Alalisvoolu elektriahelad ja nende omadused

Omadused DC mootorid määratakse peamiselt ergutuspooli sisselülitamise viisi järgi. Sõltuvalt sellest eristatakse elektrimootoreid:

1. sõltumatult ergastatud: ergutusmähise toiteallikaks on väline alalisvooluallikas (erguti või alaldi),

2. paralleelne ergutus: väljamähis on ühendatud paralleelselt armatuurimähisega,

3. jadaergutus: ergutusmähis on ühendatud järjestikku armatuurimähisega,

4. segaergutusega: on kaks väljamähist, millest üks on paralleelselt ühendatud armatuurimähisega ja teine ​​sellega järjestikku.

Kõigil neil elektrimootoritel on sama seade ja need erinevad ainult ergutusmähise ehituse poolest. Nende elektrimootorite ergutusmähised teostatakse samamoodi nagu sisse vastavad generaatorid.

Sõltumatult põnevil alalisvoolu elektrimootor

Selles elektrimootoris (joon.1, a) armatuurimähis on ühendatud peamise alalisvooluallikaga (alalisvooluvõrk, generaator või alaldi) pingega U ja ergutusmähis on ühendatud abiallikaga pingega UB. Reguleeriv reostaat Rp on kaasatud ergutusmähise ahelasse ja käivitusreostaat Rn on kaasatud armatuurimähise ahelasse.

Reguleerivat reostaati kasutatakse mootori armatuuri kiiruse reguleerimiseks ja käivitusreostaati kasutatakse armatuuri mähises oleva voolu piiramiseks käivitamisel. Elektrimootori iseloomulik tunnus on see, et selle ergutusvool Iv ei sõltu armatuuri mähises olevast voolust Ii (koormusvool). Seetõttu, jättes tähelepanuta armatuuri reaktsiooni demagnetiseeriva efekti, võime ligikaudu eeldada, et mootori voog F ei sõltu koormusest. Elektromagnetilise momendi M ja kiiruse n sõltuvused voolust I on lineaarsed (joonis 2, a). Seetõttu on ka mootori mehaanilised omadused lineaarsed — sõltuvus n (M) (joonis 2, b).

Kui armatuuriahelas pole takistusega Rn reostaadi, on kiirus ja mehaanilised omadused jäigad, st väikese kaldenurgaga horisontaaltelje suhtes, kuna pingelang IяΣRя masina mähistes sisaldub armatuuriahel nimikoormusel on ainult 3-5% Unomist. Neid omadusi (sirged 1 joonisel 2, a ja b) nimetatakse loomulikeks. Kui armatuuri ahelasse on lülitatud takistusega Rn reostaat, suureneb nende karakteristikute kaldenurk, mille tulemusena saadakse reostaadi karakteristikute 2, 3 ja 4 perekond, mis vastab erinevatele väärtustele. Rn1, Rn2 ja Rn3.

Riis. 1.Sõltumatu (a) ja paralleelse (b) ergutusega alalisvoolumootorite skemaatilised diagrammid

Riis. 2. Sõltumatu ja paralleelse ergutamisega alalisvooluga elektrimootorite omadused: a — kiirus ja pöördemoment, b — mehaaniline, c — töötamine Mida suurem on takistus Rn, seda suurem on reostaadi karakteristiku kaldenurk, st. on pehmem.

Reguleeriv reostaat Rpv võimaldab muuta mootori ergutusvoolu Iv ja selle magnetvoogu F. Sel juhul muutub ka pöörlemissagedus n.

Ergastuspooli ahelasse ei paigaldata lüliteid ja kaitsmeid, sest selle vooluahela katkestamisel väheneb elektrimootori magnetvoog järsult (sellesse jääb ainult jääkmagnetismi voog) ja tekib avariirežiim. mootor töötab tühikäigul või väikesel võlli koormusel, siis kiirus suureneb järsult (mootor liigub). Sel juhul suureneb armatuuri mähises Iya vool oluliselt ja võib tekkida ulatuslik tulekahju. Selle vältimiseks peab kaitse elektrimootori toiteallikast lahti ühendama.

Pöörlemiskiiruse järsk tõus ergutuspooli vooluringi katkestamisel on seletatav asjaoluga, et antud juhul magnetvoog Ф (kuni jääkmagnetismist tuleneva Fosti voo väärtuseni) ja e. jne. v. E ja praegune Iya suureneb. Ja kuna rakendatav pinge U jääb muutumatuks, suureneb pöörlemissagedus n väärtuseni e. jne. c) E ei saavuta väärtust, mis on ligikaudu võrdne U-ga (mis on vajalik armatuuriahela tasakaaluoleku jaoks, kus E = U — IяΣRя.

Kui võlli koormus on nimiväärtusele lähedane, peatub elektrimootor ergutusahela katkemise korral, kuna elektromagnetiline moment, mida mootor suudab magnetvoo olulise vähenemisega arendada, väheneb ja muutub väiksemaks pöördemomendist. võlli koormusest. Sel juhul suureneb järsult ka vool Iya ja masin tuleb toiteallikast lahti ühendada.

