Silniki prądu stałego, w zależności od sposobu ich wzbudzenia, jak już wspomniano, dzielą się na silniki z niezależnymi, równoległy(bocznica), spójny Wzbudzenie (szeregowe) i mieszane (złożone).

Niezależnie wzbudzone silniki, wymagają dwóch źródeł zasilania (ryc. 11.9, a). Jeden z nich jest niezbędny do zasilania uzwojenia twornika (wnioski Tak1 I Tak2), a drugi - do wytworzenia prądu w uzwojeniu wzbudzenia (zaciski uzwojenia Ø1 I Ř2). Dodatkowy opór R & D w obwodzie uzwojenia twornika konieczne jest zmniejszenie prądu rozruchowego silnika w momencie jego włączenia.

Mocne silniki elektryczne produkowane są głównie z niezależnym wzbudzeniem w celu wygodniejszej i ekonomicznej regulacji prądu wzbudzenia. Przekrój drutu uzwojenia wzbudzenia określa się w zależności od napięcia jego źródła zasilania. Cechą tych maszyn jest niezależność prądu wzbudzenia, a co za tym idzie głównego strumienia magnetycznego, od obciążenia na wale silnika.

Silniki o wzbudzeniu niezależnym mają prawie takie same właściwości jak silniki o wzbudzeniu równoległym.

Silniki równoległe są włączane zgodnie z obwodem pokazanym na ryc. 11.9, b. Zaciski Tak1 I Tak2 odnoszą się do uzwojenia twornika i zacisków Ø1 I Ř2- do uzwojenia wzbudzenia (do uzwojenia bocznika). Zmienne rezystancji R & D I Rw przeznaczone są odpowiednio do zmiany prądu w uzwojeniu twornika i uzwojeniu wzbudzenia. Uzwojenie wzbudzenia tego silnika składa się z dużej liczby zwojów drutu miedzianego o stosunkowo małym przekroju i ma znaczną rezystancję. Dzięki temu można go podłączyć do pełnego napięcia sieciowego określonego w danych znamionowych.

Cechą silników tego typu jest to, że podczas ich pracy zabrania się odłączania uzwojenia wzbudzenia od obwodu twornika. W przeciwnym razie, gdy uzwojenie wzbudzenia się otworzy, pojawi się w nim niedopuszczalna wartość pola elektromagnetycznego, co może prowadzić do awarii silnika i obrażeń personelu konserwacyjnego. Z tego samego powodu nie można otworzyć uzwojenia wzbudzenia, gdy silnik jest wyłączony, gdy jego obroty jeszcze się nie zatrzymały.

W miarę wzrostu prędkości obrotowej należy zmniejszać dodatkowy (dodatkowy) opór Rd w obwodzie twornika, a po osiągnięciu stałej prędkości obrotowej całkowicie go usunąć.

Ryc. 11.9. Rodzaje wzbudzenia maszyn prądu stałego,

a - wzbudzenie niezależne, b - wzbudzenie równoległe,

c - wzbudzenie sekwencyjne, d - wzbudzenie mieszane.

OVSh – bocznikowe uzwojenie wzbudzenia, OVS – szeregowe uzwojenie wzbudzenia, „OVN – niezależne uzwojenie wzbudzenia, Rd – dodatkowa rezystancja w obwodzie uzwojenia twornika, Rv – dodatkowa rezystancja w obwodzie uzwojenia wzbudzenia.

Brak dodatkowego oporu w uzwojeniu twornika w momencie uruchomienia silnika może prowadzić do pojawienia się dużego prądu rozruchowego, przekraczającego znamionowy prąd twornika w 10...40 razy .

Ważną właściwością silnika o wzbudzeniu równoległym jest jego prawie stała prędkość obrotowa, gdy zmienia się obciążenie wału twornika. Tak więc, gdy obciążenie zmienia się z biegu jałowego na wartość nominalną, prędkość obrotowa zmniejsza się tylko o (2.. 8)% .

Drugą cechą tych silników jest ekonomiczna kontrola prędkości obrotowej, w której można zachować stosunek najwyższej do najniższej prędkości 2:1 i ze specjalną konstrukcją silnika - 6:1 . Minimalna prędkość obrotowa jest ograniczona nasyceniem obwodu magnetycznego, co nie pozwala na zwiększenie strumienia magnetycznego maszyny, a górną granicę prędkości obrotowej wyznacza stabilność maszyny - przy znacznym osłabieniu pola magnetycznego strumienia, silnik może „zwariować”.

