Електрична кола једносмерне струје и њихове карактеристике

Својства ДЦ мотори углавном се одређују начином укључивања побудног калема. У зависности од тога, разликују се електрични мотори:

1. независно узбуђено: побудни калем се напаја екстерним извором једносмерне струје (узбуђивач или исправљач),

2. паралелна побуда: намотај поља је повезан паралелно са намотајем арматуре,

3. серијска побуда: побудни намотај је повезан серијски са намотајем арматуре,

4. са мешовитом побудом: постоје два намотаја поља, један паралелно повезан са намотајем арматуре, а други серијски са њим.

Сви ови електромотори имају исти уређај и разликују се само по конструкцији побудног намотаја. Побудни намотаји ових електромотора се изводе на исти начин као у одговарајућих генератора.

Независно узбуђени ДЦ електромотор

У овом електромотору (сл.1, а) намотај арматуре је повезан на главни извор једносмерне струје (мрежа једносмерне струје, генератор или исправљач) са напоном У, а побудни намотај је повезан са помоћним извором напона УБ. Регулациони реостат Рп је укључен у коло побудног намотаја, а стартни реостат Рн укључен је у коло завојнице арматуре.

Регулациони реостат се користи за регулисање брзине арматуре мотора, а стартни реостат се користи за ограничавање струје у намотају арматуре при стартовању. Карактеристична карактеристика електромотора је да његова побудна струја Ив не зависи од струје Ии у намотају арматуре (струја оптерећења). Стога, занемарујући ефекат демагнетизације реакције арматуре, можемо приближно претпоставити да је флукс мотора Ф независан од оптерећења. Зависности електромагнетног момента М и брзине н од струје И биће линеарне (сл. 2, а). Због тога ће и механичке карактеристике мотора бити линеарне — зависност н (М) (сл. 2, б).

У недостатку реостата са отпором Рн у колу арматуре, брзина и механичке карактеристике ће бити круте, односно са малим углом нагиба према хоризонталној оси, пошто пад напона ИаΣРа у намотајима машине укључене у арматурно коло при називном оптерећењу је само 3-5% од Уном. Ове карактеристике (праве 1 на сл. 2, а и б) називају се природним. Када се у коло арматуре укључи реостат са отпором Рн, угао нагиба ових карактеристика се повећава, услед чега се може добити породица карактеристика реостата 2, 3 и 4, које одговарају различитим вредностима Рн1, Рн2 и Рн3.

Пиринач. 1.Шематски дијаграми једносмерних мотора са независном (а) и паралелном (б) побудом

Пиринач. 2. Карактеристике електромотора једносмерне струје са независном и паралелном побудом: а — брзина и обртни момент, б — механички, ц — радни Што је већи отпор Рн, већи је угао нагиба карактеристике реостата, тј. је мекши.

Регулациони реостат Рпв вам омогућава да промените струју побуде мотора Ив и његов магнетни флукс Ф. У овом случају ће се променити и фреквенција ротације н.

У колу побудног намотаја нису уграђени прекидачи и осигурачи, јер када се ово коло прекине, магнетни флукс електромотора нагло опада (у њему остаје само флукс заосталог магнетизма) и долази до хитног режима.Ако се електрични мотор ради у празном ходу или малом оптерећењу на осовини, тада се брзина нагло повећава (мотор се креће). У овом случају, струја у намотају арматуре Ииа значајно се повећава и може доћи до свеобухватног пожара. Да би се ово избегло, заштита мора искључити електромотор из извора напајања.

Оштар пораст брзине ротације када је струјно коло побудног намотаја прекинуто објашњава се чињеницом да се у овом случају магнетни флукс Ф (до вредности Фостовог флукса од преосталог магнетизма) и е. итд. в. Е и струја Ииа се повећава. А пошто примењени напон У остаје непромењен, фреквенција ротације н ће се повећати на е. итд. ц) Е неће достићи вредност приближно једнаку У (која је неопходна за равнотежно стање арматурног кола, где је Е = У — ИаΣРа.

Када је оптерећење осовине близу номиналног, електромотор ће се зауставити у случају прекида у побудном колу, јер се електромагнетни момент који мотор може развити уз значајно смањење магнетног флукса смањује и постаје мањи од обртног момента. од оптерећења осовине. У овом случају, струја Ииа такође се нагло повећава и машина мора бити искључена из извора напајања.