Tuleb märkida, et pöörlemiskiirus n0 vastab ideaalsele tühikäigukiirusele, kui mootor ei tarbi võrgust elektrienergiat ja selle elektromagnetmoment on null. Reaalsetes tingimustes, tühikäigul, tarbib mootor võrgust tühikäiguvoolu I0, mis on vajalik sisemiste võimsuskadude kompenseerimiseks, ja arendab teatud pöördemomenti M0, mis on vajalik masinas tekkivate hõõrdejõudude ületamiseks. Seetõttu on tegelikkuses tühikäigu kiirus väiksem kui n0.

Pöörlemiskiiruse n ja elektromagnetmomendi M sõltuvus mootori võllilt saadavast võimsusest P2 (joonis 2, c), nagu tuleneb vaadeldavatest seostest, on lineaarne. Armatuuri mähise voolu Iya ja võimsuse P1 sõltuvused P2-st on samuti praktiliselt lineaarsed. Vooluvool I ja võimsus P1 väärtusel P2 = 0 tähistavad tühikäigul tarbitud tühikäiguvoolu I0 ja võimsust P0. Kasuteguri kõver on iseloomulik kõigile elektrimasinatele.

Elektrimootori alalisvoolu paralleelne ergutus

Selles elektrimootoris (vt joon. 1, b) toidetakse ergutusmähiseid ja armatuure samast elektrienergia allikast pingega U. Ergutusmähise ja käivitusreostaadi Rp ahelasse on kaasatud reguleeriv reostaat Rpv kuulub ankru mähisahelasse.

Vaadeldaval elektrimootoril on sisuliselt eraldi toide armatuuri ja ergutusmähise ahelad, mille tulemusena ergutusvool Iv ei sõltu armatuuri mähise voolust Iv. Seetõttu on paralleelsel ergutusmootoril samad omadused kui sõltumatul ergutusmootoril. Paralleelergutusmootor töötab aga normaalselt ainult siis, kui toiteallikaks on konstantse pinge alalisvooluallikas.

Kui elektrimootori toiteallikaks on erineva pingega allikas (generaator või juhitav alaldi), põhjustab toitepinge U vähenemine ergutusvoolu Ic ja magnetvoo Ф vastava vähenemise, mis toob kaasa armatuuri suurenemise. mähisvool Iya. See piirab armatuuri kiiruse reguleerimise võimalust toitepinget U muutes. Seetõttu peavad generaatorist või juhitavast alaldist toiteks kavandatud elektrimootorid olema sõltumatu ergutusega.

Elektrimootori alalisvoolu jadaergutus

Käivitusvoolu piiramiseks lülitatakse käivitusreostaat Rp (joonis 3, a) armatuurimähise ahelasse (joonis 3, a) ja pöörlemiskiiruse reguleerimiseks paralleelselt ergutusmähisega reostaadi reguleerimise teel. Rpv saab lisada.

Riis. 3. Jadaergastuse (a) alalisvoolumootori skemaatiline diagramm ja selle magnetvoo Ф sõltuvus voolust I armatuurimähises (b)

Riis. 4. Järjestikulise ergastusega alalisvoolumootori omadused: a — suur kiirus ja pöördemoment, b — mehaaniline, c — töölised.

Selle elektrimootori iseloomulik tunnus on see, et selle ergastusvool Iv on võrdne või proportsionaalne (kui reostaat Rpv on sisse lülitatud) armatuurimähise Iya vooluga, seetõttu sõltub magnetvoog F mootori koormusest (joon. 3, b) .

Kui armatuuri mähise vool Iya on väiksem kui (0,8-0,9) nimivoolust Inom, ei ole masina magnetsüsteem küllastunud ja võib eeldada, et magnetvoog Ф muutub otseses proportsioonis vooluga Iia. Seetõttu jääb elektrimootori kiiruskarakteristik pehmeks — voolu I kasvades väheneb järsult pöörlemiskiirus n (joon. 4, a). Pöörlemiskiiruse n vähenemine on tingitud pingelanguse IjaΣRja suurenemisest. sisetakistusest Rα. armatuuri mähiste ahelad, samuti magnetvoo F suurenemise tõttu.

Elektromagnetiline moment M voolu Ija suurenemisega suureneb järsult, kuna sel juhul suureneb ka magnetvoog Ф, see tähendab, et hetk M on võrdeline vooluga Ija. Seega, kui vool Iya on väiksem kui (0,8 N-0,9) Inom, on kiiruskarakteristikul hüperbooli kuju ja momendi karakteristikul parabooli kuju.

Voolude Ia> Ia korral on M ja n sõltuvused Ia-st lineaarsed, kuna selles režiimis on magnetahel küllastunud ja voolu Ia muutumisel magnetvoog Ф ei muutu.

