Учебное пособие: Синхронные машины. Машины постоянного тока
При случайном увеличении тока нагрузки свыше Iн2
напряжение генератора uг становится меньше напряжения сети u,
следовательно, производная diв/dt будет отрицательной, т.е. ток нагрузки начнет уменьшаться,
стремясь к установившемуся значению Iн2. При случайном
уменьшении тока ниже Iн2 напряжение иг >
и, производная diн/dt > 0 и ток нагрузки начнет возрастать до установившегося
значения Iн2.
Генератор с последовательным возбуждением устойчиво
работать параллельно с сетью не может, так
как его напряжение Uг увеличивается при
возрастании тока нагрузки Iн (рис. 2.58, а). Поэтому
при случайном отклонении тока якоря от некоторого установившегося значения Iн,
при котором Uг = U (точка А), машина сбрасывает нагрузку или переходит
в режим работы, соответствующий очень большому току.
Внешняя характеристика генератора со смешанным возбуждением
(рис. 2.58, б) имеет две точки пересечения с прямой U = const. Точка А
соответствует неустойчивому режиму работы, а точка В-устойчивому.
Однако и генератор со смешанным возбуждением для параллельной работы с сетью
применяют редко, так как для него характерны броски тока при переходе из
неустойчивого режима в устойчивый.
Рис. 2.58 – Определение
тока нагрузки при подключении к сети генераторов с последовательным и смешанным
возбуждением
Машина постоянного тока с независимым и параллельным
возбуждением, подключенная к сети с постоянным напряжением U, может работать как в генераторном, так и в двигательном
режиме и переходить из одного режима работы в другой.
Для контура «обмотка якоря – сеть» можно согласно II закону
Кирхгофа написать уравнение
 , (2.73а)
Откуда
 . (2.73б)
Если Е > U, то ток Iа совпадает
по направлению с э. д. с. Е и машина работает в генераторном режиме
(рис. 2.59, а). При этом электромагнитный момент М противоположен
направлению вращения n, т.е. является тормозным. Уравнение (2.73а) для
генераторного режима может быть записано в виде
U = E-IaΣr (2.74а)
Если же Е <.U, то ток Iа в уравнении (2.73б) меняет свой
знак и будет направлен против э. д. с. Е. В соответствии с этим изменит
свой знак и электромагнитный момент М, т.е. он будет действовать по
направлению вращения n. При этом машина будет работать в двигательном
режиме (рис. 2.59, б) и уравнение (2.73а) примет вид
 , (2.74б)
если за положительное направление тока Iа для
двигигильного режима принять его направление, встречное к э.д.с, Е.
Рис. 2.59 – Направление
тока I0 и электромагнитного момента М при работе машины
постоянного тока в генераторном и двигательном режимах
Таким образом, генераторы с независимым и параллельным
возбуждением, подключенные к сети с напряжением U, автоматически переходят в двигательный режим, если их э. д.
с. Е становится меньше напряжения сети U. Точно так же
рассматриваемые двигатели автоматически переходят в генераторный режим, когда
их э. д. с. Е становится больше U.
Рис. 2.60 – Схема
двигателя с параллельным возбуждением, зависимости его момента и частоты
вращения от тока якоря
При работе машины
постоянного тока в двигательном режиме э. д. с. Е и вращающий момент M определяются теми
же формулами, что и для генератора
 ; (2.75)
 , (2.76)
но момент имеет противоположное направление. Из (2.74б) и (2.75)
можно получить формулу для определения частоты вращения
 . (2.77)
Свойства двигателей
постоянного тока, как и генераторов, в основном определяются способом питания
обмотки возбуждения. В связи с этим различают двигатели с параллельным,
независимым последовательным и смешанным возбуждением. Схемы включения
двигателей отличаются от схем включения соответствующих генераторов только
наличием пускового реостата, который вводится для ограничения тока при пуске.
