God dag, kjære lesere! I denne artikkelen vil jeg snakke om hva eksitasjon er i motorer. likestrøm og "hva spises det med."
Sannsynligvis hadde hver av oss elektriske leker i barndommen. De som var nysgjerrige i disse årene gikk ikke glipp av muligheten til å ta disse lekene fra hverandre for å se hva som var inni.
Når vi så inni et slikt leketøy, fant vi en liten DC-elektrisk motor. Naturligvis tenkte vi ikke engang på hvorfor det fungerte. Noen av oss, etter å ha funnet en motor i et leketøy, bestemte oss for å demontere den også. Disse nysgjerrige kameratene, etter å ha demontert motoren, fant der en permanent magnet (noen ganger mer enn én), børster og en armatur med en kommutator.
Så, det er nettopp den permanente magneten som er det det enkleste systemet eksitasjon for DC-motorer. Tross alt roterer motorens armatur bare når det er et konstant magnetfelt rundt det, som skapes ved hjelp av en permanent magnet.
DC-motorer i industriell skala bruker spesielle viklinger kalt feltviklinger som magnetisering.
Tilkoblingen av disse viklingene kan være svært forskjellig. De kan kobles parallelt med ankeret, i serie med det, blandet og til og med uavhengig av dem.
Forresten, motorer som har en permanent magnet som en exciter regnes som enheter med uavhengig eksitasjon.
Den spennende viklingen består av betydelig mer svinger enn ankeret. I denne forbindelse er ankerviklingsstrømmen titalls ganger større enn den spennende strømmen. Rotasjonshastigheten til en slik motor kan variere avhengig av belastningen og magnetisk fluks. På grunn av egenskapene til forbindelsen er parallellmotorer ganske lite utsatt for endringer i rotasjonshastighet.
La oss nå vurdere muligheten for separat tilkobling av arbeids- og spennende viklinger. En slik motor kalles en motor med uavhengig eksitasjon. Hastigheten til en slik motor kan justeres ved å endre motstanden til ankerkretsen eller den magnetiske fluksen.
Det er en liten nyanse her: du bør ikke redusere eksitasjonsstrømmen for mye når du slår på motoren på denne måten, siden dette er full av en veldig stor økning i ankerstrømmen. Det samme gjelder faren for å bryte eksitasjonskretsen til disse motorene. I tillegg, hvis belastningen på motoren med slik inkludering er liten, eller når den slås på på tomgang, kan den akselerere så kraftig at det er fare for motoren.
Som jeg allerede har sagt, regnes enheter som har permanente magneter som en exciter som en type uavhengig eksitasjons-DPT. Jeg vil si noen ord om dem.
Siden DPT-er og synkrone maskiner kan bruke permanente magneter i stedet for exciters, anses dette alternativet som ganske attraktivt. Og det er derfor:
- en slik enhet har redusert strømforbruket ved å redusere antall viklinger, som et resultat av at indikatorer på slike maskiner, for eksempel effektivitet, er høyere;
- Ved å bruke permanente magneter i stedet for en exciter, forenkles utformingen av motorens spennende kretser, noe som øker påliteligheten, fordi en permanent magnet ikke krever strøm, derfor har en slik motor ikke en strømsamlende enhet på rotoren.
Nå ca sekvensiell tilkobling viklinger (motorer med serieeksitasjon).
I dette koblingsalternativet vil også ankerstrømmen være spennende. Dette fører til at den magnetiske fluksen endres kraftig avhengig av belastningen. Dette er grunnen til den store uønsket å starte dem på tomgang og ved lav belastning.
Slik inkludering har funnet anvendelse der et betydelig startmoment er nødvendig, eller evnen til å motstå kortvarige overbelastninger. I denne forbindelse brukes de som trekkraft for trikker, trolleybusser, elektriske lokomotiver, t-baner og kraner. I tillegg brukes de som startmiddel for forbrenningsmotorer (som startere).
Det siste alternativet for å slå på likestrømsmotorer er deres blandede kobling. Hver av polene til disse motorene er utstyrt med et par viklinger, hvorav den ene er parallell og den andre er serie. Det er to måter å koble dem på:
- konsonantmetode (i dette tilfellet legges strømmene til);
- telleralternativ (subtraksjon av strømmer).
