Как определить напряжение двигателя с независимым возбуждением

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) В этом двигателе (рисунок 1) обмотка возбуждения подключена к отдельному источнику питания. В цепь обмотки возбуждения включен регулировочный реостат r_рег, а в цепь якоря — добавочный (пусковой) реостат R_п. Характерная особенность ДПТ НВ — его ток возбуждения I_в не зависит от тока якоря I_я так как питание обмотки возбуждения независимое.

Схема двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)

Механическая характеристика двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)

Уравнение механической характе­ристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения имеет вид

где: n₀ — частота вращения вала двигателя при холостом ходе. Δn — изменение частоты вращения двигателя под действием механической нагрузки.

Из этого уравнения следует, что механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) прямолинейны и пересекают ось ординат в точке холостого хода n₀ (рис 13.13 а), при этом изменение частоты вращения двигателя Δn, обусловленное изменением его механической нагрузки, пропорционально сопротивлению цепи якоря R_а =∑R + R_доб. Поэтому при наименьшем сопротивлении цепи якоря R_а = ∑R, когда R_доб = 0, соответствует наименьший перепад частоты вращения Δn. При этом механическая характеристика становится жесткой (график 1).

Механические характеристики двигателя, полученные при номинальных значениях напряжения на обмотках якоря и возбуждения и при отсутствии добавочных сопротивлений в цепи якоря, называют естественными рисунок 13.13, а (график 1 Rдоб = 0 ).

Искусственные механические характеристики, полученные введением в цепь якоря добавочного сопротивления R_доб, называют также реостатными (графики 2 и 3).

При оценке регулировочных свойств двигателей постоянного тока наибольшее значение имеют механические характеристики n = f(M). При неизменном моменте нагрузки на валу двигателя с увеличением сопротивления резистора R_доб частота вращения уменьшается. Сопротивления резистора R_доб для получения искусственной механической характеристики, соответствующей требуемой частоте вращения n при заданной нагрузке (обычно номинальной) для двигателей независимого возбуждения:

где U — напряжение питания цепи якоря двигателя, В; I_я — ток якоря, соответствующий заданной нагрузке двигателя, А; n — требуемая частота вращения, об/мин; n₀ — частота вращения холостого хода, об/мин.

Частота вращения холостого хода n₀ представляет собой пограничную частоту вращения, при превышении которой двигатель переходит в генераторный режим. Эта частота вращения превышает номинальную n_ном на столько, на сколько номинальное напряжение U_ном подводимое к цепи якоря, превышает ЭДС якоря Е_{я ном} при номинальной нагрузки двигателя.

На форму механических характеристик двигателя влияет величина основного магнитного потока возбуждения Ф. При уменьшении Ф (при возрастании сопротивления резистора r_peг) увеличивается частота вращения холостого хода двигателя n₀ и перепад частоты вращения Δn. Это приводит к значительному изменению жесткости механической характеристики двигателя (рис. 13.13, б). Если же изменять напряжение на обмотке якоря U (при неизменных R_доб и R_рег), то меняется n₀, a Δn остается неизменным [см. (13.10)]. В итоге механические характеристики смещаются вдоль оси ординат, оставаясь параллельными друг другу (рис. 13.13, в). Это создает наиболее благоприятные условия при регулировании частоты вращения двигателей путем изменения напряжения U, подводимого к цепи якоря. Такой метод регулирования частоты вращения получил наибольшее распространение еще и благодаря разработке и широкому применению регулируемых тиристорных преобразователей напряжения.

Используемая литература: — Кацман М.М. Справочник по электрическим машинам

Источник

Как определить напряжение двигателя с независимым возбуждением

Электродвигатель с независимым возбуждением по своим свойствам вполне подобен двигателю с параллельным возбуждением. Однако вследствие того что обмотки возбуждения и якоря питаются от отдельных источников тока, а не от общей сети, получается возможность экономичного и широкого регулирования скорости изменением величины напряжения на зажимах якоря и безреостатного пуска.

На рис. 4-28 показана одна из возможных схем работы двигателя с независимым возбуждением.

Рис. 4-28. Схема генератор-электродвигатель.

На этой схеме, называемой генератор—двигатель (Г-Д), якорь двигателя 2 присоединяется без пускового реостата к якорю генератора 1, предназначенного для питания этого двигателя. Генератор и двигатель имеют независимое возбуждение, подаваемое от специального генератора 6, называемого возбудителем. Генератор 1 и возбудитель 6 приводятся во вращение, как правило, асинхронным электродвигателем 7.

