Регулирование частоты оборотов вала электрического двигателя постоянного тока

Свойства электрических машин постоянного тока во многом зависят от способа включения обмотки возбуждения, т. е. от способа возбуждения.

По способу возбуждения электрические машины можно классифицировать следующим образом:

• • машины независимого возбуждения, в которых обмотка возбуждения питается от постороннего источника (рис. 4.14, а);
• • машины параллельного возбуждения (шунтовые), в которых обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены параллельно (рис. 4.14, б);
• • машины последовательного возбуждения (сериесные), в которых обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены последовательно (рис. 4.14, в);
• • машины смешанного возбуждения (компаундные), в которых имеются две обмотки возбуждения (рис. 4.14, г): одна из них OBi включена параллельно с обмоткой якоря, а вторая — ОВ₂— последовательно.

Названные выше способы возбуждения называются электромагнитными способами. На рис. 4.14, д представлена магнитоэлектрическая машина, в которой магнитное поле возбуждения создается постоянными магнитами.

Рис. 4.14. Способы возбуждения электрических машин постоянного тока

Частота вращения п якоря двигателя постоянного тока (скоростная характеристика) определяется уравнением:

где U — напряжение питания; /" - ток якоря; Yf ~ сопротивление цепи якоря; Ф — магнитный поток; С_е — постоянная, зависящая от параметров машины (числа полюсов, числа витков обмотки якоря, схемы соединения обмотки и др.).

Из уравнения видно, что частота вращения якоря двигателя пропорциональна напряжению U, обратно пропорциональна магнитному потоку Ф и зависит от сопротивлнеия якорной цепи ?>. Таким образом, регулировать частоту вращения двигателя можно тремя способами: изменением подводимого напряжения, изменением магнитного потока и изменением сопротивления цепи якоря.

Регулирование частоты вращения вала двигателя постоянного тока путем изменения напряжения на якоре называется якорным управлением, а путем изменения поля главных полюсов двигателя — полюсным управлением.

При номинальном напряжении питания якорной цепи номинальная частота вращения вала двигателя является наименьшей. Увеличение частоты вращения вала двигателя достигается уменьшением тока возбуждения, т. е. уменьшением поля главных полюсов. Уменьшение частоты оборотов вала путем увеличения тока возбуждения свыше номинального может привести к пробою изоляции обмоток возбуждения и к выходу из строя двигателя.

При полюсном управлении (при номинальном напряжении питания двигателя) регулирование частоты вращения является способом регулирования при постоянной мощности N (рис. 4.15). Вращающий момент М при этом изменяется обратно пропорционально частоте вращения — М = /(1 / п).

Рис. 4.15. Характеристика изменения момента М и мощности N электродвигателя при регулировании частоты оборотов п (характеристика допустимых моментов и мощностей)

Способ регулирования частоты вращения при якорном управлении является способом регулирования при постоянном моменте М. Регулирование частоты вращения может вестись до /?"_ом. Повышение напряжения свыше номинального с целью повышения частоты вращения может привести к перегреву якоря и выходу его из строя.

Таким образом, в зависимости от способа регулирования частоты вращения, двигатель постоянного тока может работать с постоянным моментом (до и"_ом) и с постоянной мощностью (свыше п_ном). При использовании обоих способов регулирования имеет место двухзонное регулирование.