Двигатели смешанного возбуждения

В двигателях смешанного возбуждения магнитный поток создается действием двух обмоток возбуждения — параллельной и последовательной. Обычно обмотки возбуждения включают согласно. Магнитный поток двигателя смешанного возбуждения за счет последовательной обмотки будет увеличиваться с ростом тока якоря. Увеличение магнитного потока будет тем больше, чем больше число витков имеет последовательная обмотка. Поэтому двигатель смешанного возбуждения имеет более мягкую механическую характеристику по сравнению с двигателем параллельного возбуждения, но более жесткую по сравнению с двигателем последовательного возбуждения (рис. 2.10.11, кривая 3). При слабой последовательной обмотке она будет приближаться к характеристике двигателя параллельного возбуждения (кривая 1), а при сильной — к характеристике двигателя последовательного возбуждения (кривая 2).

Частота вращения в двигателях смешанного возбуждения обычно регулируется так же, как и в двигателях параллельного возбуждения. Достоинст;

Рис. 2.10.11. Механические характеристики двигателей параллельного (/), последовательного (2) и смешанного возбуждения с согласным включением обмоток (3).

вом этих двигателей является то, что они имеют большой пусковой момент и могут работать при холостом ходе, так как частота вращения имеет конечное значение.

Двигатели смешанного возбуждения применяются в условиях, когда требуются большой пусковой момент, быстрое ускорение при пуске и допустимы значительные изменения частоты вращения при изменении нагрузки (компрессоры, прокатные станы, тяговый привод и пр.). В двигателях общепромышленного применения с независимым или параллельным возбуждением устанавливают небольшую стабилизирующую последовательную обмотку для повышения устойчивости работы.

Задание 2.10.1. Двигатель постоянного тока (ДПТ) параллельного возбуждения имеет следующие номинальные параметры: U_wm = 220 В; /_1ЮМ = 21,71 А; п_ном = п_{ = 740 об/мин. Сопротивление обмотки якоря в нагретом состоянии R" = = 1,167 Ом, сопротивление цепи возбуждения R_B = 310 Ом.

Определить:

• 1. Сопротивление пускового реостата R_n, который нужно включить в цепь якоря, чтобы ток якоря при пуске был равен /_(| = 2,5/_я ном.
• 2. Сопротивление регулировочного реостата R, которое необходимо включить в цепь якоря, чтобы двигатель при неизменном моменте на валу понизил частоту вращения до п₂ = 500 об/мин.
• 3. Как изменится КПД двигателя при включении /?_ря (механические и магнитные потери считать равными нулю).
• 4. Построить участки естественной и искусственной механических характеристик.

Решение

1. Схема ДПТ параллельного возбуждения изображена на рис. 2.10.12.

Рис. 2.10.12. Схема двигателя параллельного возбуждения

Ток параллельной обмотки возбуждения /_в = U_XMiA/R_B = 220/310 = 0,71 А. Номинальный ток якоря /_я иом = /_ном — /_в = 21,71 — 0,71 = 21 А.

Сопротивление R_u определяем из формулы пускового тока якоря /_п = = U_KJ<, K + Я_я); К = (Ц"",/2.5/_я«_ом) — К = (220/2,521) — 1,167 = 3 Ом.

2. При включении регулировочного реостата сопротивлением R в цепь якоря ток якоря не изменится, так как момент сопротивления, напряжение U и сопротивление R_B остаются постоянными. Следовательно, U_llOM = Е₂ + (/?_я + Я_ри)/_{я иом}.

При п₂ = 500 об/мин определим ЭДС Е₂ якоря. Для этого запишем выражения для ?, (п_{ = 740 об/мин) и Е₂ (п₂ = 500 об/мин): ?, = с_ЕФ_пп_{ Е₂ = с_ЕФ_пп₂. В этих выражениях Ф_п = const, так как U = const и R_H = const. Разделим первое выражение на второе: EJE₂ = njn₂, Е₂ = E^n.Jn^).

ЭДС Е_{ найдем из уравнения электрического состояния цепи якоря ?, = С/_1|ОМ — - ^RJ* «ом ^{= 220} — 1Д67−21 = 195,5 В, тогда ЭДС Е₂ = Е_х(п₂/п_х) = (195,5−500)/740 = = 132 в;

Сопротивление регулировочного реостата.

