Двигатели последовательного возбуждения

Естественные электромеханические и механические характеристики, область применения. В двигателях последовательного возбуждения ток якоря одновременно является также

током возбуждения: . Поэтому поток Ф изменяется в широких пределах и можно написать

. (9.29)

Коэффициент пропорциональности в значительном диапазоне нагрузок (при I < I_Н) практически постоянен и лишь при I > (0,8¸0,9) I_Н вследствие насыщения магнитной цепи) начинает уменьшаться.

Для двигателя последовательного возбуждения с учетом (9.29)

уравнения частоты вращения и моментов следующие:

, (9.30)

, (9.31)

(9.32)

Электромеханическая характеристика по выражению (9.30) является мягкой и имеет гиперболический характер (рис. 9.16). При малых токах скорость вращения двигателя становится недопустимо большой. Поэтому работа двигателя последовательного возбуждения, за исключением самых маленьких (имеющих высокое сопротивление якоря), на холостом ходу не допускается. Обычно минимально допустимая нагрузка Р ₂ = (0.2 – 0.25) P_H

Естественная механическая характеристика 2 (рис. 9.16) имеет вид аналогичный виду электромеханической характеристики двигателя последовательного возбуждения.

Поскольку у двигателей параллельного возбуждения момент М ~ I, а у двигателей последовательного возбуждения приблизительно ~ и при пуске допускается I = (I.5 – 2.0) I_Н, то двигатели последовательного возбуждения развивают значительно больший пусковой момент по сравнению с двигателями параллельного возбуждения.

Кроме того, у двигателей параллельного возбуждения п = const, а у двигателей последовательного возбуждения, как следует из (9.30) и (9.31), (при R_Я = 0)

~ ~

Поэтому у двигателей параллельного возбуждения мощность P ₂ = W M = 2 pnM ~ М, а у двигателей последовательного - P ₂ = W M = = 2 pnM ~ .

Таким образом, у двигателей последовательного возбуждения при изменении момента нагрузки в широких пределах мощность изменяется в меньших пределах, чем у двигателей параллельного возбуждения. Этим двигателям менее опасны перегрузки по моменту, поэтому они имеют существенное преимущество в случае тяжелых условий пуска и изменения момента нагрузки в широких пределах. Они широко применяются в подъемно-транспортных механизмах и для электрической тяги (трамваи, троллейбусы, электровозы, тепловозы, экскаваторы).

При повышении частоты вращения двигатель не переходит в генераторный режим (характеристика не пересекает ось ординат). Это объясняется тем, что при переходе в режим генератора, при заданном направлении вращения и заданной полярности напряжения, направление тока должно изменяться на обратное, а направление ЭДС Е и полярность полюсов должны сохраняться неизменными, что при изменении направления тока в обмотке возбуждения невозможно.

Способы регулирования частоты вращения этих двигателей те же, что и двигателей параллельного возбуждения.

Регулирование частоты вращения двигателей последовательного возбуждения изменением магнитного потока возможно двумя способами:

1. Шунтированием или секционированием обмотки возбуждения, когда требуется повышение частоты вращения сверх номинальной (рис. 9.17, а, б)

2. Шунтированием обмотки якоря, когда требуется снижение частоты вращения против номинальной (рис. 9.17, в).

Уменьшением величины сопротивления, шунтирующего обмотку возбуждения, уменьшают ток этой обмотки, а следовательно, и поток ее. Частота вращения двигателя увеличивается. При этом

(9.33)

Практически неизменная величина КПД установки объясняется следующим. Сопротивление обмотки возбуждения и падение напряжения на нем малы, поэтому также мало. Потери в сопротивлении незначительны, а суммарные потери на возбуждение при шунтировании даже уменьшаются. Вследствие этого КПД двигателя остается высоким, и такой способ регулирования широко применяют на практике.

При уменьшении величины сопротивления, шунтирующего якорь, увеличивается ток обмотки возбуждения - частота вращения двигателя уменьшается. При этом < , но > I и > , (9.34) < и

< . (9.35)

Так как падение напряжения мало, то сопротивление фактически находится под полным напряжением сети, его значение должно быть значительным, потери в нем будут велики и КПД сильно уменьшится.

Следует отметить, что шунтирование якоря эффективно только при ненасыщенной магнитной цепи. На практике шунтирование якоря используется редко.

Регулирование частоты вращения двигателя включением сопротивления в цепь якоря позволяет регулировать по схеме рис. 9.16, г частота вращения п изменяется вниз от номинальной. Такой способ регулирования находит ограниченное применение вследствие значительных потерь на регулировочном сопротивлении. Электромеханическая (механическая) характеристика показана на рис. 9.16, кривая 3.

Рабочие характеристики. Моментная характеристика двигателя последовательного возбуждения в пределах номинальных нагрузок с учетом (9.32) представляется параболой

(9.36)