Характеристики двигателей последовательного возбуждения

Ток возбуждения двигателя последовательного возбуждения равен току якоря ( I_в = I_а ), и, поэтому, зависимость магнитного потока Ф от тока без учёта насыщения можно считать линейной (Рис.4).

Ф=к₁I_a (5)

Зависимость Ф =f(I_a) называется магнитной характеристикой. С учётом насыщения, вызванного в основном реакцией якоря), характеристика отличается от линейной (пунктирная линия).

Рис. 4- магнитная характеристика двигателя последовательного возбуждения

Все характеристики двигателя последовательного возбуждения получают при постоянном напряжении питания (обычно при U= U_H₀_M ).

Скоростная характеристика n=f(I_a )- Подставив в уравнение (3) выражение (5) для потока в зависимости от тока якоря в соответствии с магнитной характеристикой, получим формулу скоростной характеристики двигателя. Для упрощения анализа пренебрежём насыщением магнитной цепи и будем считать магнитную характеристику линейной:

(6)

Скоростная характеристика имеет вид гиперболы (сплошная линия Рис.5). Реальная характеристика (пунктирная линия) немного отклоняется от теоретической при больших токах.

Рис.5. - Скоростная характеристика двигателя последовательного возбуждения

Подставив в в уравнение (2) выражение (5) получим выражение момента от тока якоря или моментную характеристику (Рис.6)

М=кк₁ (7)

Рис.6.- Моментная характеристика двигателя последовательного возбуждения

Из (7) получим уравнение тока , подставив которое в (6) получим выражение для механической характеристики n=f(М)

(8)

Рис.7 - Механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения

Из выражения (8) следует, что механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения при U = const так же, как и его скоростная характеристика, имеет практически гиперболический вид (рис. 7) Особенностью механической характеристики двигателя последовательного возбуждения является ее большая крутизна в области малых значений тока якоря. Из уравнения (8) следует также, что ось ординат (ось п) является асимптотой для этой характеристики.

При М —> О частота вращения двигателя стремится к бесконечности. В этом случае говорят, что двигатель идет вразнос. Чрезмерное повышение частоты вращения опасно для механической прочности якоря, так как из-за больших значений центробежных сил, возникающих в этом случае, может нарушиться целость бандажей, удерживающих обмотку якоря, и произойти разрушение коллектора. Следовательно, нельзя допускать работу двигателя последовательного возбуждения при холостом ходе и малых нагрузках, т. е. нагрузка не должна быть меньше 25... 30 % номинальной. Лишь для двигателей малой мощности (десятки ватт) допустима работа при холостом ходе, так как их собственный момент потерь М₀ достаточно велик.

Вследствие сильной зависимости частоты вращения от нагрузки механические и скоростные характеристики двигателей последовательного возбуждения называют мягкими.

Характеристики двигателей смешанного возбуждения занимают промежуточное положение между соответствующими характеристиками двигателей параллельного и последовательного возбуждения. При слабой последовательной обмотке они будут приближаться к характеристикам двигателя параллельного возбуждения, а при сильной — к характеристикам двигателя последовательного возбуждения.

Рис.8-Механические характеристики

Сравнение характеристик двигателей. Двигатели параллельного (независимого) возбуждения имеют жёсткую (Рис. 8) механическую характеристику и, поэтому, применяются в установках, требующих постоянной частоты вращения механизмов, таких как станки, прокатные станы и т.д. Двигатели последовательного возбуждения имеют квадратичную зависимость момента от тока якоря, поэтому применяются при необходимости больших пусковых моментов и больших перегрузках по моменту. Двигатели последовательного возбуждения находят применение на транспорте и в подъёмных устройствах.

Способы и условия пуска двигателей постоянного тока

При пуске двигателя (п -0) ЭДС, наводимая в обмотке якоря, равна нулю, а следовательно, в соответствии с уравнением U=E+IR_a пусковой ток, будет равен Iпус=U/R_a

Поскольку сопротивление цепи якоря R_a невелико, то при пуске с поминальным напряжением (U= U_H₀_M) ток якоря в 10...50 раз будет превышать свое поминальное значение. Такой ток недопустим пи для щеток (из-за чрезмерных плотностей тока и сильного искрения под ними), ни для обмоток (из-за больших электродинамических усилий, пропорциональных квадрату тока якоря), ни для сети (из-за больших падений напряжения в ней). Кроме того, пропорционально росту тока увеличивается электромагнитный момент двигателя, что может привести к поломке узла, соединяющего вал двигателя и приводимою механизма. Но условиям работы коллекторно-щеточного узла допустимый пусковой ток 1_апус< 2,5I_аном.

Таким образом, прямой пуск (прямое включение в сеть) допустим только для двигателей малой мощности с относительно большим сопротивлением цепи якоря. Пусковой ток более мощных двигателей необходимо уменьшать до указанных выше значений, что достигается снижением подводимого напряжения или включением последовательно с обмоткой якоря добавочного активного сопротивления (пускового реостата).

Пуск при пониженном напряжении можно осуществить, если двигатель подключен к отдельному регулируемому источнику постоянного тока, В этом случае напряжение источника плавно увеличивают при включении двигателя, что позволяет избежать больших толчков тока. Начальное напряжение при пуске должно обеспечивать в первый момент (n=0) пусковой ток в цепи якоря 1_апус< 2,5I_аном. Те же условия надо соблюдать при использовании пускового реостата.

На рис.9 приведена схема включения пускового реостата ограничивающего ток при пуске. Чтобы не снижать пусковой момент и не ограничивать время пуска двигателя (параллельного возбуждения) надо производить пуск при максимальном магнитном потоке, для чего обмотку возбуждения необходимо включать на полное напряжение питания, как показано на рис.9.

При пуске двигателя последовательного возбуждения протекает большой пусковой ток, что всегда обеспечивает максимум магнитного потока. Нельзя производить пуск двигателя последовательного возбуждения при малой нагрузке, чтобы двигатель не пошёл вразнос.