Silniki szeregowe(szeregowe) są włączane zgodnie ze schematem (ryc. 11.9, c). wnioski C1 I C2 odpowiadają szeregowemu (sekwencyjnemu) uzwojeniu wzbudzenia. Wykonany jest ze stosunkowo małej liczby zwojów drutu miedzianego, przeważnie o dużym przekroju. Uzwojenie wzbudzenia jest połączone szeregowo z uzwojeniem twornika. Dodatkowy opór R & D w obwodzie uzwojenia twornika i wzbudzenia pozwala zmniejszyć prąd rozruchowy i regulować prędkość obrotową silnika. W momencie włączenia silnika musi mieć taką wartość, aby był prąd rozruchowy (1,5...2,5)W. Gdy silnik osiągnie stałą prędkość, pojawia się dodatkowy opór R & D jest wyjściem, to znaczy ustawionym na zero.

Podczas rozruchu silniki te wytwarzają duże momenty rozruchowe i należy je uruchamiać przy obciążeniu co najmniej 25% wartości znamionowej. Niedozwolone jest uruchamianie silnika z mniejszą mocą na wale, zwłaszcza na biegu jałowym. W przeciwnym razie silnik może rozwijać niedopuszczalnie wysokie prędkości, co spowoduje jego awarię. Silniki tego typu znajdują szerokie zastosowanie w mechanizmach transportowych i podnoszących, w których konieczna jest zmiana prędkości obrotowej w szerokim zakresie.

Silniki o mieszanym wzbudzeniu(złożony), zajmują pozycję pośrednią między silnikami o wzbudzeniu równoległym i szeregowym (ryc. 11.9, d). To, czy należą one do tego, czy innego typu, zależy od stosunku części głównego przepływu wzbudzenia utworzonego przez równoległe lub szeregowe uzwojenia wzbudzenia. Po włączeniu silnika, aby zmniejszyć prąd rozruchowy, w obwodzie uzwojenia twornika włącza się dodatkowy opór R & D. Silnik ten ma dobre właściwości trakcyjne i może pracować na biegu jałowym.

Dopuszczalne jest bezpośrednie (bezoporowe) włączanie silników prądu stałego wszystkich typów wzbudzenia o mocy nie większej niż jeden kilowat.

Oznaczenie maszyn prądu stałego

Obecnie najczęściej używanymi maszynami prądu stałego ogólnego przeznaczenia są 2P i najnowsza seria 4P. Oprócz tych serii produkowane są silniki do dźwigów, koparek, napędów metalurgicznych i innych z tej serii D. Silniki produkowane są także w seriach specjalistycznych.

Silniki seryjne 2P I 4P są podzielone według osi obrotu, jak to jest w zwyczaju w przypadku asynchronicznych silników prądu przemiennego tej serii 4A. Seria maszynowa 2P Posiadają 11 wymiarów, różniących się wysokością obrotu osi od 90 do 315 mm. Zakres mocy maszyn tej serii wynosi od 0,13 do 200 kW dla silników elektrycznych i od 0,37 do 180 kW dla generatorów. Silniki serii 2P i 4P przeznaczone są na napięcia 110, 220, 340 i 440 V. Ich znamionowe prędkości obrotowe wynoszą 750, 1000, 1500, 2200 i 3000 obr/min.

Każdy z 11 rozmiarów pojazdów w serii 2P posiada łóżka o dwóch długościach (M. i L).

Seria maszyn elektrycznych 4P mają lepsze wskaźniki techniczne i ekonomiczne w porównaniu do serii 2P. złożoność produkcji seryjnej 4P w porównaniu z 2P zmniejszona o 2,5...3 razy. Jednocześnie zużycie miedzi zmniejsza się o 25...30%. Ze względu na szereg cech konstrukcyjnych, w tym sposób chłodzenia, ochronę przed warunkami atmosferycznymi oraz zastosowanie poszczególnych części i podzespołów maszyny seryjnej 4P zunifikowany z silnikami asynchronicznymi tej serii 4A I sztuczna inteligencja .

Oznaczenie maszyn prądu stałego (zarówno generatorów, jak i silników) jest następujące:

ПХ1Х2ХЗХ4,

Gdzie 2P- seria maszyn prądu stałego;

XI- konstrukcja według rodzaju zabezpieczenia: N - chroniona wentylacją własną, F - chroniona wentylacją niezależną, B - zamknięta naturalnym chłodzeniem, O - zamknięta nadmuchem z wentylatora zewnętrznego;

X2- wysokość osi obrotu (liczba dwucyfrowa lub trzycyfrowa) w mm;

HZ- konwencjonalna długość stojana: M - pierwszy, L - drugi, G - z tachogeneratorem;

Przykładem jest oznaczenie silnika 2PN112MGU- Seria silników prądu stałego 2P, wersja chroniona z samowentylacją N,112 wysokość osi obrotu w mm, pierwszy rozmiar stojana M, wyposażony w tachogenerator G, używany w klimacie umiarkowanym U.