Частоту вращения двигателя 2 можно изменять, регулируя его ток возбуждения реостатом 3 и изменением напряжения U генератора 1, меняя его ток возбуждения реостатом 5.

Изменяя направление тока возбуждения генератора 1, переключателем 4 можно изменять полярность щеток генератора, а значит, и направление вращения двигателя 2, приводящего во вращение производственный механизм.

Эта схема применяется в шахтных грузоподъемных установках, для привода гребных винтов на судах, на прокатных станах и для привода некоторых металлорежущих станков. Механические характеристики этого агрегата (рис. 4-29) вполне подобны показанной на рис. 4-26. Кривая 1 представляет собой естественную характеристику, которая получилась бы при номинальном напряжении, так как

Рис. 4-29. Механические характеристики приводного двигателя по системе генератор-электродвигатель.

Если уменьшать напряжение генератора то получается семейство характеристик , расположенных ниже характеристики при уменьшении тока возбуждения двигателя характеристики располагаются выше ее. Все эти характеристики параллельны друг другу, почти прямолинейны и остаются жесткими при регулировании, что необходимо в ластности, для привода металлорежущих станков. Пределы регулирования скорости примерно 1 : 20.

Источник

Возбуждение двигателя постоянного тока

Наличие обмотки возбуждения (ОВ) у двигателя постоянного тока позволяет осуществлять различные схемы подключения. В зависимости от того как включена ОВ, различают двигатели с независимым возбуждением, с самовозбуждением, которое делится на последовательное, параллельное и смешанное.

Двигатель с независимым возбуждением

В ДПТ с независимым возбуждением обмотку возбуждения подключают к отдельному источнику питания (рис. 1). Это может быть связано с различными напряжениями возбуждение Uв и напряжения цепи якоря U. При данной схеме подключения ОВ не имеет электрической связи с обмоткой якоря. Для уменьшения потерь в ОВ, и создания необходимой МДС необходимо уменьшить ток возбуждения, увеличив число витков. Обмотку возбуждения выполняют из малого числа витков, так чтобы ток Iв составлял 2…5% от Iя. Выбор данной схемы возбуждения для двигателя зависит от свойств электропривода.

ДПТ с параллельным возбуждением

По сути, схема подключения ОВ с параллельным возбуждением(рис.2) аналогична схеме с независимым возбуждением. Свойства двигателя при подключении по обеим схемам одинаковы. Плюсом данного вида подключения является то, что отпадает необходимость в отдельном источнике питания.

ДПТ с последовательным возбуждением

При подключении по данной схеме ОВ соединена последовательно цепи якоря (рис.3), при этом ток якоря равен току возбуждения. В связи с этим ОВ изготавливают из провода толстого сечения. Данную схему используют, если требуется обеспечить большой пусковой момент. При уменьшении нагрузки на валу меньше 25% от номинальной, частота вращения резко увеличивается и достигает опасных для двигателя значений. Характеристика ДПТ с последовательным возбуждением “мягкая”.

ДПТ со смешанным возбуждением

ДПТ со смешанным возбуждением (рис.4) имеет две ОВ, одна из которых соединена последовательна, а другая параллельно якорной цепи. При согласном соединении обмоток с увеличением нагрузки на валу растёт магнитный поток, что приводит к уменьшению частоты вращения. При встречном соединении суммарный магнитный поток с увеличением нагрузки уменьшается, что приводит к резкому увеличению частоты вращения. Это приводит двигатель к нестабильному режиму работы, поэтому последовательную обмотку выполняют из малого числа витков, чтобы при увеличении нагрузки магнитный поток снижался незначительно, тем самым стабилизируя работу двигателя.

Источник

Электродвигатель постоянного тока с независимым возбуждением

Схемы электродвигателей постоянного тока и их характеристики

Свойства электродвигателей постоянного тока определяются в основном способом включения обмотки возбуждения. В зависимости от этого различают электродвигатели:

1. с независимым возбуждением: обмотка возбуждения питается от постороннего источника постоянного тока (возбудителя или выпрямителя),

2. с параллельным возбуждением: обмотка возбуждения подключена параллельно обмотке якоря,

3. с последовательным возбуждением: обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря,

4. со смешанным возбуждением: он имеет две обмотки возбуждения, одна подключена параллельно обмотке якоря, а другая — последовательно с ней.

Все эти электродвигатели имеют одинаковое устройство и отличаются лишь выполнением обмотки возбуждения. Обмотки возбуждения указанных электродвигателей выполняют так же, как у соответствующих генераторов.

