- Способы возбуждения машин постоянного тока
- Последовательное, параллельное и смешанное возбуждение в двигателях постоянного тока Электродвигатель постоянного тока работает от источников постоянного тока. В электродвигателе происходит превращение электрической энергии в механическую. Электрический двигатель постоянного тока состоит из ротора (якоря) и статора (индуктора, магнита, обмотки возбуждения). Статор может быть либо постоянным магнитом, либо электромагнитом. Якорь во многих электродвигателях представляет собой проволочные петли, надетые на сердечник из мягкого железа, на котором реверсируется питание его обмотки (посредством коммутатора или управляющей электронной схемы). Большинство двигателей, работающих на постоянном токе, имеют коммутатор, состоящий из коллектора и щеток. Щетки установлены на статоре и не вращаются, а коллектор соединен с катушкой установленной на роторе (якоре). Современные бесколлекторные двигатели (или бесщеточные двигатели, BLDC) имеют якорь из постоянных магнитов и не имеют коллектора и щеток, а работают со специальной электронной схемой. Якорь двигателя двигателя постоянного тока имеет очень низкое сопротивление. По этой причине при запуске двигателя последовательно с ним включается переменное сопротивление, которое выводится по мере того, как якорь набирает скорость. Когда проводник с током вносится в магнитное поле, на него начинает действовать сила, зависящая от трех факторов: от напряженности поля, от величины тока и от длины проводника. Сила, приводящая во вращение якорь электродвигателя, зависит от тех же трех факторов. При этом эффективная длина обмотки приблизительно равна удвоенной длине якоря, умноженной на число витков. Двигатель постоянного тока в разобранном виде Электромагнит двигателя постоянного тока можно возбудить тремя различными способами, и в каждом из этих способов возбуждения двигатель работает по-разному. Обмотка электромагнита и якорь могут быть соединены тремя способами: последовательно (сериесное возбуждение), параллельно (шунтовое возбуждение) и смешанно (компаунд-возбуждение). В электродвигателе постоянного тока с последовательным возбуждением весь ток проходит как через якорь, так и через обмотку электромагнита. Следовательно, вращающий момент, действующий на якорь, изменяется пропорционально квадрату тока, поскольку крутящее усилие зависит от тока в якоре и от напряженности магнитного поля, которая линейно меняется в зависимости от тока в обмотке электромагнита. В результате, когда действие большой нагрузки замедляет вращение якоря двигателя с последовательным возбуждением, так что обратная э. д. с. становится малой, то через якорь и обмотку электромагнита идет сильный ток, создающий значительную силу для вращения якоря. Двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением используются в трамваях, электровозах, автомобильных стартерах и в других машинах, которые работают в условиях быстро прикладываемых значительных нагрузок. Обычно такие двигатели соединяются с приводимыми в движение машинами с помощью шестереночных, а не ременных передач, поскольку если при работе двигателя нагрузка на него резко снижается, то двигатель разгоняется до опасной скорости (они не имеют ограничения скорости) . На холостом ходу двигатель может работать на высоких оборотах, когда существует риск механического разрыва ротора с возможным травмированием оператора. Современные технологии с преобразователем частоты позволяют полностью и в равной степени заменить такие двигатели на трехфазные асинхронные двигатели, а в последних разработках — на трехфазные синхронные двигатели с постоянными магнитами на роторе. Обладая такой же мощностью и такими же характеристиками крутящего момента, они меньше, легче и позволяют рекуперацию энергии, если это позволяют условия эксплуатации источника питания. Схема подключения электродвигателя В двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением ток разветвляется, одна часть его идет через якорь, а другая — через обмотку электромагнита. При этом полный ток в обеих ветвях равен току, питающему двигатель. В результате вращающий момент якоря пропорционален первой степени тока, тогда как в двигателях с последовательным возбуждением этот момент меняется как квадрат тока. Когда якорь двигателя с параллельным возбуждением начинает вращаться медленнее при повышении нагрузки на двигатель, через якорь пойдет больший, а через обмотку электромагнита — меньший ток. В результате вращающий момент останется неизменным. Поэтому двигатель в течение всего времени, пока к нему приложена нагрузка, будет работать на скорости, пониженной по сравнению с его холостым ходом. Такое подключение двигателя позволяет независимо