Ze względu na moc maszyny elektryczne prądu stałego można podzielić na następujące grupy:

Mikromaszyny………………………...poniżej 100 W,

Maszyny małe………………………od 100 do 1000 W,

Maszyny małej mocy………..od 1 do 10 kW,

Maszyny średniej mocy………..od 10 do 100 kW,

Duże maszyny…………………..od 100 do 1000 kW,

Maszyny dużej mocy……….ponad 1000 kW.

Według napięć znamionowych maszyny elektryczne dzielą się umownie w następujący sposób:

Niskie napięcie…………….poniżej 100 V,

Średnie napięcie……….od 100 do 1000 V,

Wysokie napięcie……………powyżej 1000 V.

Według częstotliwości obrotu maszyny prądu stałego można przedstawić jako:

Niska prędkość…………….poniżej 250 obr./min.,

Średnia prędkość………od 250 do 1000 obr/min,

Wysoka prędkość……….od 1000 do 3000 obr./min.

Bardzo wysoka prędkość…..powyżej 3000 obr./min.

Zadanie i metodyka wykonania pracy.

1.Badanie budowy i przeznaczenia poszczególnych części maszyn elektrycznych prądu stałego.

2. Określ zaciski maszyny prądu stałego związane z uzwojeniem twornika i uzwojeniem wzbudzenia.

Zaciski odpowiadające danemu uzwojeniu można określić za pomocą miernika, omomierza lub żarówki. Podczas korzystania z meggera jeden jego koniec jest podłączony do jednego z zacisków uzwojeń, a drugie końce naprzemiennie dotykają pozostałych. Zmierzona rezystancja równa zero będzie wskazywać, że dwa zaciski tego samego uzwojenia odpowiadają sobie.

3. Rozpoznać uzwojenie twornika i uzwojenie pola na zaciskach. Określ rodzaj uzwojenia wzbudzenia (wzbudzenie równoległe lub szeregowe).

Eksperyment ten można przeprowadzić za pomocą żarówki elektrycznej połączonej szeregowo z uzwojeniami. Należy równomiernie podać napięcie stałe, stopniowo zwiększając je do wartości nominalnej określonej w paszporcie maszyny.

Biorąc pod uwagę małą rezystancję uzwojenia twornika i uzwojenia wzbudzenia szeregowego, żarówka będzie świecić jasno, a ich rezystancja mierzona meggerem (lub omomierzem) będzie praktycznie równa zeru.

Żarówka połączona szeregowo z równoległym uzwojeniem będzie świecić słabo. Wartość rezystancji równoległego uzwojenia pola musi mieścić się w określonych granicach 0,3...0,5 kOhm .

Zaciski uzwojenia twornika można rozpoznać podłączając jeden koniec megaomomierza do szczotek, a drugi koniec dotykając zacisków uzwojeń na panelu maszyny elektrycznej.

Zaciski uzwojeń maszyny elektrycznej należy wskazać na konwencjonalnej etykiecie zacisków pokazanej w protokole.

Zmierz rezystancję uzwojenia i rezystancję izolacji. Rezystancję uzwojeń można zmierzyć za pomocą obwodu amperomierza i woltomierza. Rezystancję izolacji pomiędzy uzwojeniami a uzwojeniami względem obudowy sprawdza się miernikiem o napięciu znamionowym 1 kV. Rezystancja izolacji między uzwojeniem twornika a uzwojeniem wzbudzenia oraz między nimi a obudową musi wynosić co najmniej 0,5 MOhm. Wyświetl dane pomiarowe w raporcie.

Narysuj z grubsza przekrój biegunów głównych z uzwojeniem wzbudzenia oraz twornika ze zwojami uzwojenia umieszczonymi pod biegunami (podobnie jak na rys. 11.10). Niezależnie przyjmij kierunek prądu w uzwojeniach wzbudzenia i twornika. W tych warunkach należy wskazać kierunek obrotu silnika.

Ryż. 11.10. Dwubiegunowa maszyna prądu stałego:

1 - łóżko; 2 - kotwica; 3 - główne bieguny; 4 - uzwojenie wzbudzenia; 5 - nabiegunniki; 6 - uzwojenie twornika; 7 - kolektor; F - główny strumień magnetyczny; F jest siłą działającą na przewody uzwojenia twornika.

Pytania testowe i zadania do samodzielnej nauki

1: Wyjaśnij budowę i zasadę działania silnika prądu stałego i generatora.