Følgelig, avhengig av tilkoblingsalternativet (som endrer forholdet mellom magnetiske flukser), kan en slik motor være nær enten en enhet med serieeksitasjon eller en motor med parallell eksitasjon.
I de fleste tilfeller anser de serieviklingen som hovedviklingen, og parallellviklingen som hjelpevikling. På grunn av parallellviklingen har slike motorer hastighet på nr tunge belastninger vokser praktisk talt ikke.
Hvis du trenger å motta betydelig øyeblikk ved oppstart og muligheten til å regulere hastigheten ved variabel belastning, brukes en konsonant type tilkobling. En tellerforbindelse brukes når det er nødvendig å oppnå konstant hastighet ved skiftende last.
Hvis det er behov for å reversere DC-motoren (endre rotasjonsretningen), endre retningen på strømmen i en av arbeidsviklingene.
Ved å endre polariteten for å koble til motorterminalene, er det mulig å endre retningen på bare de motorene som er slått på av uavhengig ordning, eller motorer med permanent magnet som magnetisering. I alle andre enheter er det nødvendig å endre retningen til strømmen i en av arbeidsviklingene.
I tillegg kan ikke likestrømsmotorer slås på med fullspenningstilkoblingsmetoden. Dette skyldes det faktum at størrelsen på startstrømmen deres er omtrent 2 dusin ganger høyere enn nominell strøm (dette avhenger av størrelsen og hastigheten til motoren). Motorstartstrømmer store størrelser kan være femti ganger høyere enn nominell driftsstrøm.
Store strømmer kan forårsake effekten av sirkulær gnistdannelse i kollektoren, som et resultat av at kollektoren blir ødelagt.
For å skru på DPT brukes teknikken, eller bruk av startreostater. Slå på den direkte typen er bare mulig ved lave spenninger og for små motorer med høy armaturviklingsmotstand.
Skriv kommentarer, tillegg til artikkelen, kanskje jeg gikk glipp av noe. Ta en titt på, jeg vil bli glad hvis du finner noe annet nyttig på siden min. Beste ønsker.
La oss vurdere mer detaljert egenskapene til en parallell eksitasjonsmotor, som bestemmer dens driftsegenskaper.
Hastigheten og de mekaniske egenskapene til motoren bestemmes av likhetene (7) og (9) presentert i artikkelen "", med U= konst og Jeg i = konst. I fravær av ytterligere motstand i ankerkretsen kalles disse egenskapene naturlig.
Hvis børstene er på geometrisk nøytral, med økende Jeg og strømmen Ф δ vil avta litt på grunn av virkningen av ankerets tverrreaksjon. Som et resultat av dette, hastigheten n, i henhold til uttrykk (7) presentert i artikkelen "Generell informasjon om DC-motorer", vil ha en tendens til å øke. På den annen side spenningsfallet R a × Jeg og forårsaker redusert hastighet. Dermed er tre typer hastighetskarakteristikk mulig, vist i fig. 1: 1 – med overveiende innflytelse R a × Jeg EN; 2 – med gjensidig kompensasjon for innflytelse R a × Jeg a og reduser Ф δ; 3 – når påvirkningen av synkende Ф δ dominerer.
På grunn av det faktum at endringen i Ф δ er relativt liten, er de mekaniske egenskapene n = f(M) av en parallelleksitasjonsmotor, bestemt av likhet (9), presentert i artikkelen "Generell informasjon om likestrømsmotorer", med U= konst og Jegв = const sammenfaller i utseende med egenskapene n = f(Jeg a) (Figur 1). Av samme grunn er disse egenskapene nesten enkle.