регулировать и определять ток в обмотке возбуждения статора и обмотке ротора (якорь). Это позволяет изменять скорость и крутящий момент двигателя. Двигатели с параллельным возбуждением непригодны для больших нагрузок. По этой причине они находят применение в таких установках, где нагрузка постоянная и где требуется постоянная скорость вращения, например электрических вентиляторах, воздуходувках, жидкостных насосах и т. п. Электродвигатели постоянного тока со смешанным возбуждением имеют две обмотки возбуждения (одну для параллельного включения, другую — для последовательного). Они не разгоняются при ослаблении нагрузки и вместе с тем пригодны для больших нагрузок. Почему это так, предоставляю объяснить читателю и поделиться своими идеями в комментарии к статье. Двигатели этого типа применяются в подъемниках, штамповочных прессах и других машинах, где в начальный момент работы машины необходимы значительные усилия. Последовательное возбуждение во многих случаях выключается после набора двигателем определенной скорости. Вопрос. Какого вида возбуждения двигатель постоянного тока показан на фотографии в статье? Источник Принцип и схема работы двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением Существует несколько возможных разновидностей построения эл моторов, работающих от источника постоянного напряжения. Принцип их действия одинаков, а отличия заключаются в особенностях подключения обмотки возбуждения (ОВ) и якоря (Я). Свое название эл двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением получил потому, что его обмотка Я и ОВ соединяются друг с другом именно таким образом. Электродвигатель такой разновидности обеспечивает нужные режимы, превосходя изделия последовательного и смешанного типов тогда, когда требуется практически постоянная скорость его функционирования. Построение двигателя и область его применения Схема электродвигателя рассматриваемого типа изображена ниже. общий ток, потребляемый эл мотором от источника, составляет I = IЯ + IВ, где IЯ, IВ – токи через якорь, обмотку возбуждения, соответственно, одновременно IВ не зависит от IЯ, то есть не зависит от нагрузки. Устройство применяется тогда, когда пуск не требует обеспечения высокого момента, то есть когда режимы эксплуатации приводных механизмов не предполагают создание больших стартовых нагрузок. Это типично для станков и вентиляторов. Для практики ценны такие полезные тяговые параметры подобных эл механизмов как устойчивость работы при колебаниях нагрузки, высокая экономичность из-за того, что IЯ не протекает через ОВ. Пуск при недостаточном моменте обеспечивается переходом на схему смешанного типа. Поведение электромотора при изменении нагрузок Механическая характеристика показывает устойчивость работы электромотора в широком диапазоне изменения нагрузок, описывая зависимость момента, создаваемого эл двигателем, от скорости функционирования вала. Тяговые характеристики механизма рассматриваемого типа позволяют сохранить величину момента при значительных изменения количества оборотов. Обычно тяговые параметры агрегата должен обеспечивать уменьшение этого параметра не более чем на 5 %. Несложное исследование демонстрирует: тормозные параметры из-за обратимости процессов оказываются аналогичными. Эти положения распространяются также на случай применения смешанного возбуждения. Говоря иными словами, для такого эл мотора характерна жесткая характеристика. Такой характер работы считается важным преимуществом агрегата рассматриваемого типа. Разновидности подходов к регулированию частоты вращения Принцип действия параллельного включения обмоток обеспечивает плавный пуск в сочетании с большим диапазоном изменения оборотов в процессе работы с помощью реостатов. Они же обеспечивают нормальный пуск двигателя ограничением тока. Для агрегатов параллельного типа используются способы управления скоростью функционирования изменением: магнитного потока главных полюсов, сопротивления цепи якоря, подаваемого на него напряжения. Объектом воздействия являются обмотка возбуждения, обмотка якоря, его рабочее напряжение. Изменение магнитного потока осуществляется с помощью последовательного реостата RР. При увеличении его сопротивления ОВ пропускает меньший ток, что сопровождается уменьшением магнитного потока. Внешним проявлением такого действия становится наращивание оборотов Я на холостом ходу. Исследование показывает, что происходит увеличение угла наклона характеристики. Второй принцип основан на включении в цепь питания якоря дополнительного последовательного регулировочного реостата. При увеличении его сопротивления скорость вращения Я уменьшается, тогда как его естественная механическая характеристика приобретает больший