Треба напоменути да брзина ротације н0 одговара идеалној брзини у празном ходу када мотор не троши електричну енергију из мреже и његов електромагнетни момент је нула. У реалним условима, у режиму празног хода, мотор троши из мреже струју празног хода И0, која је неопходна за компензацију унутрашњих губитака снаге, и развија одређени обртни момент М0, неопходан за савладавање сила трења у машини. Дакле, у стварности је број обртаја у празном ходу мањи од н0.

Зависност брзине ротације н и електромагнетног момента М од снаге П2 (слика 2, ц) са вратила мотора, као што следи из разматраних релација, је линеарна. Зависности струје намотаја арматуре Ииа и снаге П1 од П2 су такође практично линеарне. Струја И и снага П1 на П2 = 0 представљају струју празног хода И0 и снагу П0 која се троши у празном ходу. Крива ефикасности је карактеристична за све електричне машине.

Паралелна побуда једносмерне струје електромотора

У овом електромотору (види слику 1, б) побудни намотаји и арматуре се напајају из истог извора електричне енергије са напоном У. Регулациони реостат Рпв укључен је у коло побудног намотаја и стартни реостат Рп је укључен у коло намотаја на сидру.

У електромотору који се разматра у суштини постоји одвојено напајање кола намотаја арматуре и побудног намотаја, услед чега струја побуде Ив не зависи од струје намотаја арматуре Ив. Стога ће паралелни узбудни мотор имати исте карактеристике као и независни узбудни мотор. Међутим, мотор са паралелном побудом ће нормално радити само када га напаја извор једносмерне струје константног напона.

Када се електромотор напаја од извора са другачијим напоном (генератор или контролисани исправљач), смањење напона напајања У изазива одговарајуће смањење побудне струје Иц и магнетног флукса Ф, што доводи до повећања арматуре. струја намотаја Ија. Тиме се ограничава могућност подешавања брзине арматуре променом напона напајања У. Због тога електромотори пројектовани за напајање генератором или контролисаним исправљачем морају имати независну побуду.

Серијска побуда једносмерне струје електромотора

Да би се ограничила стартна струја, стартни реостат Рп (слика 3, а) је укључен у коло намотаја арматуре (слика 3, а) и да се регулише брзина ротације паралелно са побудним намотајем подешавањем реостата. Рпв може бити укључен.

Пиринач. 3. Шематски дијаграм ДЦ мотора са серијском побудом (а) и зависност његовог магнетног флукса Ф од струје И у намотају арматуре (б)

Пиринач. 4. Карактеристике ДЦ мотора са секвенцијалном побудом: а — велика брзина и обртни момент, б — механички, в — радници.

Карактеристична карактеристика овог електромотора је да је његова побудна струја Ив једнака или пропорционална (када је реостат Рпв укључен) струји намотаја арматуре Ииа, па магнетни флукс Ф зависи од оптерећења мотора (слика 3, б) .

Када је струја намотаја арматуре Ииа мања од (0,8-0,9) називне струје Ином, магнетни систем машине није засићен и може се претпоставити да се магнетни флукс Ф мења у директној пропорцији са струјом Ииа. Због тога ће карактеристика брзине електромотора бити мека — како се струја И повећава, брзина ротације н ће се нагло смањити (слика 4, а). Смањење брзине ротације н настаје услед повећања пада напона ИјаΣРја. у унутрашњем отпору Рα. кола намотаја арматуре, као и због повећања магнетног флукса Ф.

Електромагнетни момент М са повећањем струје Ија ће нагло порасти, јер се у овом случају повећава и магнетни флукс Ф, односно моменат М ће бити пропорционалан струји Ија. Према томе, када је струја Ииа мања од (0,8 Н-0,9) Ином, карактеристика брзине има облик хиперболе, а моментна карактеристика има облик параболе.

При струјама Иа> Иа, зависности М и н од Иа су линеарне, пошто ће у овом режиму магнетно коло бити засићено и магнетни флукс Ф се неће променити када се промени струја Иа.