3. Электрическая мощность Р_х = U_HOJ_llOM = 220−21,71 = 4776 Вт. Механическая мощность Р, = Р_ш — ДР_мех — АР_мап|. Поскольку АР_ШП1 = 0 и ДР_МН! = 0, то Р₂ — Р,_м = ?/_я.

Механическая мощность при частоте вращения 740 об/мин Р₂₍₁₎ = Р_эм1 = = ?i4hom ⁼ 195,5−21 = 4105 Вт. КПД при частоте вращения 740 об/мин р, = = Р₂₍1)/Л ⁼ 4105/4776 = 0,86. Механическая мощность при частоте вращения 500 об/мин Р₂₍₂₎ = Р_эм2 = Е₂1_{я п}ом = 132 -21 = 2772 Вт. КПД при частоте вращения 500 об/мин г|₂ = Р₂(2)/Р ⁼ 2772/4776 = 0,58.

Таким образом, КПД существенно уменьшился.

4. Механические характеристики будем строить по двум точкам: идеальный XX и номинальный режим. В режиме идеального XX Е₀ = U_HOM = с_ЕФ_пп₀. В режиме номинальной нагрузки Е_{ = с_ЕФ_пп_{. Отсюда частота вращения при идеальном XX п₀ = Е₀/Еп_х = 220/195,5 -740 = 834 об/мин. Номинальный момент М_пш = = 9,55 Р₂₍₁₎/п_ном = 9,55−4105/740 = 53 Н м.

На рис. 2.10.13 изображены естественная (1) и искусственная (2) механические характеристики.

Рис. 2.10.13. Механические характеристики двигателя параллельного возбуждения:

1 — естественная; 2 — искусственная Задание 2.10.2. В табл. 2.10.1 приведены значения параметров двигателя независимого возбуждения: номинальное напряжение ?/_110 М, номинальный ток /_иом, номинальная частота вращения п_аои, сопротивление обмотки якоря в нагретом состоянии Я_я, сопротивление регулировочного реостата в цепи якоря #_ря, частота вращения якоря при реостатном регулировании n_v Определить для каждого варианта в соответствии с табл. 2.10.1 неизвестный параметр, отмеченный знаком «?», при неизменном моменте сопротивления на валу.

Таблица 2.10.1

Ответы. 1) п_х = 480 об/мин; 2) Л_ря = 0,6 Ом; 3) п_шш = 525 об/мин; 4) /_ном = = 110 А; 5)/е_я = 0,4 Ом.

Задание 2.10.3. ДПТ независимого возбуждения имеет следующие номинальные данные: f/_II0M = 220 В; /_я ном = 40 А; п_1ЮМ = 1000 об/мин. Сопротивление обмотки якоря R_H = 0,5 Ом. Как изменяются частота вращения п и ток якоря /_я при неизменном моменте, если подведенное к обмотке якоря напряжение уменьшается до 180 В?

Ответ: п = 800 об/мин, /_я = 40 А.

Задание 2.10.4. Двигатель постоянного тока параллельного возбуждения имеет следующие номинальные данные: напряжение U_HOM = 220 В; частота вращения я_||ОМ = 900 об/мин; ток /_мом = 48 А; ток возбуждения /_в ном = 1,25 А. Для увеличения частоты вращения якоря в цепь параллельной обмотки возбуждения двигателя введен регулировочный реостат, обеспечивающий уменьшение тока возбуждения до /_в = 0,45/_В11ОМ и ослабление магнитного потока до значения 0,7Ф_НО, Сопротивление обмотки якоря Я_я = 0,405 Ом.

Определить:

• 1) сопротивление регулировочного реостата й_рв, введенного в цепь возбуждения;
• 2) частоты вращения п₀ и п при работе двигателя соответственно с ослабленным магнитным потоком при XX и с моментом на валу М_с = 0,4 М_мом.

Ответ: R_pB = 215 Ом; п₀ = 1407 об/мин; п = 1341 об/мин.

Задание 2.10.5. Двигатель постоянного тока независимого возбуждения имеет следующие номинальные данные: Р_ИОХ| = 8,8 кВт; ?/_иом = 110 В; г|_ном= 80%. Сопротивление обмотки якоря в нагретом состоянии Р_я = 0,1 Ом. Определить кратность пускового тока k = (/_П//_110 М): /г, — при прямом пуске и k₂ — в случае, если сопротивление пускового реостата R_n = 4Л_Я.

Ответ: k_x = 11; k₂ = 2,2.