Меню

Электродвигатель постоянного тока с последовательным возбуждением отдает полезную мощность

Теоретическое обоснование работы. Тема:Расчет номинальных параметров ГПТ и ДПТ.

Практическая работа № 17

Тема:Расчет номинальных параметров ГПТ и ДПТ.

Цель работы:Изучить методику расчета номинальных параметров машин постоянного тока.

Теоретическое обоснование работы

Изучение электрических машин постоянного тока нужно начинать с их принципа работы и устройства. Учитывая, что машина постоянного тока обратима, т.е. может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Изучение таких вопросов, как коллектор, реакция якоря, электромагнитный момент, возбуждение и ряд других, необходимо рассматривать в сопоставлении для обоих режимов. Очень важно правильно понимать связь между напряжением на зажимах машины, ее э.д.с. и падением напряжения в обмотке якоря для генераторного и двигательного режимов.

Изучая работу машин постоянного тока в режиме двигателя надо обратить особое внимание на пуск, регулирования частоты вращения и вращающий момент двигателя, а в режиме генератора – на самовозбуждение.

Характеристики генераторов и двигателей дают наглядное представление об эксплуатационных свойствах электрических машин. (Кацман М.М. «Электрические машины» §28.2, стр. 379, §29.6, стр. 400).

Основные формулы по разделу «Машины постоянного тока» (МПТ)

1. Уравнения напряжения

для генератора: / 1/

для двигателя: / 2/

где Е – электродвижущая сила обмотки якоря, В;

∑ RЯ – сумма сопротивлений всех участков якоря, ОМ;

2. Электродвижущая сила обмотки якоря:

где Р – число пар полюсов,

N – число пазовых проводников,

а – число пар параллельных ветвей обмотки якоря,

ф – магнитный поток, Вб,

n – частота вращения якоря, об/мин,

Се – постоянная величина эдс:

3. Электромагнитный момент

где СМ — постоянная величина момента:

ф – магнитный поток, Вб,

4. Электромагнитная мощность:

5. Электромагнитный момент через электромагнитную мощность:

где ω – угловая частота вращения, рад/с,

РЭМ – электромагнитная мощность, Вт,

n – частота вращения якоря, об/мин.

Пример 1: Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением развивает на выводах номинальное напряжение UНОМ = 220 В и нагружен на сопротивление RH – 2,2 Ом. Сопротивления обмотки якоря RЯ = 0,1 Ом, обмотки возбуждения RВ = 110 Ом. КПД генератора ηг = 0,88.

Определить: 1) токи в нагрузке IH, обмотках якоря IЯ возбуждения IВ; 2) ЭДС генератора Е; 3) полезную мощность Р2 и потребляемую Р1: суммарные потери в генераторе ∑Р, 5) электромагнитную мощность РЭМ, 6) электрические потери в обмотках якоря РЯ и возбуждения Ра.

Решение: 1) токи в нагрузке, обмотках возбуждения и якоря:

2) ЭДС генератора:

3) Полезная и потребляемая мощности:

4) Суммарные потери в генераторе:

5) Электромагнитная мощность:

6) Электрические потери в обмотках якоря и возбуждения:

Пример 2: электродвигатель постоянного тока с последовательным возбуждением работает от сети с Uном = 440 В. Частота вращения n = 1000 об/мин. Полезный момент М = 200 нм. Сопротивления обмотки якоря RЯ = 0,5 Ом, обмотки возбуждения RВ = 0,4 Ом. КПД двигателя ηдв = 0,86.

Определить: 1) полезную мощность двигателя, 2) мощность потребляемую из сети, 3) ток двигателя, 4) сопротивление пускового реостата, при котором пусковой ток превышает номинальный в 2 раза.

Решение: 1. Полезная мощность двигателя:

2. Потребляемая мощность:

3. Потребляемый ток (он же ток возбуждения):

4. Сопротивления пускового реостата:

Задание 1

Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением отдает полезную мощность Р2 при напряжении Uном. Ток в нагрузке Iн, ток в цепи якоря Iя, в обмотке возбуждения Iв. Сопротивление цепи: якоря Rя обмотки возбуждения Rв; ЭДС генератора Е. Генератор приводится во вращение двигателем мощностью Рд. Электромагнитная мощность, развиваемая генератором, равна Рэм. Потери в мощности в цепи якоря Ря, в обмотке возбуждения Рв. Суммарные потери мощности составляют Σ Р, КПД генератора ηг. Определить величины, отмеченные прочерком в таблице №1. Начертить схему присоединения генератора к нагрузке и описать назначения всех элементов.

Таблица 17.1 – Данные к заданию 1.

