Схема двигателя последовательного возбуждения: Двигатели последовательного возбуждения | Электротехника

Двигатели последовательного возбуждения | Электротехника

Схема двигателя. Схема двигателя последовательного возбуждения изображена на рис. 1.31. Ток, потребляемый двигателем из сети, протекает по якорю и обмотке возбуждения, соединенной с якорем последовательно. Поэтому I =  I_я = I_в.

Также последовательно с якорем включен пусковой реостат R_п, который, как и у двигателя параллельного возбуждения, после выпуска выводится.

Уравнение механической характеристики. Уравнение механической характеристики может быть получено из формулы (1.6). При токах нагрузки, меньших (0,8 – 0,9) I_ном, можно считать, что магнитная цепь двигателя не насыщена и магнитный поток Ф пропорционален току I : Ф = kI, где k = const. (При больших токах коэффициент k несколько уменьшается). Заменяя в (1.2) Ф, получаем М = С_м kI откуда

I_я =

Ф =.                                            (1.10)

Подставим Ф в (1.6):

n = (1.11)

График, соответствующий (1.11), представлен на рис. 1.32 (кривая 1). При изменении момента нагрузки частота вращения двигателя резко изменяется – характеристики подобного типа называются «мягкими».  При  холостом  ходе,  когда М » 0, частота вращения двигателя безгранично возрастает и двигатель «идет вразнос».

Ток, потребляемый двигателем последовательного возбуждения, при увеличении нагрузки растет в меньшей степени, чем у двигателя параллельного возбуждения. Это объясняется тем, что одновременно с ростом тока растет поток возбуждения и вращающий момент становится равным моменту нагрузки при меньшем токе. Эта особенность двигателя последовательного возбуждения используется там, где есть значительные механические перегрузки двигателя: на электрифицированном транспорте, в подъемно-транспортных механизмах и других устройствах.

Регулирование частоты вращения. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока, как указывалось выше, возможно тремя способами.

Изменение возбуждения можно осуществить включением реостата R_р1 параллельно обмотке возбуждения (см. рис. 1.31) или включением реостата R_р2 параллельно якорю. При включении реостата R_р1 параллельно обмотке возбуждения магнитный поток Ф можно уменьшать от номинального до минимального Ф_min. Частота вращения двигателя при этом будет увеличиваться (в формуле (1.11) уменьшается коэффициент k). Механические характеристики, соответствующие этому случаю, показаны на рис. 1.32, кривые 2, 3. При включении реостата параллельно якорю ток в обмотке возбуждения, магнитный поток и коэффициент k увеличиваются, а частота вращения двигателя уменьшается. Механические характеристики для этого случая изображены на рис. 1.32, кривые 4, 5. Однако регулирование вращения реостатом, включенном параллельно якорю, применяется редко, так как потери мощности в реостате и КПД двигателя уменьшается.

Изменение частоты вращения путем изменения сопротивления цепи якоря возможно при включении реостата R_р3 последовательно в цепь якоря (рис. 1.31). Реостат R_р3 увеличивает сопротивление цепи якоря, что ведет к уменьшению частоты вращения относительно естественной характеристики. (В (1.11) вместо R_я надо подставить R_я + R_р3.) Механические характеристики при этом способе регулирования представлены на рис. 1.32, кривые 6, 7. Подобное регулирование используется сравнительно редко из-за больших потерь в регулировочном реостате.

Наконец, регулирование частоты вращения изменением напряжения сети, как и в двигателях параллельного возбуждения, возможно только в сторону уменьшения частоты вращения при питании двигателя от отдельного генератора или управляемого выпрямителя. Механическая характеристика при этом способе регулирования изображена на рис. 1.32, кривая 8. При наличии двух двигателей, работающих на общую нагрузку, они с параллельного соединения могут переключаться на последовательное, напряжение U на каждом двигателе при этом уменьшается вдвое, соответственно уменьшается и частота вращения.

Тормозные режимы двигателя последовательного возбуждения. Режим генераторного торможения с отдачей энергии в сеть в двигателе последовательного возбуждения невозможен, так как получить частоту вращения n>n_{xне представляется возможным (nх = ).}

Режим торможения противовключением можно получить, так же как в двигателе параллельного возбуждения, путем переключения выводов обмотки якоря или обмотки возбуждения.