2. Wyjaśnić przeznaczenie komutatora maszyny prądu stałego.

3. Podaj pojęcie podziału biegunowego i podaj wyraz jego definicji.

4.Wymień główne rodzaje uzwojeń stosowanych w maszynach prądu stałego i wiesz, jak je wykonać.

5.Wskazać główne zalety silników o wzbudzeniu równoległym.

6. Jakie są cechy konstrukcyjne uzwojenia równoległego w porównaniu z uzwojeniem szeregowym?

7. Jaka jest specyfika rozruchu silników prądu stałego o wzbudzeniu szeregowym?

8. Ile równoległych gałęzi mają proste uzwojenia falowe i proste uzwojenia pętlowe maszyn prądu stałego?

9.Jak oznaczane są maszyny prądu stałego? Podaj przykład zapisu.

10.Jaka jest dopuszczalna rezystancja izolacji pomiędzy uzwojeniami maszyn prądu stałego oraz pomiędzy uzwojeniami a obudową?

11.Jaką wartość może osiągnąć prąd w momencie uruchomienia silnika przy braku dodatkowego oporu w obwodzie uzwojenia twornika?

12. Jaki jest dopuszczalny prąd rozruchowy silnika?

13. W jakich przypadkach dopuszczalne jest uruchomienie silnika prądu stałego bez dodatkowego oporu w obwodzie uzwojenia twornika?

14. Jak zmienić pole elektromagnetyczne niezależnego generatora wzbudzenia?

15.Do czego służą dodatkowe bieguny maszyny prądu stałego?

16.Pod jakim obciążeniem można włączyć silnik o wzbudzeniu szeregowym?

17. Jak określa się wielkość głównego strumienia magnetycznego?

18.Zapisz wyrażenia na siłę elektromotoryczną generatora i moment obrotowy silnika. Podaj pojęcie ich składników.

PRACA LABORATORYJNA 12.

Silniki elektryczne to maszyny, które potrafią przekształcić energię elektryczną w energię mechaniczną. W zależności od rodzaju pobieranego prądu dzieli się je na silniki prądu przemiennego i prądu stałego. W tym artykule skupimy się na tych ostatnich, które są w skrócie DBT. Silniki prądu stałego otaczają nas na co dzień. Są wyposażone w elektronarzędzia zasilane akumulatorowo, pojazdy elektryczne, niektóre maszyny przemysłowe i wiele innych.

Konstrukcja i zasada działania

Struktura DFC jest podobna do synchronicznego silnika elektrycznego prądu przemiennego; różnica między nimi polega jedynie na rodzaju pobieranego prądu. Silnik składa się z części stacjonarnej - stojana lub cewki indukcyjnej, części ruchomej - twornika i zespołu zbierającego szczotki. Cewka indukcyjna może być wykonana w postaci magnesu trwałego, jeśli silnik ma małą moc, ale częściej jest wyposażony w uzwojenie wzbudzenia mające dwa lub więcej biegunów. Twornik składa się z zestawu przewodów (uzwojeń) zamocowanych w rowkach. Najprostszy model DFC wykorzystywał tylko jeden magnes i ramę, przez którą przepływał prąd. Projekt ten można traktować jedynie jako uproszczony przykład, natomiast nowoczesny projekt jest ulepszoną wersją, która ma bardziej złożoną strukturę i rozwija niezbędną moc.

Zasada działania DPT opiera się na prawie Ampera: jeśli naładowana rama z drutu zostanie umieszczona w polu magnetycznym, zacznie się obracać. Przepływający przez niego prąd tworzy wokół siebie własne pole magnetyczne, które po zetknięciu z zewnętrznym polem magnetycznym zacznie obracać ramę. W przypadku jednej ramy obrót będzie kontynuowany aż do zajęcia pozycji neutralnej, równoległej do zewnętrznego pola magnetycznego. Aby uruchomić system, należy dodać kolejną ramę. W nowoczesnych DPT ramy zastępuje się zworą z zestawem przewodów. Do przewodów doprowadzany jest prąd, ładując je, w wyniku czego wokół twornika powstaje pole magnetyczne, które zaczyna oddziaływać z polem magnetycznym uzwojenia wzbudzenia. W wyniku tej interakcji kotwica obraca się pod pewnym kątem. Następnie prąd płynie do kolejnych przewodników itp.
Do naprzemiennego ładowania przewodów twornika stosuje się specjalne szczotki wykonane z grafitu lub stopu miedzi i grafitu. Pełnią rolę styków zamykających obwód elektryczny do zacisków pary przewodów. Wszystkie zaciski są odizolowane od siebie i połączone w zespół kolektora - pierścień kilku blaszek umieszczonych na osi wału twornika. Podczas pracy silnika szczotki kontaktowe naprzemiennie zamykają lamele, co pozwala na równomierną pracę silnika. Im więcej przewodów ma twornik, tym bardziej równomiernie będzie działać DPT.