наклон. Из-за последовательного включения с основной обмоткой реостата дополнительного сопротивления, на котором рассеивается значительная мощность, происходит заметное падение экономичности. Третий принцип сопровождается определенным усложнением схемных решений и требует применения отдельного регулируемого источника питания с сохранением возможности раздельного регулирования. В случае его применения в реальных условиях возможно только уменьшение частоты вращения вала. Двигатель с независимым возбуждением Двигатель постоянного тока независимого возбуждения реализует третий подход к регулированию и интересен тем, что ОВ и М питаются от разных источников, схема его представлена ниже. Обмотки простейшего электромотора параллельного независимого возбуждения Для моторов в данном конструктивном исполнении Iв устанавливается неизменным, а меняется только напряжение, приложенное к М. Это сопровождается изменением числа оборотов на холостом ходу, но жесткость характеристики изменений не претерпевает. Принцип работы такого агрегата за счет независимого функционирования двух источников оказывается более сложным. Однако, его применение дает такие важные для практики преимущества как плавное экономичное управление скоростью функционирования с большой глубиной, пуск мотора при пониженном напряжении без реостата. В случае, если пуск происходит на нормальном напряжении, реостат ограничивает величину Iв. Исследование показывает, что максимальное количество оборотов ограничено только сопротивлением М, а минимальное условиями отвода выделяемого тепла в процессе работы. Характеристики в части энергопотребления и скорости срабатывания управляющей системы улучшаются в случае последовательного включения с М различных тиристорных регуляторов. Для установки числа оборотов вала и их стабилизации в процессе приведения в движение различных механизмов находят применение различные способы. Их общим характерным признаком является включение тиристорного регулятора в цепь частотной отрицательной обратной связи. Пуск такого агрегата требует реализации специальных процедур. Заключение Двигатель с параллельным возбуждением является очень гибким приводным механизмом и может использоваться в очень большом количестве областей там, где не требуются большие моменты при старте. Имеет несложные и надежные цепи регулирования скорости вращения, отличается простотой запуска. Источник
- Принцип и схема работы двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением
- Построение двигателя и область его применения
- Поведение электромотора при изменении нагрузок
- Разновидности подходов к регулированию частоты вращения
- Двигатель с независимым возбуждением
- Заключение
Способы возбуждения машин постоянного тока
Работа и свойства электрических машин постоянного тока (как генераторов, так и двигателей) в значительной степени зависят от способа возбуждения в них магнитного потока. Действительно, магнитный поток входит множителем как в выражение ЭДС, так и в выражение электромагнитного момента, поэтому необходимо знать, как создается магнитный поток, от каких величин он зависит, как и для какой цели нужно изменять его значение.
Согласно ГОСТов, по способу возбуждения машины постоянного тока классифицируют следующим образом:
а) машины независимого возбуждения, обмотка возбуждения которых питается от постороннего источника электрического тока;
б) машины параллельного возбуждения, обмотка возбуждения которых соединена параллельно с цепью якоря;
в) машины последовательного возбуждения, обмотка возбуждения которых соединена последовательно с цепью якоря;
г) машины смешанного возбуждения, у которых имеются две обмотки возбуждения, одна из которых соединена последовательно с цепью якоря (другая — может быть либо независимой, либо, чаще, параллельной). Если МДС обмоток возбуждения имеют одно направление, то такое их включение называется согласным. Если же МДС обмоток направлены в разные стороны, то включение называется встречным.
Схемы всех четырех типов машин показаны соответственно на рис. 1.
Все эти электрические машины имеют одинаковое устройство и отличаются лишь выполнением обмотки возбуждения (ОВ). Обмотки независимого и параллельного возбуждения изготавливают с большим числом витков, из провода малого сечения, а обмотку последовательного возбуждения — с малым числом витков из провода большого сечения.
Существуют также машины небольшой мощности, магнитное поле у которых создается либо только постоянными магнитами, либо еще и обмотками возбуждения, питаемыми электрическим током. Свойства первых близки к свойствам машин независимого, а вторых — смешанного или независимого возбуждения (в зависимости от способа подключения обмотки возбуждения).
