Двигатель параллельного возбуждения

Схема включения в сеть двигателя параллельного возбужде­ния показана на рис. 22, а. Характерной особенностью этого двигателя является то, что ток в обмотке возбуждения (ОВ) не за­висит от тока нагрузки (тока якоря). Реостат в цепи возбуждения r _рг служит для регулирования тока в обмотке возбуждения и маг­нитного потока главных полюсов.

Эксплуатационные свойства двигателя определяются его ра­бочими характеристиками, под которыми понимают зависимость частоты вращения n, тока I, полезного момента М ₂, вращающего момента М от мощности на валу двигателя Р ₂при U = const и I _в = const (рис. 22, б).

Для анализа зависимости n = f(P₂), которую обычно называ­ют скоростной характеристикой, обратимся к формуле (29.5), из которой видно, что при неизменном напряжении U на частоту вращения влияют два фактора: падение напряжения в цепи якоря I _aS r поток возбуждения Ф. При увеличении нагрузки умень­шается числитель (U – 1_аS r), при этом вследствие реакции якоря уменьшается и знаменатель Ф. Обычно ослабление потока, вы­званное реакцией якоря, невелико и первый фактор влияет на час­тоту вращения сильнее, чем второй. В итоге частота вращения двигателя с ростом нагрузки Р ₂уменьшается, а график n = f(P₂) приобретает падающий вид с небольшой выпуклостью, обращен­ной к оси абсцисс. Если же реакция якоря в двигателе сопровож­дается более значительным ослаблением потока Ф, то частота вращения с увеличением нагрузки будет возрастать, как это пока­зано штриховой кривой на рис. 22, б. Однако такая зависимость n = f(P₂) является нежелательной, так как она, как правило, не удовлетворяет условию устойчивой работы двигателя: с ростом нагрузки на двигатель возрастает частота вращения, что ведет к дополнительному росту нагрузки и т. д., т. е. частота вращения n двигателя неограниченно увеличивается и двигатель идет «в разнос». Чтобы обеспечить характеристике частоты вращения форму падающей кривой, в некоторых двигателях параллельного возбу­ждения применяют легкую (с небольшим числом витков) последо­вательную обмотку возбуждения, которую называют стаби­лизирующей обмоткой. При включении этой обмотки согласованно с параллельной обмоткой возбуждения ее МДС компенсирует размагничивающее действие реакции якоря так, что поток Ф во всем диапазоне нагрузок остается практически неизменным.

Рис. 22. Схема двигателя параллельного возбуждения (а) и его рабочие характеристики (б)

Изменение частоты вращения двигателя при переходе от но­минальной нагрузки к х.х., выраженное в процентах, называют номинальным изменением частоты вращения:

(29.8)

где n ₀ – частота вращения двигателя в режиме х.х.

Обычно для двигателей параллельного возбуждения D n _ном = 2¸8%, поэтому характеристику частоты вращения двигателя па­раллельного возбуждения называют жесткой.

Зависимость полезного момента М ₂от нагрузки установлена формулой М ₂= 9,55 Р₂/п. При п = const график М ₂ = ¦(P ₂)имел бы вид прямой. Однако с увеличением нагрузки частота вращения двига­теля снижается, и поэтому зависимость М ₂ = ¦(P ₂)криволинейна.

При n = const вращающий момент двигателя М = М ₀ + М ₂. Так как рабочие характеристики двигателя строят при условии I _в = const, что обеспечивает постоянство магнитных потерь в двига­теле, то момент х.х. M ₀ = const. Поэтому график зависимости М = ¦(P ₂)проходит параллельно кривой М ₂ = ¦(P ₂). Если принять по­ток Ф = const, то график М ₂ = ¦(P ₂)является в то же время выраже­нием зависимости I = ¦(P ₂), так как M = c _мФ I _a.

Для получения аналитического выражения механической характеристики n = ¦ (M) преобразуем выражение (29.5):

(29.9)

подставив в него из (25.24) значение тока якоря

I _а = М/(с _мФ ), (29.10)

получим

(29.11)

где n ₀ – частота вращения в режиме х.х.; D n – изменение часто­ты вращения, вызванное изменением нагрузки на валу двигателя.

Рис. 23. Механические характеристики двигателя параллельно­го возбуждения:

а – при введении в цепь якоря добавочного сопротивления;

б – при изменении основного магнитного потока;

в – при изменении напряже­ния в цепи якоря

Если пренебречь реакцией якоря, то (так как I _в = const) можно принять Ф = const. Тогда механическая характеристика двигателя параллельного возбуждения представляет собой прямую линию, не­сколько наклоненную к оси абсцисс (рис. 23, а). Угол наклона меха­нической характеристики тем больше, чем больше значение сопротивления, включенного в цепь якоря. Механическую характери­стику двигателя при отсутствии дополнительного сопротивления в цепи якоря называют естественной (прямая 1). Механические харак­теристики двигателя, полученные при введении дополнительного со­противления в цепь якоря, называют искусственными (прямые 2 и 3).

Вид механической характеристики зависит также и от значе­ния основного магнитного потока Ф. Так, при уменьшении Ф уве­личивается частота вращения х.х. п ₀и одновременно увеличивает­ся D n, т. е. увеличиваются оба слагаемых уравнения (29.11). Это приводит к резкому увеличению наклона механической характе­ристики, т. е. к уменьшению ее жесткости (рис. 23, б).

При изменении напряжения на якоре U меняется частота вра­щения п ₀,а D n остается неизменной. В итоге жесткость механиче­ской характеристики (если пренебречь влиянием реакции якоря) не меняется (рис. 23, в), т. е. характеристики смещаются по вы­соте, оставаясь параллельными друг другу.