Двигатель с параллельным возбуждением. В этом двигателе (рис. 2.60, а) обмотка
возбуждения подключена параллельно с обмоткой якоря к сети. В цепь обмотки
возбуждения включен регулировочный реостат rр.в, а в цепь
якоря–пусковой реостат rп. Характерной особенностью двигателя
является то, что ток возбуждения Iв не зависит от тока якоря Ia (тока нагрузки), так
как питание обмотки возбуждения по существу независимое. Поэтому, пренебрегая
размагничивающим действием реакции якоря, можно приближенно считать, что и
поток двигателя не зависит от нагрузки. При этом условии согласно (2.76) и (2.77)
получим, чтс зависимости M = f(Ia) и n=f(Ia) (моментная и
скоростная характеристики) будут линейными (рис. 2.60, б).
Следовательно, линейной будет и механическая характеристика двигателя n = f(M) (см. рис. 2.61, а). Если в цепь якоря включен
добавочный резистор или реостат с сопротивлением rп, то
 , (2.77а)
где n0 = U/(сеФ) –
частота вращения при холостом ходе; Δn = (∑r + rп) Iа/(сеФ) –
уменьшение частоты, обусловленное суммарным падением напряжения во всех
сопротивлениях, включенных в цепь якоря двигателя.
Величина Δn, т.е. сумма
сопротивлений ∑r + rп, определяет наклон скоростной n = f(Ia) и механической М
= f(Iа) характеристик к оси абсцисс. При отсутствии в
цепи якоря добавочного сопротивления rп указанные
характеристики будут «жесткими» (естественные характеристики 1 на рис. 2.60,
б и 2.61, а), так как падение напряжения Iа∑r
в обмотках машины, включенных в цепь якоря, при номинальной нагрузке составляет
лишь 3–5% от Uном. При включении
добавочного сопротивления rп угол наклона этих характеристик
возрастает, вследствие чего образуется семейство реостатных характеристик 2,
3, 4, соответствующих различным значениям rп2, rп3
и rп4. Чем больше сопротивление rп, тем
больший угол наклона имеет реостатная характеристика, т.е. тем она «мягче».
Следует отметить, что реакция якоря, уменьшая несколько поток машины Ф при
нагрузке, стремится придать естественной механической характеристике
отрицательный угол наклона, при котором частота вращения n возрастает с
увеличением момента М. Однако двигатель с такой характеристикой в
большинстве электроприводов устойчиво работать не может. Поэтому современные
мощные двигатели с параллельным возбуждением часто снабжают небольшой
последовательной обмоткой возбуждения, которая придает механической
характеристике необходимый наклон. М. д. с. этой обмотки при токе Iном
составляет 10% от м. д. с. параллельной обмотки.
Рис. 2.61 – Механические
и рабочие характеристики двигателя с параллельным возбуждением
Регулировочный реостат rp.в позволяет
изменять ток возбуждения двигателя Iв и его магнитный поток Ф. Как
следует из (2.77а), при этом будет изменяться и частота вращения n. В
цепь обмотки возбуждения выключатели и предохранители не устанавливают, так как
при разрыве этой цепи и небольшой нагрузке на валу частота вращения двигателя
резко возрастает (двигатель идет в «разнос»). При этом сильно увеличивается ток
якоря и возникает круговой огонь.
На рис. 2.61, б изображены рабочие
характеристики рассматриваемого двигателя. Они представляют собой зависимости
потребляемой мощности P1 тока Ia ≈ Iн,
частоты вращения n, момента М и к. п. д. η от отдаваемой
мощности Р2 на валу двигателя при U = const и Iв = const.
Характеристики n = f(P2) и M = f(Р2), как следует из
рассмотренных ранее положений, являются линейными, а зависимости Pl = f(P2), Ia = f(P2) и η =
f(P2) имеют характер, общий для всех электрических машин. Иногда
рабочие характеристики строят в зависимости от тока якоря Iа.
В случае, если обмотка якоря двигателя и обмотка
возбуждения подключены к источникам питания с различными напряжениями, его
называют двигателем с независимым возбуждением. Такие двигатели
применяют в электрических приводах, у которых питание двигателей осуществляется
от генераторов или полупроводниковых преобразователей. Механические и рабочие
характеристики двигателя с независимым возбуждением аналогичны характеристикам двигателя
с параллельным возбуждением, так как у них ток возбуждения Iв
также не зависит от тока якоря Iа.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43 |