Рис. 1. Схемы электрических машин постоянного тока независимого (а), параллельного (6), последовательного (в) и смешанного (г)
возбуждений
Во всех машинах на возбуждение расходуется от 0,5 % до 5 % номинальной мощности машины, причем первое значение относится к очень мощным машинам, а второе — к машинам мощностью около 1 кВт.
Как видно из рис. 1, значение тока возбуждения /в машины независимого возбуждения не зависит от тока якоря и определяется напряжением источника питания, причем для регулирования тока /в последовательно в цепь обмотки возбуждения включают резистор.
У машины параллельного возбуждения, согласно закону Ома,
/в = Ur/(RB + Rр), (1)
где RB — сопротивление обмотки возбуждения, a Rp — последовательно с нею включаемого регулировочного резистора.
У машин последовательного возбуждения /в = /я.
Согласно ГОСТ 2582—81, выводы всех обмоток маркируются следующим образом:
Я1 и Я2 — начало и конец обмотки якоря;
С1 и С2 — начало и конец последовательной (сериесной) обмотки возбуждения;
Ш1 и Ш2 — начало и конец параллельной (шунтовой) обмотки возбуждения;
К1 и К2 — начало и конец компенсационной обмотки;
Н1 и Н2 — начало и конец обмотки независимого возбуждения;
Д1 и Д2 — начало и конец обмотки добавочных полюсов.
Возможны случаи, когда машина имеет несколько обмоток одного наименования. В этом случае их начала и концы после буквенных обозначений должны иметь две цифры:
первая указывает порядковый номер обмотки, a вторая,, — начало (1) или конец (2). Например, начало второй параллельной обмотки возбуждения будет иметь обозначение Ш21.
Источник
Последовательное, параллельное и смешанное возбуждение в двигателях постоянного тока
Электродвигатель постоянного тока работает от источников постоянного тока. В электродвигателе происходит превращение электрической энергии в механическую.
Электрический двигатель постоянного тока состоит из ротора (якоря) и статора (индуктора, магнита, обмотки возбуждения). Статор может быть либо постоянным магнитом, либо электромагнитом.
Якорь во многих электродвигателях представляет собой проволочные петли, надетые на сердечник из мягкого железа, на котором реверсируется питание его обмотки (посредством коммутатора или управляющей электронной схемы).
Большинство двигателей, работающих на постоянном токе, имеют коммутатор, состоящий из коллектора и щеток. Щетки установлены на статоре и не вращаются, а коллектор соединен с катушкой установленной на роторе (якоре).
Современные бесколлекторные двигатели (или бесщеточные двигатели, BLDC) имеют якорь из постоянных магнитов и не имеют коллектора и щеток, а работают со специальной электронной схемой.
Якорь двигателя двигателя постоянного тока имеет очень низкое сопротивление. По этой причине при запуске двигателя последовательно с ним включается переменное сопротивление, которое выводится по мере того, как якорь набирает скорость.
Когда проводник с током вносится в магнитное поле, на него начинает действовать сила, зависящая от трех факторов: от напряженности поля, от величины тока и от длины проводника.
Сила, приводящая во вращение якорь электродвигателя, зависит от тех же трех факторов. При этом эффективная длина обмотки приблизительно равна удвоенной длине якоря, умноженной на число витков.
Двигатель постоянного тока в разобранном виде
Электромагнит двигателя постоянного тока можно возбудить тремя различными способами, и в каждом из этих способов возбуждения двигатель работает по-разному.
Обмотка электромагнита и якорь могут быть соединены тремя способами: последовательно (сериесное возбуждение), параллельно (шунтовое возбуждение) и смешанно (компаунд-возбуждение).
В электродвигателе постоянного тока с последовательным возбуждением весь ток проходит как через якорь, так и через обмотку электромагнита.
Следовательно, вращающий момент, действующий на якорь, изменяется пропорционально квадрату тока, поскольку крутящее усилие зависит от тока в якоре и от напряженности магнитного поля, которая линейно меняется в зависимости от тока в обмотке электромагнита.
