|
Експериментальні дослідження електричних машин. Частина І. Машини постійного струму |
 |
РОЗДІЛ 3
ЛАБОРАТОРНІ
ЗАНЯТТЯ
3.3 Лабораторне заняття №3П – Дослідження двигунів постійного струму з послідовним збудженням
3.3.1 Короткі теоретичні відомості про двигун послідовного збудження
У двигуні з послідовним збудженням (див. рис. 2.15, в) струм, який споживається двигуном з мережі, протікає по обмотці якоря й по обмотці збудження, тобто Іа = Із = І. Внаслідок цього зміна моменту навантаження на валу двигуна, що призводить до зміни струму Іа, викликає також одночасну зміну основного магнітного потоку машини, який пов’язаний зі струмом збудження Із кривою намагнічування (рис. 3.13).
Рисунок 3.13 – Магнітна характеристика машини
Точка А, що відповідає номінальному режиму, здебільшого знаходиться на згині кривої намагнічування, тобто на початку насичення. Якщо знехтувати насиченням магнітного кола, то з невеликою похибкою залежність Ф = f(Із) можна вважати лінійною, тобто Ф = kфІз = kфІа, де kф – коефіцієнт пропорційності потоку (в значному діапазоні навантаження залишається практично сталим) [1, 2].
Для ненасиченого магнітного кола k = const; при насиченні k дещо зменшується зі збільшенням Іа.
Основний магнітний потік у двигуні з послідовним збудженням змінюється від номінального значення Фном при номінальному навантаженні до досить малого Ф0 в режимі холостого ходу, оскільки в цьому режимі Іа <<Іа.ном. При аналізі характеристик двигуна часто приймають Іа.ном » 0 і Ф0 » 0.
Графічне зображення швидкісної характеристики двигуна n = f(Ia) (рис. 3.14) має форму гіперболи, оскільки частота обертання
(3.33)
де RS – сумарний опір якірного кола.
Рисунок 3.14 – Швидкісна n = f(Ia) і моментна М = f(Іа) характеристики двигуна послідовного збудження
Струм якоря двигуна
(3.34)
(3.35)
де DрS – сумарні втрати двигуна;
Dрпост – постійні втрати;
Dрзм – змінні втрати.
Зміст постійних і змінних втрат такий самий, що й у двигуні з паралельним збудженням. Вони відрізняються тим, що втрати в обмотці збудження Δрз відносяться до змінних втрат і входять до втрат якірного кола.
Максимум ККД також настає при рівності постійних і змінних втрат. Слід зазначити, що в двигуні з послідовним збудженням всі втрати є змінними, тобто залежними від навантаження. Дійсно, магнітні Dрмагн втрати, що є сумою втрат від гістерезису Dргіст і вихрових струмів Dрвих.с., залежать від індукції і частоти перемагнічування якоря:
(3.36)
де сгіст і свих.с – постійні коефіцієнти, що залежать від марки сталі і товщини її листів;
f = pn – частота перемагнічування сталі;
В – індукція магнітного потоку.
Зі зростанням навантаження Р2 збільшується індукція В, а частота f зменшується пропорційно n. В цілому магнітні втрати збільшуються. Механічні втрати Dрмех зі зростанням навантаження знижуються, тому що вони залежать від швидкості обертання. Сума магнітних і механічних втрат практично не змінюється і розглядається як постійні втрати, тобто Δрпост = Δрмагн + Δрмех..
Підставивши значення Іа (3.34) у вираз частоти обертання (3.33), отримаємо
(3.37)
У номінальному режимі Р2 ном >>DрS, тому
(3.38)
Зі зменшенням Ρ2 кутова швидкість двигуна різко зростає і в режимі холостого ходу в декілька разів перевищує номінальну (через те, що Р2 = 0). Тому
(3.39)
Графік моментної характеристика М = f(Іа) має форму параболи (рис. 3.14), оскільки електромагнітний момент
(3.40)
При Іа >Іном моментна характеристика є лінійною, оскільки
(3.41)
Механічні характеристики n = f(M) (рис. 3.15, а) можна побудувати на основі залежностей n = f(Ia) і М = f(Іа) або визначивши значення Іа з (3.40) і підставивши його в (3.33):
(3.42)
Рисунок 3.15 – Механічні (а) і робочі (б) характеристики двигуна з послідовним збудженням
При Іа >Іном залежність n = f(M) стає лінійною.
Робочі характеристики двигуна з послідовним збудженням наведені на рис. 3.15, б. Залежності n =f(Р2), М =f(Р2) є нелінійними; залежності Р1 =f(Р2), Іа =f(Р2) і h =f(Р2) мають наближений характер до аналогічних характеристик двигунів з паралельним збудженням.
Механічні характеристики двигуна з послідовним збудженням (як природна, так і штучні) є м’якими і мають гіперболічний характер. При малих навантаженнях частота обертання n різко зростає і може перевищити максимально допустиме значення. В такому випадку говорять, що двигун йде в „рознос”. Таке явище може викликати пошкодження двигуна (руйнування обмотки якоря, коловий вогонь на колекторі й ін.). Тому при роботі з двигуном послідовного збудження потрібно стежити за тим, щоб на його валу завжди був протидіючий момент (момент статичного навантаження). Мінімально допустиме навантаження складає (0,2¸0,25)Іном. Холостий хід допускається лише для двигунів малої потужності (десятки ват).
Незважаючи на існуючі недоліки, двигуни з послідовним збудженням широко використовують в електроприводах, в яких момент статичного навантаження змінюється в широких межах, а також в електроприводах з важкими умовами пуску.
Регулювання частоти обертання двигунів з послідовним збудженням, як і двигунів з паралельним збудженням, можливе трьома способами:
1) зміною потоку збудження Ф. В двигунів з послідовним збудженням це можна реалізувати вмиканням шунтуючого реостата (Rш) паралельно обмотці збудження. При цьому магнітний потік буде зменшуватися, а частота обертання – збільшуватися.
2) зміною опору кола якоря. Вмикаючи в коло якоря пускові реостати з опорами Rп1, Rп2 і Rп3 крім природної характеристики 1 (рис. 3.15, а) можна отримати реостатні характеристики 2, 3 і 4, причому, чим більше значення Rп, тим нижче розміщується характеристика, тобто стає „м’якшою”;
3) зміною напруги. Як і в двигунах з паралельним збудженням, це можливо тільки в напрямі зменшення швидкості обертання, тому що напругу відносно номінальної можна тільки зменшувати. Якщо на загальне навантаження працюють два двигуни, то їх можна переключати з паралельного з’єднання на послідовне. Напруга на кожному двигуні при цьому зменшується вдвоє, відповідно зменшується і частота обертання.