ДПТ последовательного возбуждения | Электрикам

В этом двигателе обмотка возбуждения включена последова­тельно в цепь якоря (рис. 29.9, а), поэтому магнитный поток Ф в нем зависит от тока нагрузки I = I_a = I_в. При небольших нагрузках магнитная система машины не насыщена и зависимость магнитно­го потока от тока нагрузки прямо пропорциональна, т. е. Ф = k_ф I_a  (k_ф  — коэффициент пропорциональности).   В этом случае найдем электромагнитный момент:

Формула частоты вращения примет вид

. (29.15)

На рис. 29.9, б представлены рабочие характеристики M = F(I) и n= (I) двигателя последовательного возбуждения. При больших нагрузках наступает насыщение магнитной системы двигателя. В этом случае магнитный поток при возрастании нагрузки практически не изменяется и характеристики двигате­ля приобретают почти прямолинейный характер. Характери­стика частоты вращения двигателя последовательного возбуж­дения показывает, что частота вращения двигателя значительно меняется при изменениях нагрузки. Такую характеристику принято называть мягкой.

Рис. 29.9. Двигатель последовательного возбуждения:

а — принципиальная схема; б — рабочие характеристики; в — механические характеристики; 1 — естественная характеристика; 2 — искусственная характе­ристика

При уменьшении нагрузки двигателя последовательного воз­буждения частота вращения резко увеличивается и при нагрузке меньше 25% от номинальной может достигнуть опасных для дви­гателя значений («разнос»). Поэтому работа двигателя последова­тельного возбуждения или его пуск при нагрузке на валу меньше 25% от номинальной недопустима.

Для более надежной работы вал двигателя последовательного возбуждения должен быть жестко соединен с рабочим механиз­мом посредством муфты и зубчатой передачи. Применение ремен­ной передачи недопустимо, так как при обрыве или сбросе ремня может произойти «разнос» двигателя. Учитывая возможность ра­боты двигателя на повышенных частотах вращения, двигатели по­следовательного возбуждения, согласно ГОСТу, подвергают ис­пытанию в течение 2 мин на превышение частоты вращения на 20% сверх максимальной, указанной на заводском щите, но не меньше чем на 50% сверх номинальной.

Механические характеристики двигателя последовательного возбуждения n=f(M) представлены на рис. 29.9, в. Резко падающие кривые механических характеристик (естественная 1 и искус­ственная 2) обеспечивают двигателю последовательного возбуж­дения устойчивую работу при любой механической нагрузке. Свойство этих двигателей развивать большой вращающий момент, пропорциональный квадрату тока нагрузки, имеет важное значе­ние, особенно в тяжелых условиях пуска и при перегрузках, так как с постепенным увеличением нагрузки двигателя мощность на его входе растет медленнее, чем вращающий момент. Эта особенность двигателей последовательного возбуждения является одной из причин их широкого применения в качестве тяговых двигателей на транспорте, а также в качестве крановых двигателей в подъем­ных установках, т. е. во всех случаях электропривода с тяжелыми условиями пуска и сочетания значительных нагрузок на вал двига­теля с малой частотой вращения.

Номинальное изменение частоты вращения двигателя после­довательного возбуждения

, (29.16)

где n_[0,25] — частота вращения при нагрузке двигателя, составляю­щей 25% от номинальной.

Частоту вращения двигателей последовательного возбуждения можно регулировать изменением либо напряжения U, либо маг­нитного потока обмотки возбуждения. В первом случае в цепь якоря последовательно включают регулировочный реостат R_рг (рис. 29.10, а). С увеличением сопротивления этого реостата уменьшаются напряжение на входе двигателя и частота его вра­щения. Этот метод регулирования применяют главным образом в двигателях небольшой мощности. В случае значительной мощно­сти двигателя этот способ неэкономичен из-за больших потерь энергии в R_рг . Кроме того, реостат R_рг , рассчитываемый на рабочий ток двигателя, получается громоздким и дорогостоящим.

При совместной работе нескольких однотипных двигателей частоту вращения регулируют изменением схемы их включения относительно друг друга (рис. 29.10, б). Так, при параллельном включении двигателей каждый из них оказывается под полным напряжением сети, а при последовательном включении двух дви­гателей на каждый двигатель приходится половина напряжения сети. При одновременной работе большего числа двигателей воз­можно большее количество вариантов включения. Этот способ регулирования частоты вращения применяют в электровозах, где установлено несколько одинаковых тяговых двигателей.

Изменение подводимого к двигателю напряжения возможно при питании двигателя от источника постоянного тока с регулируемым напряжением (например, по схеме, аналогичной рис. 29.6, а). При уменьшении подводимого к двигателю напряжения его механические характеристики смещаются вниз, практически не меняя своей кривизны (рис. 29.11).

