Электромеханические характеристики двигателей постоянного тока
Электромеханическая характеристика представляет собой графическую зависимость частоты вращения и вращающего момента от тока якоря, при условии, что напряжение, прикладываемое к двигателю, не изменяется. Ток якоря изменяется за счёт изменения механической нагрузки на валу якоря (по закону саморегулирования).
ШУНТОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ.
|
|
|
|
Мвр = С Ф Iя
|
Так как напряжение, подаваемое на ТЭД, постоянное, то ток возбуждения и магнитный поток тоже постоянны. Поэтому при увеличении механической нагрузки на валу ток якоря увеличивается, и прямо пропорционально ему будет увеличиваться вращающий момент. Частота вращения будет уменьшаться незначительно, так как сопротивление якоря мало и падение напряжения на якорной обмотке будет увеличиваться незначительно. Такая характеристика частоты вращения называется жёсткой. Если частота вращения достигнет критической точки, то противоЭДС сравняется с напряжением, а сила тока на якорной обмотке будет равна нулю. При дальнейшем увеличении частоты вращения электродвигатель автоматически перейдёт в генераторный тормозной режим.
СЕРИЕСНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ.
|
|
|
|
Iв = Iя Мвр = С Ф Iя
Так как ток возбуждения равен току якоря, то при увеличении тока якоря будет увеличиваться ток возбуждения и магнитный поток. Поэтому вращающий момент такого двигателя зависит от квадрата тока якоря (если ток якоря увеличится в 2 раза, то и магнитный поток увеличится в 2 раза, соответственно вращающий момент увеличится в 4 раза). Такая зависимость сохраняется до магнитного насыщения полюсов машины. При дальнейшем увеличении тока якоря свыше тока насыщения вращающий момент будет увеличиваться прямо пропорционально от тока якоря.
При увеличении механической нагрузки на валу, частота вращения будет значительно уменьшаться в основном из-за увеличения магнитного потока и частично из-за увеличения падения напряжения в обмотке якоря. При достижении магнитного насыщения полюсов дальнейшее уменьшение частоты вращения будет незначительным, только за счёт падения напряжения в обмотке якоря. Такая характеристика частоты вращения называется мягкой. При уменьшении момента сопротивления частота вращения увеличивается и если момент сопротивления будет мал, то она увеличится резко. Но так как мал магнитный поток, то он не может быть больше напряжения и двигатель не сможет автоматически перейти в генераторный режим. Поэтому такой двигатель запрещается запускать без механической нагрузки на валу, иначе он пойдёт вразнос.
Реакция якоря.
Линия, проведённая перпендикулярно оси полюсов через середину расстояния между ними называется геометрической нейтралью.
Линия, проведённая перпендикулярно магнитному потоку полюсов и проведённая через середину расстояния между полюсами называетсяфизической нейтралью.
При отсутствии тока в обмотке якоря физическая и геометрическая нейтрали совпадают.
При протекании тока по виткам якоря они создают магнитное поле вокруг себя. Воздействие магнитного поля якоря на магнитное поле полюсов машины называется реакцией якоря. В результате реакции якоря основное магнитное поле машины искажается и происходит сдвиг физической нейтрали относительно геометрической.
Это приводит к появлению следующих вредных последствий:
1) Размагничивающее действие реакции якоря.
Так как под одним краем полюса магнитное поле усиливается, то под другим уменьшается. Там, где оно усиливается - происходит магнитное насыщение, а где магнитное поле ослабло (причём в большей степени, чем произошло усиление) – размагничивание. Общее магнитное поле уменьшается и уменьшается вращающий момент у тяговых двигателей или ЭДС, если это генератор.
2) Увеличивается вероятность возникновения кругового огня по коллектору.
Так как в витке, проходящем через сгущение магнитных силовых линий, индуктируется большая ЭДС, то увеличивается напряжение между двумя коллекторными пластинами, к которым подсоединяется данный виток, и изоляция между этими коллекторными пластинами может быть пробита. А так как все витки проходят через сгущение магнитных силовых линий, то множество элементарных дуг могут замкнуть две разноимённые щётки между собой. Тогда возникнет мощная электрическая дуга, которая называется
круговым огнём по коллектору.
3) Вредные последствия ухудшения коммутации.
Активные стороны той секции, которая замыкается щёткой, лежат на геометрической нейтрали. Из-за реакции якоря в этой секции индуктируется ЭДС вращения, которая увеличивает искрение под щётками.