В результате, когда действие большой нагрузки замедляет вращение якоря двигателя с последовательным возбуждением, так что обратная э. д. с. становится малой, то через якорь и обмотку электромагнита идет сильный ток, создающий значительную силу для вращения якоря.
Двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением используются в трамваях, электровозах, автомобильных стартерах и в других машинах, которые работают в условиях быстро прикладываемых значительных нагрузок.
Обычно такие двигатели соединяются с приводимыми в движение машинами с помощью шестереночных, а не ременных передач, поскольку если при работе двигателя нагрузка на него резко снижается, то двигатель разгоняется до опасной скорости (они не имеют ограничения скорости) . На холостом ходу двигатель может работать на высоких оборотах, когда существует риск механического разрыва ротора с возможным травмированием оператора.
Современные технологии с преобразователем частоты позволяют полностью и в равной степени заменить такие двигатели на трехфазные асинхронные двигатели, а в последних разработках — на трехфазные синхронные двигатели с постоянными магнитами на роторе.
Обладая такой же мощностью и такими же характеристиками крутящего момента, они меньше, легче и позволяют рекуперацию энергии, если это позволяют условия эксплуатации источника питания.
Схема подключения электродвигателя
В двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением ток разветвляется, одна часть его идет через якорь, а другая — через обмотку электромагнита. При этом полный ток в обеих ветвях равен току, питающему двигатель.
В результате вращающий момент якоря пропорционален первой степени тока, тогда как в двигателях с последовательным возбуждением этот момент меняется как квадрат тока.
Когда якорь двигателя с параллельным возбуждением начинает вращаться медленнее при повышении нагрузки на двигатель, через якорь пойдет больший, а через обмотку электромагнита — меньший ток.
В результате вращающий момент останется неизменным. Поэтому двигатель в течение всего времени, пока к нему приложена нагрузка, будет работать на скорости, пониженной по сравнению с его холостым ходом.
Такое подключение двигателя позволяет независимо регулировать и определять ток в обмотке возбуждения статора и обмотке ротора (якорь). Это позволяет изменять скорость и крутящий момент двигателя.
Двигатели с параллельным возбуждением непригодны для больших нагрузок. По этой причине они находят применение в таких установках, где нагрузка постоянная и где требуется постоянная скорость вращения, например электрических вентиляторах, воздуходувках, жидкостных насосах и т. п.
Электродвигатели постоянного тока со смешанным возбуждением имеют две обмотки возбуждения (одну для параллельного включения, другую — для последовательного). Они не разгоняются при ослаблении нагрузки и вместе с тем пригодны для больших нагрузок. Почему это так, предоставляю объяснить читателю и поделиться своими идеями в комментарии к статье.
Двигатели этого типа применяются в подъемниках, штамповочных прессах и других машинах, где в начальный момент работы машины необходимы значительные усилия. Последовательное возбуждение во многих случаях выключается после набора двигателем определенной скорости.
Вопрос. Какого вида возбуждения двигатель постоянного тока показан на фотографии в статье?
Источник
Принцип и схема работы двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением
Существует несколько возможных разновидностей построения эл моторов, работающих от источника постоянного напряжения. Принцип их действия одинаков, а отличия заключаются в особенностях подключения обмотки возбуждения (ОВ) и якоря (Я).
Свое название эл двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением получил потому, что его обмотка Я и ОВ соединяются друг с другом именно таким образом. Электродвигатель такой разновидности обеспечивает нужные режимы, превосходя изделия последовательного и смешанного типов тогда, когда требуется практически постоянная скорость его функционирования.
Построение двигателя и область его применения
Схема электродвигателя рассматриваемого типа изображена ниже.
- общий ток, потребляемый эл мотором от источника, составляет I = IЯ + IВ, где IЯ, IВ – токи через якорь, обмотку возбуждения, соответственно,
- одновременно IВ не зависит от IЯ, то есть не зависит от нагрузки.
Устройство применяется тогда, когда пуск не требует обеспечения высокого момента, то есть когда режимы эксплуатации приводных механизмов не предполагают создание больших стартовых нагрузок. Это типично для станков и вентиляторов.