Рис. 29.11. Механические характеристики двигателя последовательного возбуждения при изменении подводимого напряжения

Регулировать частоту вращения двигателя изменением маг­нитного потока можно тремя способами: шунтированием обмотки возбуждения реостатом r_рг, секционированием обмотки возбужде­ния и шунтированием обмотки якоря реостатом r_ш. Включение реостата r_рг, шунтирующего обмотку возбуждения (рис. 29.10, в), а также уменьшение сопротивления этого реостата ведет к сниже­нию тока возбуждения I_в = I_a — I_рг, а следовательно, к росту частоты вращения. Этот способ экономичнее предыдущего (см. рис. 29.10, а), применяется чаще и оценива­ется коэффициентом регули­рования

.

Обычно сопротивление рео­стата r_рг принимается таким, чтобы k_рг >= 50%.

При секционировании об­мотки возбуждения (рис. 29.10, г) отключение части витков об­мотки сопровождается ростом частоты вращения. При шунти­ровании обмотки якоря реоста­том r_ш (см. рис. 29.10, в) увели­чивается ток возбуждения I_в = I_a+I_рг, что вызывает уменьшение частоты вращения. Этот способ регулирования, хотя и обеспечивает глубокую регулировку, неэкономичен и применяется очень редко.

Рис. 29.10. Регулирование частоты вращения двигателей последователь­ного возбуждения.

27.12.2014

Электрические машины,Машины постоянного тока,Двигатель постоянного тока,ДПТ

Электрические машины постоянного тока

Типы двигателей постоянного тока — Шунтовые, серийные и двигатели со смешанной обмоткой

A Постоянный ток Moto r, DC назван в соответствии с соединением обмотки возбуждения с якорем. В основном существует два типа двигателей постоянного тока. Один из них представляет собой двигатель постоянного тока с независимым возбуждением , а другой — двигатель постоянного тока с самовозбуждением .

Двигатели с самовозбуждением далее классифицируются как Шунтовая обмотка или параллельный двигатель, Серийная обмотка или серийный двигатель и Комбинированная обмотка или составной двигатель.

Двигатель постоянного тока преобразует электрическую энергию в механическую. Конструкция двигателя постоянного тока и генератора одинакова. Но двигатель постоянного тока имеет широкий диапазон скоростей и хорошую регулировку скорости в электрической тяге.

Принцип работы двигателя постоянного тока основан на том, что проводник с током помещается в магнитное поле и на него действует механическая сила.

Двигатель постоянного тока обычно используется в местах, где требуется защитный кожух, например, влагонепроницаемый, огнестойкий и т. д. в соответствии с требованиями. Подробное описание различных типов двигателей приведено ниже.

Комплектация:

• Двигатель постоянного тока с независимым возбуждением
• Двигатель постоянного тока с самовозбуждением
• Двигатель с параллельным возбуждением

Двигатель с обмоткой серии

• Двигатель с комбинированной обмоткой

Двигатель постоянного тока с независимым возбуждением

Как видно из названия, катушки возбуждения или обмотки возбуждения питаются от отдельного источника постоянного тока, как показано на принципиальной схеме ниже:

Двигатель постоянного тока с независимым возбуждением

Двигатель постоянного тока с самовозбуждением

Как следует из названия подразумевает самовозбуждение, следовательно, в этом типе двигателя ток в обмотках подается самой машиной или двигателем. Двигатель постоянного тока с самовозбуждением подразделяется на двигатель с параллельной обмоткой и двигатель с последовательной обмоткой. Они подробно объясняются ниже.

Двигатель с параллельным возбуждением

Это наиболее распространенный тип двигателя постоянного тока. Здесь обмотка возбуждения подключена параллельно якорю, как показано на рисунке ниже:

Двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой

Уравнения тока, напряжения и мощности для параллельного двигателя записываются следующим образом.

Применяя KCL на развязке A на рисунке выше.

Сумма входящих токов в A = сумма исходящих токов в A.

Где,

I — входной линейный ток
Ia — ток якоря
Ish — ток возбуждения шунта

Уравнение (1) — это уравнение тока.

Уравнения напряжения записываются с использованием закона напряжения Кирхгофа (KVL) для цепи обмотки возбуждения.

Для цепи обмотки якоря уравнение будет иметь вид:

Уравнение мощности будет иметь вид:

Потребляемая мощность = развиваемая механическая мощность + потери в якоре + потери в возбуждении.

Умножая уравнение (3) на Ia, получаем следующие уравнения.

Где,

VI _a – электрическая мощность, подводимая к якорю двигателя.