№ вар. Р1, кВт Р2, кВт Рэм, кВт Ря, кВт Рв, кВт ΣР1, кВт Iн, А Iя, А Iв, А Uном, В Е, В Rя, Ом Rв, Ом ηг
23,4
20,6 2,8 0,2
20,6 0,5 0,88
0,2 0,88
0,2 0,88
23,4 20,6
0,5 0,86 0,2 0,88
2,8 0,2
23,4 0,88
0,5 0,86 0,88
23,5 3,8 0,15
25,4 1,5 3,8
1,5 0,44 0,85
25,4 23,5 3,8
25,4 21,6 0,15
21,6 23,5 0,85
21,6 0,44 0,15 0,85
0,44 0,15 0,85
25,4
0,15 0,85
25,4 21,5 0,15
23,5 3,8 0,15
23,4 0,88
0,5 0,86 0,88
2,8 0,2
Читайте также:  Твердотельное реле управление переменным током

Задание 2

Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением развивает полезную мощность Р2, потребляя из сети мощность Р1, при напряжении Uном. Полезный момент на валу двигателя равен М при частоте вращения n2. В цепи якоря протекает ток I и наводится против ЭДС Е. В обмотках якоря и возбуждения суммарные потери мощности равны Σ Р. Суммарное сопротивление обмоток якоря и возбуждения равно Rя + Rв. Пусковой ток двигателя равен Iп. Определить величины, отмеченные прочерком в таблице 2. Начертить схему присоединения двигателя к сети и описать назначение всех ее элементов.

Источник

Электродвигатель постоянного тока с последовательным возбуждением отдает полезную мощность

Двигатель постоянного тока последовательного возбуждения представляет собой электрическую машину постоянного тока, в которой обмотка возбуждения подключена последовательно с обмоткой якоря. Для данного типа двигателей справедливо равенство: ток, протекающий в якорной обмотке, равен току в обмотке возбуждения I=I в =I я , что является его главной отличительной особенностью от остальных типов двигателей .

Рисунок 1 – Схема подключения ДПТ ПВ

Стоит обратить внимание на зависимость магнитного потока от нагрузки Ф=f(Iя). Если двигатель будет работать на 25% своей номинальной мощности или меньше, то магнитный поток будет крайне мал, что приведет к постоянному увеличению скорости вала. Препятствовать разгону будут лишь механические потери, и двигатель пойдет в «разнос» . Это приведет к быстрому выходу машины из строя. Все описанное в соответствии с формулой:

Зависимость скорости от магнитного потока

Исходя из вышесказанного, ДПТ ПВ нельзя использовать на холостом ходу , постоянно требуется контроль тока якоря. С этой целью последовательно с обмоткой возбуждения устанавливают минимальное токовое реле, которое замыкает якорную цепь только в том случае, если нагрузка на валу достаточна для поддержания номинальной работы двигателя.

Пуск двигателя производят с пусковым сопротивлением, также включенным последовательно в цепь якоря. После пуска это сопротивление выводят, и машина продолжает работать в номинальном режиме на своей естественной характеристике.

Механическая и электромеханическая характеристики ДПТ ПВ одинаковы и имеют гиперболический вид (рисунок 2).

Рисунок 2 – Механическая и электромеханическая характеристики ДПТ ПВ

Скорость вращения ротора двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением производится регулированием двух параметров:

— питающее напряжение;
— магнитный поток полюсов двигателя.

Для изменения скорости при помощи входного напряжения, в роторную цепь вводят специальное добавочное сопротивление, или же можно использовать пусковой реостат и для этой цели. Но следует заметить, данный способ является крайне неэкономичным и нецелесообразным, так как большое количество энергии будет рассеиваться на реостате.

Читайте также:  Сила тока при зарядке постоянным напряжением

Регулировка скорости изменением магнитного потока, осуществляется включением реостата параллельно обмотке возбуждения. Изменяя сопротивление – меняем ток, протекающий через обмотку возбуждения. Иногда обмотку возбуждения разбивают на несколько параллельных секций. В некоторых типах двигателей предусмотрена возможность отключения витков обмотки, так добиваются того же эффекта регулирования.

Тормозные режимы

В данном двигателе отсутствует режим генераторного торможения с отдачей энергии в сеть. На рисунке 2 вы можете видеть, что ветка гиперболы естественной характеристики не пересекает ось ординат (отрицательная скорость отсутствует).

Торможение противовключением получают путем переключения выводов якорной обмотки.

ДПТ ПВ нельзя соединять с механизмом при помощи ременной передачи, так как соскакивание или разрыв ремня приведет к разгрузке двигателя, что вызовет мгновенное повышение числа оборотов и последующему выходу из строя.