Для практики ценны такие полезные тяговые параметры подобных эл механизмов как
- устойчивость работы при колебаниях нагрузки,
- высокая экономичность из-за того, что IЯ не протекает через ОВ.
Пуск при недостаточном моменте обеспечивается переходом на схему смешанного типа.
Поведение электромотора при изменении нагрузок
Механическая характеристика показывает устойчивость работы электромотора в широком диапазоне изменения нагрузок, описывая зависимость момента, создаваемого эл двигателем, от скорости функционирования вала.
Тяговые характеристики механизма рассматриваемого типа позволяют сохранить величину момента при значительных изменения количества оборотов. Обычно тяговые параметры агрегата должен обеспечивать уменьшение этого параметра не более чем на 5 %. Несложное исследование демонстрирует: тормозные параметры из-за обратимости процессов оказываются аналогичными. Эти положения распространяются также на случай применения смешанного возбуждения.
Говоря иными словами, для такого эл мотора характерна жесткая характеристика. Такой характер работы считается важным преимуществом агрегата рассматриваемого типа.
Разновидности подходов к регулированию частоты вращения
Принцип действия параллельного включения обмоток обеспечивает плавный пуск в сочетании с большим диапазоном изменения оборотов в процессе работы с помощью реостатов. Они же обеспечивают нормальный пуск двигателя ограничением тока.
Для агрегатов параллельного типа используются способы управления скоростью функционирования изменением:
- магнитного потока главных полюсов,
- сопротивления цепи якоря,
- подаваемого на него напряжения.
Объектом воздействия являются обмотка возбуждения, обмотка якоря, его рабочее напряжение.
Изменение магнитного потока осуществляется с помощью последовательного реостата RР. При увеличении его сопротивления ОВ пропускает меньший ток, что сопровождается уменьшением магнитного потока. Внешним проявлением такого действия становится наращивание оборотов Я на холостом ходу. Исследование показывает, что происходит увеличение угла наклона характеристики.
Второй принцип основан на включении в цепь питания якоря дополнительного последовательного регулировочного реостата. При увеличении его сопротивления скорость вращения Я уменьшается, тогда как его естественная механическая характеристика приобретает больший наклон. Из-за последовательного включения с основной обмоткой реостата дополнительного сопротивления, на котором рассеивается значительная мощность, происходит заметное падение экономичности.
Третий принцип сопровождается определенным усложнением схемных решений и требует применения отдельного регулируемого источника питания с сохранением возможности раздельного регулирования. В случае его применения в реальных условиях возможно только уменьшение частоты вращения вала.
Двигатель с независимым возбуждением
Двигатель постоянного тока независимого возбуждения реализует третий подход к регулированию и интересен тем, что ОВ и М питаются от разных источников, схема его представлена ниже.
Обмотки простейшего электромотора параллельного независимого возбуждения
Для моторов в данном конструктивном исполнении Iв устанавливается неизменным, а меняется только напряжение, приложенное к М. Это сопровождается изменением числа оборотов на холостом ходу, но жесткость характеристики изменений не претерпевает.
Принцип работы такого агрегата за счет независимого функционирования двух источников оказывается более сложным. Однако, его применение дает такие важные для практики преимущества как
- плавное экономичное управление скоростью функционирования с большой глубиной,
- пуск мотора при пониженном напряжении без реостата.
В случае, если пуск происходит на нормальном напряжении, реостат ограничивает величину Iв.
Исследование показывает, что максимальное количество оборотов ограничено только сопротивлением М, а минимальное условиями отвода выделяемого тепла в процессе работы.
Характеристики в части энергопотребления и скорости срабатывания управляющей системы улучшаются в случае последовательного включения с М различных тиристорных регуляторов. Для установки числа оборотов вала и их стабилизации в процессе приведения в движение различных механизмов находят применение различные способы. Их общим характерным признаком является включение тиристорного регулятора в цепь частотной отрицательной обратной связи. Пуск такого агрегата требует реализации специальных процедур.
Заключение
Двигатель с параллельным возбуждением является очень гибким приводным механизмом и может использоваться в очень большом количестве областей там, где не требуются большие моменты при старте. Имеет несложные и надежные цепи регулирования скорости вращения, отличается простотой запуска.
Источник