В этом электродвигателе (рисунок 5.4, а) обмотка якоря подключена к основному источнику постоянного тока (сети постоянного тока, генератору или выпрямителю) с напряжением U, а обмотка возбуждения — к вспомогательному источнику в напряжением UB. В цепь обмотки возбуждения включен регулировочный реостат Rрв, а в цепь обмотки якоря — пусковой реостат Rn.

Регулировочный реостат служит для регулирования частоты вращения якоря двигателя, а пусковой — для ограничения тока в обмотке якоря при пуске. Характерной особенностью электродвигателя является то, что его ток возбуждения Iв не зависит от тока Iя в обмотке якоря (тока нагрузки). Поэтому, пренебрегая размагничивающим действием реакции якоря, можно приближенно считать, что и поток двигателя Ф не зависит от нагрузки. Зависимости электромагнитного момента М и частоты вращения n от тока Iя будут линейными (рисунок 5.5, а). Следовательно, линейной будет и механическая характеристика двигателя — зависимость n (М) (рисунок5.5, б).

Рисунок 5.4 Принципиальные схемы электродвигателей постоянного тока с независимым (а) и параллельным (б) возбуждением

При отсутствии в цепи якоря реостата с сопротивлением Rn скоростная и механическая характеристики будут жесткими, т. е. с малым углом наклона к горизонтальной оси, так как падение напряжения IяΣRя в обмотках машины, включенных в цепь якоря, при номинальной нагрузке составляет лишь 3—5 % от Uном. Эти характеристики (прямые 1 на рисунке 5.5, а и б) называются естественными. При включении в цепь якоря реостата с сопротивлением Rn угол наклона этих характеристик возрастает, вследствие чего можно получить семейство реостатных характеристик 2, 3 и 4, соответствующих различным значениям Rn1, Rn2 и Rn3.

Рисунок 5.5 Характеристики электродвигателей постоянного тока с независимым и параллельным возбуждением: а — скоростные и моментная, б — механические, в — рабочие

Чем больше сопротивление Rn, тем больший угол наклона имеет реостатная характеристика, т. е. тем она мягче.

Регулировочный реостат Rpв позволяет изменять ток возбуждения двигателя Iв и его магнитный поток Ф. При этом будет изменяться и частота вращения n.

В цепь обмотки возбуждения никаких выключателей и предохранителей не устанавливают, так как при разрыве этой цепи резко уменьшается магнитный поток электродвигателя (в нем остается лишь поток от остаточного магнетизма) и возникает аварийный режим. Если электродвигатель работает при холостом ходе или небольшой нагрузке на валу, то частота вращения резко возрастает (двигатель идет вразнос). При этом сильно увеличивается ток в обмотке якоря Iя и может возникнуть круговой огонь. Во избежание этого защита должна отключить электродвигатель от источника питания.

Резкое увеличение частоты вращения при обрыве цепи обмотки возбуждения объясняется тем, что в этом случае резко уменьшаются магнитный поток Ф (до значения потока Фост от остаточного магнетизма) и э. д. с. Е и возрастает ток Iя. А так как приложенное напряжение U остается неизменным, то частота вращения n будет увеличиваться до тех пор, пока э. д. с. Е не достигнет значения, приблизительно равного U (что необходимо для равновесного состояния электрической цепи якоря, при котором E= U — IяΣRя.

При нагрузке на валу, близкой к номинальной, электродвигатель в случае разрыва цепи возбуждения остановится, так как электромагнитный момент, который может развить двигатель при значительном уменьшении магнитного потока, уменьшается и станет меньше нагрузочного момента на валу. В этом случае так же резко увеличивается ток Iя, и машина должна быть отключена от источника питания.

Следует отметить, что частота вращения n₀ соответствует идеальному холостому ходу, когда двигатель не потребляет из сети электрической энергии и его электромагнитный момент равен нулю. В реальных условиях в режиме холостого хода двигатель потребляет из сети ток холостого хода I₀, необходимый для компенсации внутренних потерь мощности, и развивает некоторый момент M₀, требуемый для преодоления сил трения в машине. Поэтому в действительности частота вращения при холостом ходе меньше n₀.

Зависимость частоты вращения n и электромагнитного момента М от мощности Р₂ (рисунок 5.5, в) на валу двигателя, как следует из рассмотренных соотношений, является линейной. Зависимости тока обмотки якоря Iя и мощности Р₁ от Р₂ также практически линейны. Ток Iя и мощность Р₁ при Р₂ = 0 представляют собой ток холостого хода I₀ и мощность Р₀, потребляемую при холостом ходе. Кривая к. п. д. имеет характер, общий для всех электрических машин.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Определение параметров двигателя постоянного тока независимого возбуждения по каталожным данным

В каталогах [1] на двигатели постоянного тока приводятся следующие технические данные:

– номинальная мощность двигателя, кВт;

– номинальное напряжение обмотки якоря, В;

– номинальный гок обмотки якоря двигателя, А;

– сопротивление обмотки якоря двигателя при 15 °С, Ом;

– сопротивление дополнительных полюсов двигателя при 15 °С, Ом;

– сопротивление компенсационной обмотки двигателя при 15 °С, Ом;

– индуктивность обмотки якоря двигателя, Гн;

– номинальный коэффициент полезного действия, %;

– номинальная частота вращения, об/мин;

– момент инерции якоря, кг•м2.