Silniki prądu stałego dzielą się na:
— silniki elektryczne z niezależnym wzbudzeniem;
— silniki elektryczne z samowzbudzeniem (równoległe, szeregowe lub mieszane).
Obwód DPT z niezależnym wzbudzeniem umożliwia podłączenie uzwojenia wzbudzenia i twornika do różnych źródeł zasilania, tak aby nie były one ze sobą połączone elektrycznie.
Wzbudzenie równoległe realizowane jest poprzez równoległe podłączenie uzwojenia cewki indukcyjnej i twornika do jednego źródła zasilania. Te dwa typy silników mają trudne właściwości użytkowe. Ich prędkość obrotowa wału roboczego nie zależy od obciążenia i można ją regulować. Silniki tego typu znalazły zastosowanie w maszynach o zmiennym obciążeniu, gdzie istotna jest regulacja prędkości obrotowej wału
Przy wzbudzeniu szeregowym twornik i uzwojenie wzbudzenia są połączone szeregowo, więc wartość prądu elektrycznego jest taka sama. Silniki takie są „miększe” w działaniu, mają większy zakres regulacji prędkości obrotowej, ale wymagają stałego obciążenia wału, w przeciwnym razie prędkość obrotowa może osiągnąć punkt krytyczny. Mają wysoki moment rozruchowy, co ułatwia rozruch, ale prędkość obrotowa wału jest uzależniona od obciążenia. Stosowane są w pojazdach elektrycznych: w dźwigach, pociągach elektrycznych i tramwajach miejskich.
Typ mieszany, w którym jedno uzwojenie wzbudzenia jest połączone z twornikiem równolegle, a drugie szeregowo, jest rzadkie.

Krótka historia powstania

M. Faraday stał się pionierem w historii tworzenia silników elektrycznych. Nie był w stanie stworzyć pełnoprawnego działającego modelu, ale to on dokonał odkrycia, które to umożliwiło. W 1821 roku przeprowadził eksperyment z naładowanym drutem umieszczonym w rtęci w kąpieli zawierającej magnes. Podczas interakcji z polem magnetycznym metalowy przewodnik zaczął się obracać, przekształcając energię prądu elektrycznego w pracę mechaniczną. Naukowcy tamtych czasów pracowali nad stworzeniem maszyny, której działanie opierałoby się na tym efekcie. Chcieli uzyskać silnik działający na zasadzie tłoka, czyli tak, aby wał roboczy poruszał się ruchem posuwisto-zwrotnym.
W 1834 roku powstał pierwszy silnik elektryczny prądu stałego, który opracował i stworzył rosyjski naukowiec B. S. Jacobi. To on zaproponował zastąpienie ruchu posuwisto-zwrotnego wału jego obrotem. W jego modelu dwa elektromagnesy współdziałały ze sobą, obracając wał. W 1839 roku pomyślnie przetestował łódź wyposażoną w DPT. Dalsza historia tej jednostki napędowej to w zasadzie ulepszenie silnika Jacobi.

Cechy DBT

Podobnie jak inne typy silników elektrycznych, DPT jest niezawodny i przyjazny dla środowiska. W przeciwieństwie do silników prądu przemiennego można go regulować w szerokim zakresie prędkości i częstotliwości wału, a jego uruchomienie jest łatwe.
Silnik prądu stałego może być używany zarówno jako silnik, jak i jako generator. Możliwa jest także zmiana kierunku obrotu wału poprzez zmianę kierunku prądu w tworniku (dla wszystkich typów) lub w uzwojeniu wzbudzenia (dla silników o wzbudzeniu sekwencyjnym).
Sterowanie prędkością obrotową uzyskuje się poprzez podłączenie do obwodu zmiennej rezystancji. Przy wzbudzeniu sekwencyjnym znajduje się w obwodzie twornika i umożliwia zmniejszenie prędkości w stosunku 2:1 i 3:1. Ta opcja jest odpowiednia dla sprzętu, który ma długie okresy bezczynności, ponieważ reostat znacznie się nagrzewa podczas pracy. Zwiększenie prędkości zapewnia podłączenie reostatu do obwodu uzwojenia wzbudzenia.
W przypadku silników bocznikowych w obwodzie twornika stosuje się również reostaty w celu zmniejszenia prędkości w granicach 50% wartości nominalnych. Ustawienie rezystancji w obwodzie uzwojenia wzbudzenia pozwala zwiększyć prędkość nawet 4-krotnie.
Stosowanie reostatów zawsze wiąże się ze znacznymi stratami ciepła, dlatego w nowoczesnych modelach silników zastępuje się je układami elektronicznymi, które umożliwiają kontrolę prędkości obrotowej bez znacznych strat energii.
Sprawność silnika prądu stałego zależy od jego mocy. Modele o małej mocy charakteryzują się niską sprawnością, wynoszącą około 40%, natomiast silniki o mocy 1000 kW mogą osiągać sprawność do 96%.