Kjennetegn ved arten 3 (Figur 1) er uakseptable under betingelsene for bærekraftig drift (se artikkel ""). Derfor produseres parallelle eksitasjonsmotorer med litt avtagende egenskaper i formen 1 (bilde 1). I moderne høyt brukte maskiner, på grunn av den ganske sterke metningen av ankertennene, kan påvirkningen av ankerets tverrreaksjon være så stor at en karakteristikk av formen 1 (Figur 1) er umulig. Deretter, for å oppnå en slik karakteristikk, plasseres en svak serieeksitasjonsvikling med konsonantinkludering ved polene, hvis magnetiseringskraft er opptil 10 % av magnetiseringskraften til den parallelle eksitasjonsviklingen. I dette tilfellet blir reduksjonen i Ф δ under påvirkning av den tverrgående reaksjonen til armaturet delvis eller fullstendig kompensert. En slik seriefeltvikling kalles stabilisere, og en motor med en slik vikling kalles fortsatt en parallelleksitasjonsmotor.
Endring av rotasjonshastighet Δ n(Figur 1) når du går fra tomgang ( Jeg a = Jeg a0) til nominell belastning ( Jeg a = Jeg a) den parallelle eksitasjonsmotoren når den opererer på en naturlig karakteristikk er liten og utgjør 2 - 8 % av n n. Slike svakt avtagende egenskaper kalles harde. Parallelle magnetiseringsmotorer med stive egenskaper brukes i installasjoner der det kreves at rotasjonshastigheten forblir tilnærmet konstant når belastningen endres (metallskjæremaskiner, etc.).
  |
| Figur 2. Mekanisk og hastighetsegenskaper parallell-eksitasjonsmotor med forskjellige eksitasjonsstrømmer |
Hastighetskontroll ved å svekke magnetisk fluks
Hastighetskontroll ved å svekke den magnetiske fluksen gjøres vanligvis ved hjelp av en reostat i eksitasjonskretsen R r.v (se figur 1, b i artikkelen "" og figur 1 i artikkelen "Starting DC-motorer"). I fravær av ekstra motstand i ankerkretsen ( R pa = 0) og U= const egenskaper n = f(Jeg a) og n = f(M), definert av likheter (7) og (9), presentert i artikkelen "Generell informasjon om DC-motorer", for forskjellige betydninger R r.v., Jeg i eller Ф δ har formen vist i figur 2. Alle egenskaper n = f(Jeg a) konvergere på x-aksen ( n= 0) på et felles punkt med veldig stor strøm Jeg a, som ifølge uttrykk (5) presentert i artikkelen "Generell informasjon om likestrømsmotorer", er lik
Jeg a = U / R EN.
Men de mekaniske egenskapene n = f(M) skjærer x-aksen på forskjellige punkter.
Den nedre karakteristikken i figur 2 tilsvarer den nominelle strømningen. Verdier n i steady state drift tilsvarer skjæringspunktene for karakteristikkene som vurderes med kurven M st = f(n) for en arbeidsmaskin koblet til motoren (tykk stiplet linje i figur 2).
Motorens tomgangspunkt ( M = M 0 , Jeg a = Jeg a0) ligger litt til høyre for ordinataksen i figur 2. Med økende rotasjonshastighet n på grunn av økte mekaniske tap M 0 og Jeg a0 øker også (tynn stiplet linje i figur 2).
Hvis du i denne modusen bruker et eksternt påført dreiemoment, begynner du å øke rotasjonshastigheten n, Det E og [se uttrykk (6) i artikkelen "Generell informasjon om DC-motorer"] vil øke, og Jeg a og M vil, i henhold til likhetene (5) og (8), presentert i artikkelen "Generell informasjon om DC-motorer", avta. På Jeg a = 0 og M= 0 mekaniske og magnetiske tap av motoren dekkes av den mekaniske kraften som tilføres akselen, og med en ytterligere økning i hastighet Jeg a og M vil skifte fortegn og motoren vil bytte til generatordriftsmodus (karakteristiske snitt i figur 2 til venstre for ordinataksen).
Motorer generell bruk tillate, i henhold til koblingsforholdene, hastighetskontroll ved feltsvekkelse innenfor området 1: 2. Motorer med hastighetsregulering på denne måten produseres også i området opptil 1: 5 eller til og med 1: 8, men i dette tilfellet , for å begrense maksimal spenning mellom kollektorplatene, er det nødvendig å øke luftgapet, regulere strømmen over individuelle grupper av poler (se artikkelen "Regulering av rotasjonshastighet og stabilitet til DC-motorer") eller bruke en kompensasjonsvikling. Dette øker kostnadene for motoren.