Механичка карактеристика, односно зависност н од М (слика 4, б), може се конструисати на основу зависности н и М од Ииа. Поред природне карактеристике 1, могуће је добити фамилију карактеристика реостата 2, 3 и 4. укључивањем реостата отпорности Рп у коло намотаја арматуре.Ове карактеристике одговарају различитим вредностима Рн1, Рн2 и Рн3, док што је већи Рн, то је нижа карактеристика.

Механичка карактеристика разматраног мотора је мекана и хиперболична. При малим оптерећењима, магнетни флукс Ф се значајно смањује, брзина ротације н нагло расте и може премашити максимално дозвољену вредност (мотор ради дивље). Због тога се такви мотори не могу користити за погон механизама који раде у празном ходу и под малим оптерећењем (разне машине, транспортери итд.).

Обично је минимално дозвољено оптерећење за моторе велике и средње снаге (0,2…0,25) Ином. Да би се спречило да мотор ради без оптерећења, чврсто је повезан са погонским механизмом (зупчаста или слепа спојница); употреба ременског погона или фрикционог квачила је неприхватљива.

Упркос овом недостатку, мотори са секвенцијалним побудама имају широку примену, посебно када постоје велике разлике у обртном моменту оптерећења и тешким условима покретања: у свим вучним погонима (електричне локомотиве, дизел локомотиве, електрични возови, електрични аутомобили, електрични виљушкари итд.), као и у погонима механизама за подизање (дизалице, лифтови и др.).

Ово се објашњава чињеницом да са меком карактеристиком, повећање обртног момента оптерећења доводи до нижег повећања струје и потрошње енергије него код мотора са независно и паралелно побудом, због чега мотори са серијским побудама могу боље да издрже преоптерећење.Поред тога, ови мотори имају већи стартни момент од паралелних и независно побуђених мотора, јер како се струја намотаја арматуре повећава током покретања, тако се сходно томе повећава и магнетни флукс.

Ако претпоставимо, на пример, да краткотрајна ударна струја може бити 2 пута већа од називне радне струје машине и занемаримо ефекте засићења, реакције арматуре и пада напона у њеном намотају, онда у серијски побуђеном мотору, почетни обртни момент ће бити 4 пута већи од номиналног (и у струји и у магнетном флуксу повећава се 2 пута), ау моторима са независним и паралелним побудама — само 2 пута више.

У ствари, услед засићења магнетног кола, магнетни флукс се не повећава пропорционално струји, али ће ипак почетни обртни момент серијски побуђеног мотора, под једнаким условима, бити много већи од почетног обртног момента. истог мотора са независном или паралелном побудом.

Зависности н и М од снаге П2 вратила мотора (сл. 4, ц), као што следи из горе наведених позиција, су нелинеарне, зависности П1, Итх и η од П2 имају исти облик као за моторе са паралелним узбуђењем.

Електромотор једносмерне струје мешовите побуде

У овом електромотору (сл. 5, а) магнетни флукс Ф настаје као резултат заједничког деловања два побудна намотаја — паралелна (или независна) и серијска, кроз које се пропуштају побудне струје Ив1 и Ив2 = Иа.

зато

где Фпосл — магнетни флукс серијског намотаја, у зависности од струје Иа, Фпар — магнетни флукс паралелног намотаја, који не зависи од оптерећења (одређен је побудном струјом Иц1).

Механичка карактеристика електромотора са мешовитим побудама (слика 5, б) лежи између карактеристика мотора са паралелним (права 1) и серијским (крива 2) побудом. У зависности од односа магнетомоторних сила паралелних и серијских намотаја на номиналном режиму, карактеристике мотора са мешаном побудом могу се апроксимирати на карактеристику 1 (крива 3 при ниским ппм серијског намотаја) или на карактеристику 2 (крива 4 на ниске ппм в. паралелни намотај).

Пиринач. 5. Шематски дијаграм електромотора са мешовитом побудом (а) и његове механичке карактеристике (б)

Предност ДЦ мотора са мешовитом побудом је у томе што он, који има меку механичку карактеристику, може да ради у празном ходу када је Фпосл = 0. У овом режиму, фреквенција ротације његове арматуре је одређена магнетним флуксом Фпар и има ограничену вредност (мотор не ради).