) on rinnakkaisen (suora viiva 1) ja sarjaherätyksen (käyrä 2) moottoreiden ominaisuuksien välissä. Riippuen rinnakkais- ja sarjakäämien magnetomotoristen voimien suhteesta nimellistilassa, sekaviritysmoottorin ominaisuudet voidaan approksimoida ominaisuuteen 1 (käyrä 3 sarjakäämin alhaisella ppm:llä) tai ominaisuuteen 2 (käyrä 4 alhainen ppm v. rinnakkaiskäämi).

Riisi. 5. Kaavio sähkömoottorista, jossa on sekoitettu heräte (a) ja sen mekaaniset ominaisuudet (b)

Sekaheräteisen tasavirtamoottorin etuna on, että sillä on pehmeä mekaaninen ominaisuus, ja se voi toimia tyhjäkäynnillä, kun Fposl = 0. Tässä tilassa sen ankkurin pyörimistaajuuden määrää magneettivuo Fpar ja sillä on rajoitettu nopeus. arvo (moottori ei käy).