Механические характеристики двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением. 
Двигательный режим

Схема включения двигателя приведена на рис. 2.8. Якорь двигателя М и обмотка возбуждения LM включены последовательно и получают питание от одного источника U. Поэтому ток якоря Iя является и током возбуждения Iв. Это обстоятельство определяет единственное отличие в конструкции двигателя с последовательным возбуждением от двигателя с независимым возбуждением: обмотка возбуждения LM ДПТ с последовательным возбуждением выполнена проводником того же сечения, что и обмотка якоря.

Рис. 2.8. Схема включения ДПТ с последовательным возбуждением.

При вращающемся якоре в его обмотке наводится э.д.с. вращения Е. На схеме включения двигателя направление Е встречно по отношению направления U, что соответствует двигательному режиму работы. Величина Е равна:

где щ — угловая скорость двигателя; Ф — поток двигателя; - конструктивный коэффициент двигателя данные для расчета, которого приводятся в справочниках. Здесь р — число пар полюсов двигателя; N — число активных проводников обмотки якоря; а — число пар параллельных ветвей обмотки якоря.

Направление якорного тока IЯ, как и направление Е на схеме включения показано для двигательного режима работы.

Допустимое значение якорного тока двигателя Iя доп ограничивается условиями коммутации и механической прочностью якоря и не должно превышать номинальный ток Iян более чем в 2,5 раза Iя доп? 2,5 Iян.

В соответствии с уравнением равновесия напряжений при установившемся режиме работы двигателя напряжение U, приложенное к якорной цепи двигателя уравновешивается падением напряжения в якорной цепи IяRяц и наведенной в обмотке якоря э.д.с. вращения Е:

U= IЯ RЯЦ + Е где RЯЦ=RЯ+RДП+RКО+RВ+RП — суммарное сопротивление якорной цепи. Здесь RЯсопротивление обмотки якоря; RДП — сопротивление обмотки дополнительных полюсов; RКО — сопротивление компенсационной обмотки; RВ — сопротивление обмотки возбуждения; RП — сопротивление пускового реостата.

Величина IЯ в установившемся режиме будет равна:

В режиме пуска Е=0, поэтому из-за небольшого сопротивления обмоток пусковой ток IЯ П может превышать допустимое значение. Для ограничения пускового тока служит пусковой реостат, сопротивление которого RП выбирается таким образом, чтобы IЯ П? IЯ ДОП.

Из уравнения равновесия напряжений для якорной цепи можно получить аналитическое выражение для механической характеристики двигателя.

Подставив в него вместо э.д.с. вращения Е ее значение и решив полученное уравнение относительно скорости, получим зависимость скорости двигателя щ от тока якоря IЯ щ=f (IЯ), которая называется электромеханической характеристикой:

Поскольку обмотка возбуждения включена последовательно с якорем двигателя, создаваемый ею магнитный поток Ф является функцией тока якоря IЯ. Зависимость Ф= f (IЯ) называется кривой намагничивания и носит нелинейный характер типа «зона насыщения». Точного аналитического описания этой кривой не существует, поэтому нет и точного аналитического описания механической характеристики ДПТ с последовательным возбуждением. Если, пренебрегая насыщением магнитной системы, предположить линейную зависимость между Ф и IЯ с коэффициентом пропорциональности б, то есть считать Ф=бIЯ, то вращающий момент будет равен:

М=kФIЯ=kбIЯ2.

Отсюда величина тока якоря будет равна:

Подставив в уравнение электромеханической характеристики значение для Iя, получим уравнение механической характеристики:

где А=U/kб; В= RЯЦ /(kб) — постоянные величины.

Анализ полученного уравнения показывает, что ось ординат является асимптотой для кривой и что в области малых значений моментов она имеет большую крутизну При RП=0 и U=Uн двигатель работает на естественной характеристике. Для построения естественной характеристики используются так называемые универсальные характеристики, приводимые в каталогах для каждой серии двигателей. Они представляют зависимости n=f (IЯ) и М= f (IЯ) в относительных единицах. Зная номинальные данные двигателя, можно построить его характеристику в абсолютных величинах. Такая характеристика приведена на рис. 2.9.

Рис. 2.9. Механические характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения.

Особенностью характеристики является резкое увеличение скорости при уменьшении момента сопротивления Мс. По этому двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением нельзя запускать в тех случаях, когда Мс0 и скорость двигателя начинает увеличиваться. При независимом возбуждении следствием этого будет увеличение э.д.с. вращения и уменьшение тока якоря и вращающего момента. Увеличение скорости и уменьшение момента двигателя будет продолжаться до тех пор, пока момент двигателя М на станет равным Мс2 и МД станет равным нулю.

При последовательном возбуждении э.д.с. вращения Е оказывается функцией двух величин — увеличивающейся скорости щ и уменьшающегося потока Ф. В результате этого величина Е, а значит и величины IЯ и М, с ростом скорости существенно изменятся не будет, что приводит к сохранению МД>0 и дальнейшему росту скорости. Если сопротивление пускового реостата RП>0, то статическое падение скорости Дщс при одном и том же моменте двигателя будет больше, чем на естественной характеристике. Поэтому реостатные характеристики будут иметь большой наклон к оси абсцисс.

При последовательном возбуждении вращающий момент пропорционален квадрату тока якоря и ограничение пускового тока значением IЯ ДОП?2,5IЯН позволяет получить гораздо больше чем при независимом возбуждении значение МДОП=5 МН. Коэффициент перегрузки двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением по моменту.

KП= МДОП /МН равен пяти. Такой перегрузочной способностью не обладает больше не один электрический двигатель. Именно благодаря этому свойству двигатели с последовательным возбуждением используются в электрическом транспорте и подъемных механизмах.