Zalety i wady DBT

Do głównych zalet silników prądu stałego zalicza się:
— prostota konstrukcji;
- Łatwość obsługi;
— możliwość regulacji prędkości obrotowej wału;
— łatwy rozruch (szczególnie w przypadku silników z wzbudzeniem sekwencyjnym);
— możliwość wykorzystania jako generatory;
- kompaktowe wymiary.
Wady:
- mają „słabe ogniwo” - szczotki grafitowe, które szybko się zużywają, co ogranicza ich żywotność;
- wysoki koszt;
— przy podłączeniu do sieci wymagają prostowników prądowych.

Szereg zastosowań

Silniki prądu stałego są szeroko stosowane w transporcie. Montowane są w tramwajach, pociągach elektrycznych, lokomotywach elektrycznych, parowozach, statkach motorowych, wywrotkach, dźwigach itp. Ponadto stosuje się je w narzędziach, komputerach, zabawkach i mechanizmach ruchomych. Często można je spotkać na maszynach produkcyjnych, gdzie konieczna jest regulacja prędkości obrotowej wału roboczego w szerokim zakresie.

Schemat silnika. Schemat silnika sekwencyjnego wzbudzenie pokazano na rys. 1.31. Prąd pobierany przez silnik z sieci przepływa przez twornik i uzwojenie wzbudzenia połączone szeregowo ze twornikiem. Dlatego ja = ja i = ja w.

Szeregowo ze zworą połączony jest również reostat rozruchowy R p, który podobnie jak silnik o wzbudzeniu równoległym jest usuwany po zwolnieniu.

Równanie mechanicznecechy. Równanie charakterystyki mechanicznej można otrzymać ze wzoru (1.6). Przy prądach obciążenia mniejszych niż (0,8 - 0,9) I nom, możemy założyć, że obwód magnetyczny silnika nie jest nasycony, a strumień magnetyczny Ф jest proporcjonalny do prądu I: Ф = kI, gdzie k = const. (Przy wyższych prądach współczynnik k nieznacznie maleje). Zastępując Φ w (1.2), otrzymujemy M = C m kI skąd

Podstawmy Ф do (1.6):

n= (1.11)

Wykres odpowiadający (1.11) przedstawiono na ryc. 1,32 (krzywa 1). Kiedy zmienia się moment obciążenia, prędkość obrotowa silnika zmienia się gwałtownie - cechy tego typu nazywane są „miękkimi”. Na biegu jałowym, gdy M » 0, prędkość obrotowa silnika rośnie w nieskończoność, a silnik „wariuje”.


Prąd pobierany przez silnik o wzbudzeniu szeregowym rośnie mniej wraz ze wzrostem obciążenia niż w przypadku silnika o wzbudzeniu równoległym. Wyjaśnia to fakt, że wraz ze wzrostem prądu wzrasta strumień wzbudzenia, a moment obrotowy staje się równy momentowi obciążenia przy niższym prądzie. Ta cecha silnika o wzbudzeniu sekwencyjnym stosowana jest tam, gdzie występują znaczne przeciążenia mechaniczne silnika: w transporcie zelektryfikowanym, w mechanizmach podnoszących i transportowych oraz innych urządzeniach.

Regulacja częstotliwościobrót. Regulacja prędkości obrotowej silników prądu stałego, jak wspomniano powyżej, możliwa jest na trzy sposoby.

Zmianę wzbudzenia można dokonać poprzez włączenie reostatu R p1 równolegle do uzwojenia wzbudzenia (patrz ryc. 1.31) lub włączenie reostatu R p2 równolegle do twornika. Gdy reostat R р1 jest włączony równolegle do uzwojenia wzbudzenia, strumień magnetyczny Ф można zmniejszyć z nominalnego do minimalnego Ф min. W takim przypadku prędkość obrotowa silnika wzrośnie (we wzorze (1.11) współczynnik k maleje). Charakterystyki mechaniczne odpowiadające temu przypadkowi pokazano na ryc. 1.32, krzywe 2, 3. Gdy reostat jest włączony równolegle do twornika, prąd w uzwojeniu wzbudzenia, strumień magnetyczny i współczynnik k wzrastają, a prędkość silnika maleje. Charakterystyki mechaniczne dla tego przypadku pokazano na ryc. 1.32, krzywe 4, 5. Rzadko jednak stosuje się sterowanie obrotami za pomocą reostatu podłączonego równolegle do twornika, ponieważ zmniejszają się straty mocy w reostacie i wydajność silnika.