Mehaanilise karakteristiku ehk n sõltuvuse M-st (joonis 4, b) saab konstrueerida n ja M sõltuvuste põhjal Iyast. Lisaks loomulikule karakteristikule 1 on võimalik saada reostaadi karakteristikute perekond 2, 3 ja 4, lisades armatuuri mähise ahelasse takistusega Rp reostaadi.Need omadused vastavad Rn1, Rn2 ja Rn3 erinevatele väärtustele, samas kui mida kõrgem on Rn, seda madalam on omadus.

Vaadeldava mootori mehaaniline omadus on pehme ja hüperboolne. Madalatel koormustel magnetvoog Ф väheneb oluliselt, pöörlemiskiirus n suureneb järsult ja võib ületada maksimaalset lubatud väärtust (mootor töötab metsikult). Seetõttu ei saa selliseid mootoreid kasutada tühikäigul ja väikese koormuse all töötavate mehhanismide (erinevad masinad, konveierid jne) juhtimiseks.

Tavaliselt on suure ja keskmise võimsusega mootorite minimaalne lubatud koormus (0,2… 0,25) Inom. Selleks, et mootor ei töötaks ilma koormuseta, on see kindlalt ühendatud ajamimehhanismiga (hammas- või pimeühendus); rihmülekande või hõõrdsiduri kasutamine on vastuvõetamatu.

Vaatamata sellele puudusele kasutatakse järjestikuse ergastusega mootoreid laialdaselt, eriti kui on suured erinevused koormuse pöördemomendis ja rasketes käivitustingimustes: kõigis veoajamites (elektrivedurid, diiselvedurid, elektrirongid, elektriautod, elektrilised tõstukid jne). samuti tõstemehhanismide ajamites (kraanad, liftid jne).

See on seletatav asjaoluga, et pehme karakteristiku korral põhjustab koormuse pöördemomendi suurenemine väiksema voolu- ja võimsustarbimise tõusu kui iseseisva ja paralleelse ergastusega mootorite puhul, mistõttu jadaergastusega mootorid taluvad ülekoormust paremini.Lisaks on neil mootoritel suurem käivitusmoment kui paralleelsetel ja sõltumatult ergastavatel mootoritel, sest kui armatuuri mähisvool käivitamisel suureneb, siis vastavalt suureneb ka magnetvoog.

Kui eeldada näiteks, et lühiajaline käivitusvool võib olla 2 korda suurem masina nimitöövoolust ja jätta tähelepanuta küllastuse, armatuuri reaktsiooni ja pingelanguse mõju selle mähises, siis jadaergastusega mootoris käivitusmoment on 4 korda suurem kui nimiväärtus (nii voolus kui ka magnetvoos suureneb see 2 korda) ning sõltumatu ja paralleelse ergutusega mootorites - ainult 2 korda rohkem.

Tegelikult ei suurene magnetvoog magnetahela küllastumise tõttu proportsionaalselt vooluga, kuid sellest hoolimata on jadaergastatud mootori käivitusmoment, kui muud asjaolud on võrdsed, palju suurem kui käivitusmoment sama mootori sõltumatu või paralleelse ergutusega.

Eelpool käsitletud positsioonidest tulenevad n ja M sõltuvused mootori võlli võimsusest P2 (joonis 4, c) on mittelineaarsed, P1, Ith ja η sõltuvused P2-st on samasuguse kujuga kui paralleelse erutusega mootoritele.

Segaergastusega alalisvoolu elektrimootor

Selles elektrimootoris (joon. 5, a) tekib magnetvoog Ф kahe paralleelse (või sõltumatu) ja järjestiku ergutuspooli ühisel toimel, mille kaudu ergutusvoolud Iв1 ja Iв2 = Iя

sellepärast

kus Fposl — jadapooli magnetvoog, olenevalt voolust Ia, Fpar — paralleelpooli magnetvoog, mis ei sõltu koormusest (määratakse ergutusvooluga Ic1).

Segaergutusega elektrimootori mehaaniline karakteristik (joonis 5, b) jääb paralleelse (sirge 1) ja järjestikulise (kõver 2) ergutusega mootorite karakteristikute vahele. Sõltuvalt paralleel- ja jadamähiste magnetomotoorjõudude suhtest nimirežiimil võib segaergutusmootori karakteristikud lähendada karakteristikule 1 (kõver 3 jadamähise madalatel ppm-del) või karakteristikule 2 (kõver 4 madal ppm. v. paralleelne mähis).

Riis. 5. Segaergutusega elektrimootori skemaatiline diagramm (a) ja selle mehaanilised omadused (b)

Segaergastusega alalisvoolumootori eeliseks on see, et see, millel on pehmed mehaanilised karakteristikud, võib töötada tühikäigul, kui Fposl = 0. Selles režiimis määrab selle armatuuri pöörlemissageduse magnetvoog Fpar ja selle sagedus on piiratud. väärtus (mootor ei tööta).