Hastighetsregulering ved motstand i armaturkretsen, kunstig mekanisk og hastighetsegenskaper
Hvis du inkluderer en ekstra motstand i serie med ankerkretsen R ra (Figur 3, EN), så får vi i stedet for uttrykk (7) og (9) presentert i artikkelen "Generell informasjon om likestrømsmotorer"
  | (1) |
  | (2) |
Motstand R Ra kan være justerbar og bør være utformet for langtidsdrift. Eksitasjonskretsen må kobles til nettspenning.
Figur 3. Skjema for regulering av rotasjonshastigheten til en parallelleksitasjonsmotor ved bruk av motstand i ankerkretsen ( EN) og tilsvarende mekaniske og hastighetsegenskaper ( b)
Kjennetegn n = f(M) Og n = f(Jeg og for forskjellige betydninger R ra = konst kl U= konst og Jegв = const er vist i figur 3, b (R pa1< R ra2< R pa3). Øvre karakteristikk ( R pa = 0) er naturlig. Hver av egenskapene skjærer abscisseaksen ( n= 0) på punktet som
Fortsettelsen av disse karakteristikkene under x-aksen i figur 3 tilsvarer motorbremsing ved back-on. I dette tilfellet n < 0, э. д. с. E a har motsatt fortegn og legger opp til nettspenningen U, som et resultat av dette
og motormoment M virker mot rotasjonsretningen og bremser derfor.
Hvis i hvilemodus ( Jeg a = Jeg a0) ved hjelp av et eksternt påført dreiemoment, begynn å øke rotasjonshastigheten, deretter oppnås modusen først Jeg a = 0 og deretter Jeg a vil endre retning og maskinen vil bytte til generatormodus (karakteristiske seksjoner i figur 3, b til venstre for y-aksen).
Som det fremgår av figur 3, b, når den er slått på R ra-egenskapene blir mindre strenge, og ved høyere verdier R ra - bratt fallende, eller myk.
Hvis dreiemomentkurven M st = f(n) har formen vist i figur 3, b tykk stiplet linje, deretter verdiene n ved steady state for hver verdi R ra bestemmes av skjæringspunktene til de tilsvarende kurvene. Jo mer R ra, jo mindre n og lavere koeffisient nyttig handling(k.p.d.).
Hastighetskontroll ved å endre armaturspenning
Hastighetskontroll ved å endre armaturspenningen kan utføres ved hjelp av en generator-motorenhet (G-E), også kalt en Leonard-enhet (Figur 4). I dette tilfellet er primus motor PD (vekselstrøm, intern forbrenning og lignende) roterer med konstant hastighet DC generator G. Generatorarmaturet er direkte koblet til DC-motorarmaturet D, som fungerer som drivkraft for arbeidsmaskinen RM. Generatorfeltviklinger OVG og motor ATS drevet fra en uavhengig kilde - et likestrømsnettverk (Figur 4) eller fra exciters (små likestrømsgeneratorer) på akselen til drivmotoren PD. Regulering av generatorens eksitasjonsstrøm Jeg v.g skal produseres praktisk talt fra null (i figur 4 ved bruk av en reostat koblet i henhold til en potensiometrisk krets). Hvis det er nødvendig å reversere motoren, kan du endre polariteten til generatoren (i figur 4 ved hjelp av bryteren P).
Figur 4. Diagram over generator-motorenheten for regulering av hastigheten til en uavhengig magnetiseringsmotor
Starter motoren D og hastigheten styres som følger. På maks Jeg i.d. og Jeg v.g = 0 start primus motor PD. Øk deretter gradvis Jeg v.g, og ved lav generatorspenning U motor D vil komme i rotasjon. Videre regulering U innen opptil U = U n, du kan få alle motorrotasjonshastigheter opp til n = n n. Ytterligere økning n kanskje ved å redusere Jeg e.d. For å reversere motoren, reduser Jeg vg til null, bytt OVG og øke igjen Jeg v.g fra verdi Jeg v.g = 0.