ДПТ ПВ нашли свое основное применение в качестве тяговых двигателей подвижного состава электровозов общего назначения, электровозов метрополитена и в трамваях.

Источник

ДПТ последовательного возбуждения

ads

В этом двигателе обмотка возбуждения включена последова­тельно в цепь якоря (рис. 29.9, а), поэтому магнитный поток Ф в нем зависит от тока нагрузки I = Ia = Iв. При небольших нагрузках магнитная система машины не насыщена и зависимость магнитно­го потока от тока нагрузки прямо пропорциональна, т. е. Ф = kф Ia (kф — коэффициент пропорциональности). В этом случае найдем электромагнитный момент:

Формула частоты вращения примет вид

На рис. 29.9, б представлены рабочие характеристики M = F(I) и n= (I) двигателя последовательного возбуждения. При больших нагрузках наступает насыщение магнитной системы двигателя. В этом случае магнитный поток при возрастании нагрузки практически не изменяется и характеристики двигате­ля приобретают почти прямолинейный характер. Характери­стика частоты вращения двигателя последовательного возбуж­дения показывает, что частота вращения двигателя значительно меняется при изменениях нагрузки. Такую характеристику принято называть мягкой.

Двигатель последовательного возбуждения

Рис. 29.9. Двигатель последовательного возбуждения:

а — принципиальная схема; б — рабочие характеристики; в — механические характеристики; 1 — естественная характеристика; 2 — искусственная характе­ристика

При уменьшении нагрузки двигателя последовательного воз­буждения частота вращения резко увеличивается и при нагрузке меньше 25% от номинальной может достигнуть опасных для дви­гателя значений («разнос»). Поэтому работа двигателя последова­тельного возбуждения или его пуск при нагрузке на валу меньше 25% от номинальной недопустима.

Для более надежной работы вал двигателя последовательного возбуждения должен быть жестко соединен с рабочим механиз­мом посредством муфты и зубчатой передачи. Применение ремен­ной передачи недопустимо, так как при обрыве или сбросе ремня может произойти «разнос» двигателя. Учитывая возможность ра­боты двигателя на повышенных частотах вращения, двигатели по­следовательного возбуждения, согласно ГОСТу, подвергают ис­пытанию в течение 2 мин на превышение частоты вращения на 20% сверх максимальной, указанной на заводском щите, но не меньше чем на 50% сверх номинальной.

Механические характеристики двигателя последовательного возбуждения n=f(M) представлены на рис. 29.9, в. Резко падающие кривые механических характеристик (естественная 1 и искус­ственная 2) обеспечивают двигателю последовательного возбуж­дения устойчивую работу при любой механической нагрузке. Свойство этих двигателей развивать большой вращающий момент, пропорциональный квадрату тока нагрузки, имеет важное значе­ние, особенно в тяжелых условиях пуска и при перегрузках, так как с постепенным увеличением нагрузки двигателя мощность на его входе растет медленнее, чем вращающий момент. Эта особенность двигателей последовательного возбуждения является одной из причин их широкого применения в качестве тяговых двигателей на транспорте, а также в качестве крановых двигателей в подъем­ных установках, т. е. во всех случаях электропривода с тяжелыми условиями пуска и сочетания значительных нагрузок на вал двига­теля с малой частотой вращения.

Номинальное изменение частоты вращения двигателя после­довательного возбуждения

где n[0,25] — частота вращения при нагрузке двигателя, составляю­щей 25% от номинальной.

Частоту вращения двигателей последовательного возбуждения можно регулировать изменением либо напряжения U, либо маг­нитного потока обмотки возбуждения. В первом случае в цепь якоря последовательно включают регулировочный реостат Rрг (рис. 29.10, а). С увеличением сопротивления этого реостата уменьшаются напряжение на входе двигателя и частота его вра­щения. Этот метод регулирования применяют главным образом в двигателях небольшой мощности. В случае значительной мощно­сти двигателя этот способ неэкономичен из-за больших потерь энергии в Rрг . Кроме того, реостат Rрг , рассчитываемый на рабочий ток двигателя, получается громоздким и дорогостоящим.

При совместной работе нескольких однотипных двигателей частоту вращения регулируют изменением схемы их включения относительно друг друга (рис. 29.10, б). Так, при параллельном включении двигателей каждый из них оказывается под полным напряжением сети, а при последовательном включении двух дви­гателей на каждый двигатель приходится половина напряжения сети. При одновременной работе большего числа двигателей воз­можно большее количество вариантов включения. Этот способ регулирования частоты вращения применяют в электровозах, где установлено несколько одинаковых тяговых двигателей.