В тех случаях, когда в каталогах необходимые параметры двигателя не приводятся, их можно определить по следующим формулам:

Номинальный ток двигателя

(3.13)

Номинальная угловая скорость

(3.14)

Сопротивления двигателя приводятся в каталогах при температуре 15 °С. В нагретом состоянии при рабочей температуре сопротивление двигателя

(3.15)

где – температурный коэффициент сопротивления меди (обычно принимается); – рабочая температура обмотки машины; – температура, при которой указываются сопротивления в каталогах. При температуреи, при

(3.16)

Если в каталогах сопротивление двигателя не приведено, то его ориентировочно определяют, принимая, что половина всех потерь в двигателе при номинальной нагрузке связана с потерями в меди якоря [2]. Определенное таким образом сопротивление соответствует нагретому двигателю

(3.17)

Индуктивность цени обмотки якоря двигателя [3]

(3.18)

где р – число пар полюсов двигателя;для быстроходных некомпенсированных машин;для нормальных некомпенсированных машин;для компенсированных машин.

Коэффициент ЭДС и электромагнитного момента при номинальном потоке возбуждения

(3.19)

Номинальный электромагнитный момент двигателя

(3.20)

Номинальный момент двигателя на валу

(3.21)

Пример 3.1. Для двигателя постоянного тока типа ∏-11У4, имеющего следующие технические данные, рассчитать и построить статические электромеханическую и механическую характеристики.

Основные параметры двигателя:

Решение. Так как электромеханическая и механическая характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения описываются уравнениями прямой, то для их расчета и построения достаточно определить две любые точки. Как правило, координатами этих точек являются: 1) скорость идеального холостого хода ω0 при нулевом токе якоря и электромагнитном моменте; 2) номинальная угловая скоростьпри номинальном токеи номинальном электромагнитном моменте

Определим дополнительные параметры двигателя:

• Номинальная угловая скорость

• Сопротивление якоря двигателя в горячем состоянии

• Коэффициент ЭДС (В ∙ с/рад) и электромагнитного момента (Н • м/A) при номинальном потоке возбуждения

• Угловая скорость идеального холостого хода

• Номинальный электромагнитный момент двигателя

• Пусковой ток или ток короткого замыкания

Рассчитанные статическая естественная электромеханическая и механическая характеристики двигателя приведены на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Статические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения: а – электромеханические: б – механические

• Допустимый ток двигателя

Вывод. Естественная электромеханическая характеристика двигателя нс обеспечивает ограничение пускового тока на допустимом уровне. Как следствие пуска двигателя прямым включением в сеть – неудовлетворительная коммутация на коллекторе и выход коллектора из строя.

Пример 3.2. Для двигателя постоянного тока типа ∏-11У4 рассчитать и построить динамическую механическую характеристику. Основные параметры двигателя приведены в примере 3.1.

Динамическую механическую характеристику построить при моменте сопротивления на валу двигателя

Решение. В динамике двигатель постоянного тока независимого возбуждения описывается системой уравнения (3.12):

При подстановке в систему уравнений численных значений параметров получим:

(3.22)

Динамическая механическая характеристика пуска двигателя постоянного тока независимого возбуждения прямым включением в сеть, рассчитанная в программной среде MathCAD, приведена на рис. 3.6.

Анализ графика динамической механической характеристики показывает, что максимальное значение пускового момента составляет

Учитывая, что ток якоря двигателя независимого возбуждения пропорционален его моменту, найдем максимальный пусковой динамический ток якоря

Рис. 3.6. Графики статической (1) и динамической (2) характеристик пуска двигателя постоянного тока независимого возбуждения прямым включением в сеть

Максимальный пусковой динамический ток превышает предельно допустимый ток якоря двигателя по условиям коммутации , однако он существенно меньше тока короткого замыкания . Отмеченная особенность уменьшения пусковою динамического тока двигателя независимого возбуждения позволяет электрические машины мощностью до 200 Вт пускать прямым включением в сеть без принятия мер токоограничения.

Источник