Når arbeidsmaskinen produserer en kraftig pulserende belastning (for eksempel noen valseverk) og det ikke er ønskelig at belastningstoppene skal overføres fullstendig til drivmotoren eller til AC-nettet, vil motoren D kan utstyres med svinghjul (G – D – M-enhet, eller Leonard – Ilgner-enhet). I dette tilfellet, når avtagende n under toppbelastning dekkes en del av denne lasten av svinghjulets kinetiske energi. Svinghjulseffektiviteten vil være større med en mykere motorkarakteristikk PD eller D.
I I det siste i økende grad motoren PD og generator G erstattet av en halvleder likeretter med justerbar spenning. I dette tilfellet kalles også den aktuelle enheten ventil (tyristor) kjøre.
Enhetene som vurderes brukes når det er nødvendig å regulere rotasjonshastigheten til en motor med høy effektivitet innenfor et bredt område - opptil 1: 100 eller mer (store metallskjæremaskiner, valseverk, og så videre).
Merk at endringen U for reguleringsformål n i henhold til diagrammet i figur 1, b vist i artikkelen "Generell informasjon om DC-generatorer" og figur 3, EN, gir ikke ønskede resultater, siden samtidig med en endring i spenningen til ankerkretsen endres den proporsjonalt U også eksitasjonsstrøm. Siden regulering U kan bare utledes fra verdien U = U n ned, så snart vil den magnetiske kretsen bli mettet, som et resultat av dette U Og Jeg i vil endre seg proporsjonalt med hverandre. I henhold til likhet (7), presentert i artikkelen "Generell informasjon om DC-motorer"), n den endres imidlertid ikke nevneverdig.
Nylig ble den såkalte pulsregulering DC-motorer. I dette tilfellet drives motorankerkretsen fra en likestrømskilde med konstant spenning gjennom tyristorer, som med jevne mellomrom slås av og på med en frekvens på 1 - 3 kHz. For å jevne ut armaturstrømkurven er kondensatorer koblet til terminalene. Spenningen ved ankerterminalene er i dette tilfellet nesten konstant og proporsjonal med forholdet mellom tyristorens innkoblingstid og varigheten av hele syklusen. Dermed lar pulsmetoden deg regulere rotasjonshastigheten til motoren når den drives fra en konstant spenningskilde innenfor et bredt område uten en reostat i ankerkretsen og praktisk talt uten ekstra tap. På samme måte, uten startreostat og uten ekstra tap, kan motoren startes.
Pulskontrollmetoden er økonomisk svært gunstig for å kontrollere motorer som opererer i variabel hastighetsmodus med hyppige starter, for eksempel i elektrifisert transport.
 |
| Figur 5: Shuntmotorytelse P n = 10 kW, U n = 200 V, n n = 950 rpm |
Ytelsesegenskaper
Ytelseskarakteristikker er basert på strømforbruk P 1 strømforbruk Jeg, hastighet n, øyeblikk M, og effektivitet η fra nyttig kraft P 2 kl U= konstant og uendret posisjon av de regulerende reostatene. Driftsegenskapene til en laveffekts parallell eksitasjonsmotor i fravær av ytterligere motstand i ankerkretsen er presentert i figur 5.
Samtidig med økningen i akselkraft P 2 øker dreiemomentet på akselen M. Fordi med økende P 2 og M hastighet n synker litt, da M ∼ P 2 / n vokser litt raskere P 2. Øke P 2 og M, naturligvis, er ledsaget av en økning i motorstrømmen Jeg. Proporsjonal Jeg Strømforbruket fra nettverket øker også P 1 . på tomgang ( P 2 = 0) effektivitet η = 0, deretter med økende P 2, først øker η raskt, men ved høye belastninger, på grunn av den store økningen i tap i ankerkretsen, begynner η å avta igjen.
Elektriske motorer er maskiner som kan snu elektrisk energi til mekanisk. Avhengig av typen strøm som forbrukes, er de delt inn i AC- og DC-motorer. Denne artikkelen vil fokusere på sistnevnte, som er forkortet til DBT. DC-motorer omgir oss hver dag. De er utstyrt med batteridrevet elektroverktøy, elektriske kjøretøy, noen industrimaskiner og mye mer.