Zmiana prędkości obrotowej poprzez zmianę rezystancji obwodu twornika jest możliwa poprzez szeregowe podłączenie reostatu R p3 do obwodu twornika (ryc. 1.31). Reostat R p3 zwiększa rezystancję obwodu twornika, co prowadzi do zmniejszenia prędkości obrotowej w stosunku do charakterystyki naturalnej. (W (1.11) zamiast R i należy zastąpić R i + R p3.) Charakterystyki mechaniczne dla tego sposobu sterowania przedstawiono na rys. 1.32, krzywe 6, 7. Regulacja taka jest stosowana stosunkowo rzadko ze względu na duże straty w reostacie regulacyjnym.

Wreszcie regulacja prędkości obrotowej poprzez zmianę napięcia sieciowego, podobnie jak w silnikach o wzbudzeniu równoległym, możliwa jest jedynie w kierunku zmniejszania prędkości obrotowej, gdy silnik zasilany jest z osobnej prądnicy lub sterowanego prostownika. Charakterystyki mechaniczne tego sposobu sterowania pokazano na ryc. 1.32, krzywa 8. Jeżeli na wspólnym obciążeniu pracują dwa silniki, można je przełączyć z połączenia równoległego na szeregowe, napięcie U na każdym silniku zmniejsza się o połowę, a prędkość obrotowa odpowiednio maleje.

Tryby hamowania silnikiemwzbudzenie sekwencyjne. Tryb hamowania regeneracyjnego przy zasilaniu sieci energią jest niemożliwy w silniku o wzbudzeniu szeregowym, ponieważ nie jest możliwe uzyskanie prędkości obrotowej n>n x (n x = ).

Tryb hamowania wstecznego można osiągnąć, podobnie jak w silniku o wzbudzeniu równoległym, poprzez zamianę przewodów uzwojenia twornika lub uzwojenia wzbudzenia.

W tym silniku uzwojenie wzbudzenia jest połączone szeregowo z obwodem twornika (ryc. 29.9, A), Dlatego strumień magnetycznyF to zależy od prądu obciążenia Ja = ja a = ja w . Przy małych obciążeniach układ magnetyczny maszyny nie jest nasycony, a zależność strumienia magnetycznego od prądu obciążenia jest wprost proporcjonalna, tj. Ф = k Ф I A (k F- współczynnik proporcjonalności). W tym przypadku znajdujemy moment elektromagnetyczny:

Wzór na prędkość obrotową przyjmie postać

Na ryc. 29,9, B zaprezentowano charakterystykę działania M = F(I) I n= (ja) silnik wzbudzenia szeregowego. Przy dużych obciążeniach układ magnetyczny silnika zostaje nasycony. W tym przypadku strumień magnetyczny praktycznie nie zmienia się wraz ze wzrostem obciążenia, a charakterystyka silnika staje się prawie liniowa. Charakterystyka prędkości silnika o wzbudzeniu szeregowym pokazuje, że prędkość silnika zmienia się znacząco wraz ze zmianami obciążenia. Ta cecha jest zwykle nazywana miękki.

Ryż. 29,9. Silnik szeregowy:

A- schemat; B- Charakterystyka wydajności; c - właściwości mechaniczne; 1 - cecha naturalna; 2 - sztuczna cecha

Gdy obciążenie silnika szeregowego maleje, prędkość obrotowa gwałtownie wzrasta i przy obciążeniu mniejszym niż 25% obciążenia znamionowego może osiągnąć wartości niebezpieczne dla silnika („przekroczenie”). Dlatego niedopuszczalna jest eksploatacja silnika o wzbudzeniu szeregowym lub uruchamianie go przy obciążeniu wału mniejszym niż 25% wartości znamionowej.

Aby zapewnić bardziej niezawodną pracę, wał silnika wzbudzenia sekwencyjnego musi być sztywno połączony z mechanizmem roboczym za pomocą sprzęgła i napędu zębatego. Stosowanie napędu pasowego jest niedopuszczalne, ponieważ w przypadku zerwania lub zresetowania paska silnik może „czołgać się”. Biorąc pod uwagę możliwość pracy silnika przy dużych prędkościach obrotowych, silniki szeregowe, zgodnie z GOST, bada się przez 2 minuty, aby przekroczyły prędkość obrotową o 20% powyżej maksymalnej wskazanej na tabliczce znamionowej, ale nie mniej niż o 50% powyżej nominalny.