Серийный двигатель с обмоткой

В последовательном двигателе обмотка возбуждения соединена последовательно с обмоткой якоря. Схема подключения показана ниже: Двигатель с обмоткой серии

Применяя KCL на рисунке выше:

Где,

I _se — последовательный ток возбуждения

Уравнение напряжения можно получить, применив KVL на приведенном выше рисунке.

Уравнение мощности получается умножением уравнения (8) на I получаем

Потребляемая мощность = развиваемая механическая мощность + потери в якоре + потери в поле (10), мы получим уравнение, показанное ниже:

Двигатель с комбинированной обмоткой

Двигатель постоянного тока, имеющий как шунтирующую, так и последовательную обмотку возбуждения, называется составным двигателем . Схема соединения составного двигателя показана ниже: Составной двигатель

Составной двигатель далее подразделяется на составной двигатель и дифференциальный двигатель . В комбинированном двигателе поток, создаваемый обеими обмотками, имеет одинаковое направление, т.е.0009

Положительный и отрицательный знаки указывают на направление потока, создаваемого в обмотках возбуждения.

Все о двигателях постоянного тока с обмоткой серии: что это такое и как они работают

Кажется, невозможно представить мир без электродвигателя.

Все, что используется в повседневной жизни, — автомобиль, бытовая техника, даже розетки, которые дают нам постоянное электричество, — не было бы здесь, если бы не эти очень полезные машины. Благодаря достижениям 19В 20-м веке и позже мы можем преобразовывать электрический ток в полезное механическое движение для выполнения всевозможных удивительных задач. В этой статье основное внимание будет уделено двигателю постоянного тока, одной из старейших форм электродвигателей, и тому, какую пользу он приносит нам по сей день. Мы специально исследуем двигатель постоянного тока с последовательной обмоткой (часто называемый «последовательным двигателем постоянного тока»), который почти во всех аспектах подобен другим типам двигателей постоянного тока, но имеет некоторые важные уникальные свойства. Эта статья призвана помочь читателям понять, что такое двигатель постоянного тока с последовательной обмоткой, как он работает и какие области применения могут быть полезны благодаря этой прочной конструкции электродвигателя.

Что такое двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением и как они работают?

В большинстве случаев серийный двигатель постоянного тока идентичен другим типам коллекторных двигателей постоянного тока по конструкции и работе. Он состоит из двух жизненно важных компонентов, статора и ротора, которые взаимодействуют электрически и магнитно, создавая вращательное движение на выходном валу. Базовая конструкция двигателей постоянного тока относительно проста, и упрощенная принципиальная схема показана на рисунке 1:

.

Рисунок 1: Принципиальная принципиальная схема двигателей постоянного тока. На этой диаграмме намеренно неясно показано, где находится поле статора по отношению к якорю; его расположение и источник питания являются основным отличием некоторых двигателей постоянного тока.

Как показано, поле статора воздействует на весь узел ротора, создавая постоянное магнитное поле; это поле может быть создано с помощью постоянного магнита или электромагнита, состоящего из проволочной обмотки (известной как «обмотка возбуждения», как показано на рисунке 1). Источник питания постоянного тока подключен к щеткам, зажимающим ротор, который представляет собой вращающийся узел, содержащий якорь, обмотки якоря, кольца коллектора и выходной вал. Якорь состоит из металлических пластин, в которых размещена обмотка якоря, расположенная вокруг выходного вала. Это непрерывная катушка проводящего провода, которая проходит через пластины якоря и заканчивается на кольцах коммутатора.

Якорь, при питании от защемления щеток на кольцах коллектора, действует как электромагнит и создает собственное магнитное поле так же, как и обмотка возбуждения. Когда оператор включает источник постоянного тока, ток проходит через щетки, через кольца коммутатора и в катушки якоря, где поле якоря начинает противодействовать постоянному магнитному полю статора. Затем ротор магнитным образом «отталкивается» от поля статора, но, поскольку он может вращаться только на месте, он создает полезную механическую мощность на выходном валу.

Зная эту информацию об общей работе двигателя постоянного тока, на рис. 2 теперь показано конкретное расположение серийных двигателей постоянного тока:

Рис. 2: Упрощенная принципиальная схема двигателей постоянного тока с последовательной обмоткой. Обратите внимание, как обмотка возбуждения последовательно соединена с узлом ротора.