Читайте также:  Что называют работой электрического тока в чем ее выражают

Изменение подводимого к двигателю напряжения возможно при питании двигателя от источника постоянного тока с регулируемым напряжением (например, по схеме, аналогичной рис. 29.6, а). При уменьшении подводимого к двигателю напряжения его механические характеристики смещаются вниз, практически не меняя своей кривизны (рис. 29.11).

clip_image002[1]

Рис. 29.11. Механические характеристики двигателя последовательного возбуждения при изменении подводимого напряжения

Регулировать частоту вращения двигателя изменением маг­нитного потока можно тремя способами: шунтированием обмотки возбуждения реостатом rрг, секционированием обмотки возбужде­ния и шунтированием обмотки якоря реостатом rш. Включение реостата rрг, шунтирующего обмотку возбуждения (рис. 29.10, в), а также уменьшение сопротивления этого реостата ведет к сниже­нию тока возбуждения Iв = Ia — Iрг, а следовательно, к росту частоты вращения. Этот способ экономичнее предыдущего (см. рис. 29.10, а), применяется чаще и оценива­ется коэффициентом регули­рования

Обычно сопротивление рео­стата rрг принимается таким, чтобы kрг >= 50%.

При секционировании об­мотки возбуждения (рис. 29.10, г) отключение части витков об­мотки сопровождается ростом частоты вращения. При шунти­ровании обмотки якоря реоста­том rш (см. рис. 29.10, в) увели­чивается ток возбуждения Iв = Ia+Iрг, что вызывает уменьшение частоты вращения. Этот способ регулирования, хотя и обеспечивает глубокую регулировку, неэкономичен и применяется очень редко.

clip_image002[3]

Рис. 29.10. Регулирование частоты вращения двигателей последователь­ного возбуждения.

Источник



Двигатель последовательного возбуждения

date image2015-05-26
views image17123

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Рис. 11

В двигателях последовательного возбуждения обмотка возбуждения включается последовательно с обмоткой якоря (рис. 11). Ток возбуждения двигателя здесь равен току якоря, что придает этим двигателям особые свойства.

Для двигателей последовательного возбуждения недопустим режим холостого хода. При отсутствии нагрузки на валу ток в якоре и создаваемый им магнитный поток будут небольшими и, как видно из равенства, частота вращения якоря достигает чрезмерно больших значений, что ведет к «разносу» двигателя. Поэтому пуск и работа двигателя без нагрузки или с нагрузкой менее 25% от номинальной недопустимы.

При небольших нагрузках , когда магнитная цепь машины не насыщена ( ), электромагнитный момент пропорционален квадрату тока якоря.

В силу этого двигатель последовательного возбуждения имеет большой пусковой момент и хорошо справляется с тяжелыми условиями пуска.

С увеличением нагрузки магнитная цепь машины насыщается, и пропорциональность между и нарушается. При насыщении магнитной цепи поток практически постоянен, поэтому момент становится прямо пропорциональным току якоря.

С ростом момента нагрузки на валу ток двигателя и магнитный поток увеличиваются, а частота вращения уменьшается по закону, близкому к гиперболическому, что видно из уравнения (6).

При значительных нагрузках, когда магнитная цепь машины насыщается, магнитный поток практически остается неизменным, и естественная механическая характеристика становится почти прямолинейной (рис.12, кривая 1). Такая механическая характеристика называется мягкой.

При введении пуско-регулировочного реостата в цепь якоря механическая характеристика смещается в область меньших скоростей (рис.12, кривая 2) и называется искусственной реостатной характеристикой.

Рис. 12

Регулирование частоты вращения двигателя последовательного возбуждения возможно тремя способами: изменением напряжения на якоре, сопротивления цепи якоря и магнитного потока. При этом регулирование частоты вращения изменением сопротивления цепи якоря производится так же, как и в двигателе параллельного возбуждения. Для регулирования частоты вращения изменением магнитного потока параллельно обмотке возбуждения подключается реостат (см. рис. 11),

При уменьшении сопротивления реостата его ток увеличивается, а ток возбуждения уменьшается по формуле (8). Это приводит к уменьшению магнитного потока и росту частоты вращения (см. формулу 6).

Уменьшение сопротивления реостата сопровождается уменьшением тока возбуждения, а значит, уменьшением магнитного потока и ростом частоты вращения. Механическая характеристика, соответствующая ослабленному магнитному потоку, изображена на рис. 12, кривая 3.

Рис. 13

На рис. 13 представлены рабочие характеристики двигателя последовательного возбуждения.

Пунктирные части характеристик относятся к тем нагрузкам, при которых не может быть допущена работа двигателя вследствие большой частоты вращения.

Двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением применяются как тяговые на железнодорожном транспорте (электропоезда), в городском электрическом транспорте (трамваи, поезда метро) и в подъемно-транспортных механизмах.

Источник