Charakterystyka mechaniczna silnika szeregowego n=f(M) są przedstawione na ryc. 29,9, V. Ostro opadające krzywe właściwości mechanicznych ( naturalny 1 i sztuczny 2 ) zapewniają silnikowi o wzbudzeniu sekwencyjnym stabilną pracę pod dowolnym obciążeniem mechanicznym. Zdolność tych silników do rozwijania wysokiego momentu obrotowego, proporcjonalnego do kwadratu prądu obciążenia, jest ważna, szczególnie w trudnych warunkach rozruchu i przeciążeniach, ponieważ wraz ze stopniowym wzrostem obciążenia silnika moc na jego wejściu rośnie wolniej niż moc moment obrotowy. Ta cecha silników wzbudzenia szeregowego jest jedną z przyczyn ich szerokiego zastosowania jako silników trakcyjnych w transporcie, a także silników dźwigowych w instalacjach dźwigowych, tj. we wszystkich przypadkach napędu elektrycznego z trudnymi warunkami rozruchu i kombinacją znacznych obciążeń silnika wał o niskiej prędkości obrotowej.

Zmiana prędkości znamionowej silnika o wzbudzeniu szeregowym

Gdzie N - prędkość obrotowa przy obciążeniu silnika 25% wartości nominalnej.

Prędkość obrotową silników o wzbudzeniu szeregowym można regulować, zmieniając którąkolwiek z tych wartości napięcie U, lub strumień magnetyczny uzwojenia wzbudzenia. W pierwszym przypadku sterowanie regulacyjne jest połączone szeregowo z obwodem twornika reostat R r (ryc. 29.10, A). Wraz ze wzrostem rezystancji tego reostatu zmniejsza się napięcie na wejściu silnika i jego prędkość obrotowa. Ten sposób sterowania stosowany jest głównie w silnikach małej mocy. W przypadku znacznych mocy silnika metoda ta jest nieekonomiczna ze względu na duże straty energii w R.r . Oprócz, reostat R r , obliczony na podstawie prądu roboczego silnika, okazuje się nieporęczny i kosztowny.

Gdy kilka silników tego samego typu współpracuje razem, prędkość obrotową reguluje się poprzez zmianę ich sposobu przełączania względem siebie (ryc. 29.10, B). Tak więc, gdy silniki są połączone równolegle, każdy z nich znajduje się pod pełnym napięciem sieciowym, a gdy dwa silniki są połączone szeregowo, każdy silnik otrzymuje połowę napięcia sieciowego. Przy jednoczesnej pracy większej liczby silników możliwa jest większa liczba opcji przełączania. Ten sposób regulacji prędkości stosowany jest w lokomotywach elektrycznych, w których zamontowanych jest kilka identycznych silników trakcyjnych.

Możliwa jest zmiana napięcia podawanego na silnik gdy silnik zasilany jest ze źródła prądu stałego o regulowanym napięciu (np. według obwodu podobnego do rys. 29.6, A). Kiedy napięcie dostarczane do silnika maleje, jego właściwości mechaniczne przesuwają się w dół, praktycznie bez zmiany krzywizny (ryc. 29.11).

Ryż. 29.11. Charakterystyka mechaniczna silnika o wzbudzeniu szeregowym przy zmianie napięcia wejściowego

Prędkość obrotową silnika można regulować zmieniając strumień magnetyczny na trzy sposoby: omijając uzwojenie wzbudzenia za pomocą reostatu r rg , dzieląc uzwojenie wzbudzenia i manewrując uzwojeniem twornika za pomocą reostatu r w . Włączenie reostatu r rg , bocznikowanie uzwojenia wzbudzenia (ryc. 29.10, V), a także zmniejszenie rezystancji tego reostatu prowadzi do zmniejszenia prądu wzbudzenia I w = I a - I рг , a co za tym idzie, do zwiększenia prędkości obrotowej. Ta metoda jest bardziej ekonomiczna niż poprzednia (patrz ryc. 29.10, A), jest stosowany częściej i oceniany za pomocą współczynnika regulacji

Zwykle rezystancja reostatu r rg jest tak przyjęte k рг >= 50% .

Podczas dzielenia uzwojenia pola (ryc. 29.10, G) odłączeniu części zwojów uzwojenia towarzyszy wzrost prędkości obrotowej. Podczas manewrowania uzwojeniem twornika za pomocą reostatu r w (patrz ryc. 29.10, V) prąd wzbudzenia wzrasta I in = I a +I рг , co powoduje zmniejszenie prędkości obrotowej. Ten sposób regulacji, choć zapewnia głęboką regulację, jest nieekonomiczny i stosowany bardzo rzadko.

Ryż. 29.10. Regulacja prędkości obrotowej silników o wzbudzeniu szeregowym.