Изучив рис. 2, становится ясно, почему эти двигатели известны как двигатели постоянного тока с «последовательной обмоткой»; их обмотка возбуждения питается от источника постоянного тока и включена последовательно с обмоткой якоря. Это означает, что тот же ток, который питает обмотки якоря, также питает обмотки возбуждения. Чтобы сделать это эффективно, обмотка возбуждения намотана всего несколькими витками провода большого сечения, чтобы она могла выдерживать полный ток якоря, а также ток статора и обеспечивать минимально возможное сопротивление. Это противоположно шунтирующим двигателям постоянного тока, обмотки возбуждения которых подключаются параллельно якорю, что приводит к различным эффектам (полное объяснение см. в нашей статье о шунтирующих двигателях постоянного тока). Если поменять местами выводы обмотки возбуждения или обмотки ротора, это может привести к изменению направления вращения двигателя на противоположное и сделать эти двигатели реверсивными. Кроме того, с некоторыми незначительными модификациями эти двигатели могут работать от переменного тока и известны как универсальные щеточные двигатели.

Технические характеристики двигателя постоянного тока с обмоткой серии

Существует несколько основных спецификаций, которые могут помочь разработчикам выбрать правильную модель двигателя постоянного тока, и в этой статье мы кратко рассмотрим некоторые из них. Обратите внимание, что двигатели серии постоянного тока имеют больше спецификаций, чем описано в этом разделе, и в нем описаны только основные значения, которые должны быть известны в большинстве случаев.

Номинальное (номинальное) напряжение

Номинальное напряжение описывает источник питания постоянного тока, необходимый для работы двигателя. Это минимальное используемое значение, но допустимо и несколько большее значение. Обратите внимание, что использование более высокого напряжения может привести к повреждению/перегоранию двигателя из-за большого тока в обмотке возбуждения, поэтому следует соблюдать осторожность при превышении номинального напряжения.

Срок службы щетки

В этих двигателях используется механическая коммутация для подключения источника питания к обмоткам якоря; в результате угольные щетки, которые являются точками соединения для этой коммутации, со временем изнашиваются и должны периодически заменяться. Большинство двигателей постоянного тока обеспечивают срок службы используемых щеток (обычно в часах), и важно отслеживать, как долго щетки используются, чтобы предотвратить их повреждение.

Непрерывная и пиковая мощность

Мощность серийного двигателя постоянного тока, выраженная в л.с. или кВт, представляет собой выходную энергию, обеспечиваемую двигателем. Серийный двигатель постоянного тока в непрерывных приложениях должен быть рассчитан на его непрерывную мощность, поскольку пиковая мощность должна использоваться только в течение коротких периодов времени, например, при пуске.

Диапазон скоростей

Двигатели постоянного тока серии

, когда их выходной вал разгружен, будут продолжать ускоряться, пока не разрушат себя. Это является следствием соединения обмотки возбуждения последовательно с якорем и является наиболее существенным недостатком этих двигателей. По этой причине эти двигатели ни при каких обстоятельствах не должны работать без нагрузки и всегда должны быть под нагрузкой. В большинстве листов спецификаций указан безопасный/максимальный диапазон оборотов, при котором эти двигатели не сломаются, и их следует тщательно учитывать при выборе модели двигателя.

Применение и критерии выбора

Из-за больших катушек в обмотках эти двигатели обеспечивают большой пусковой момент на низкой скорости. Обычно они предназначены для создания максимально возможного пускового момента и часто используются в качестве стартеров для других двигателей или в других промышленных приложениях. Как указывалось ранее, их управление скоростью довольно плохое, и управление скоростью достижимо только с помощью частотно-регулируемых приводов (ЧРП); однако, как правило, не рекомендуется использовать последовательный двигатель постоянного тока, если для конструкции важно регулирование скорости, поскольку другие электродвигатели были разработаны для достижения этой цели без дополнительных недостатков, таких как синхронные двигатели, асинхронные двигатели и шаговые двигатели (подробнее информацию можно найти в наших статьях все о синхронных двигателях, асинхронных двигателях и шаговых двигателях).

Это не означает, что двигатели постоянного тока с последовательной обмоткой обязательно менее полезны, чем электродвигатели других конструкций. Их нелинейная скорость и повышенный начальный крутящий момент наиболее эффективно используются с большими грузами, такими как краны, лебедки и другие машины, которые должны перемещать тяжелые грузы медленно, а более легкие — быстрее. Его конструкция с переменной скоростью позволяет использовать его в пылесосах, швейных машинах, электроинструментах, тяговых устройствах, лифтах и ​​многом другом. Это рабочая лошадка современной промышленности и отличная машина, если использовать ее в правильных условиях.

Резюме

В этой статье представлено понимание того, что такое двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением и как они работают. Для получения дополнительной информации о сопутствующих продуктах обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу поиска поставщиков Thomas, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть сведения о конкретных продуктах.

Источники:

1. https://itp.nyu.edu/physcomp/lessons/dc-motors/dc-motors-the-basics/
2. http://www.