Design og operasjonsprinsipp
Strukturen til en DFC er lik en AC synkron elektrisk motor forskjellen mellom dem er bare i typen strøm som forbrukes. Motoren består av en stasjonær del - en stator eller induktor, en bevegelig del - en armatur og en børstesamlerenhet. Induktoren kan lages i form av en permanent magnet hvis motoren har lav effekt, men oftere er den utstyrt med en eksitasjonsvikling med to eller flere poler. Armaturet består av et sett med ledere (viklinger) festet i spor. I den enkleste modellen DPT-er brukte bare en magnet og en ramme som strøm gikk gjennom. Denne designen kan kun betraktes som et forenklet eksempel, mens det moderne designet er en forbedret versjon som har en mer kompleks struktur og utvikler den nødvendige kraften. 
Driftsprinsippet til en DPT er basert på Amperes lov: Hvis en ladet trådramme plasseres i et magnetfelt, vil den begynne å rotere. Strømmen som går gjennom den danner sitt eget magnetiske felt rundt seg selv, som når det kommer i kontakt med det ytre magnetfelt vil begynne å rotere rammen. Ved én ramme vil rotasjonen fortsette til den inntar en nøytral posisjon parallelt med det eksterne magnetfeltet. For å sette systemet i bevegelse, må du legge til en annen ramme. I moderne DPT-er er rammene erstattet av en armatur med et sett med ledere. Strøm påføres lederne, lader dem, noe som resulterer i et magnetfelt rundt ankeret, som begynner å samhandle med magnetfeltet til feltviklingen. Som et resultat av denne interaksjonen roterer ankeret i en viss vinkel. Deretter går strømmen til de neste lederne osv.
For å vekselvis lade armaturlederne brukes spesielle børster laget av grafitt eller en kobber-grafittlegering. De spiller rollen som kontakter som lukkes elektrisk krets til terminalene til et par ledere. Alle terminaler er isolert fra hverandre og kombinert til en samleenhet - en ring av flere lameller plassert på aksen til ankerakselen. Under motordrift lukker kontaktbørstene vekselvis lamellene, noe som lar motoren rotere jevnt. Jo flere ledere ankeret har, jo mer jevnt vil DPT fungere. 
DC-motorer er delt inn i:
— elektriske motorer med uavhengig eksitasjon;
— elektriske motorer med selveksitasjon (parallell, serie eller blandet).
DPT-kretsen med uavhengig eksitering sørger for tilkobling av eksitasjonsviklingen og ankeret til ulike kilder strømforsyning, slik at de ikke er elektrisk koblet til hverandre.
Parallell eksitasjon realiseres av parallellkobling induktor- og armaturviklinger til én strømkilde. Disse to motortypene har tøffe ytelsesegenskaper. Deres rotasjonshastighet på arbeidsakselen avhenger ikke av belastningen, og den kan justeres. Slike motorer har funnet anvendelse i maskiner med variabel belastning, hvor det er viktig å regulere akselens rotasjonshastighet
Ved serieeksitasjon er anker og feltvikling koblet i serie, så verdien elektrisk strøm de har det samme. Slike motorer er "mykere" i drift, har et større hastighetskontrollområde, men krever konstant belastning på akselen, ellers kan rotasjonshastigheten nå et kritisk punkt. De har Høy verdi startmoment, som gjør start lettere, men akselens rotasjonshastighet avhenger av belastningen. De brukes i elektriske kjøretøy: i kraner, elektriske tog og bytrikker.
Den blandede typen, der en eksitasjonsvikling er koblet til ankeret parallelt, og den andre i serie, er sjelden.
Kort skapelseshistorie
M. Faraday ble en pioner i historien om etableringen av elektriske motorer. Han klarte ikke å lage en fullverdig arbeidsmodell, men det var han som gjorde oppdagelsen som gjorde dette mulig. I 1821 utførte han et eksperiment med en ladet ledning plassert i kvikksølv i et bad som inneholdt en magnet. Når den samhandlet med et magnetfelt, begynte metalllederen å rotere, og konverterte energien til elektrisk strøm til mekanisk arbeid. Forskere på den tiden jobbet for å lage en maskin hvis drift ville være basert på denne effekten. De ønsket å få en motor som fungerte etter stempelprinsippet, altså slik at arbeidsakselen beveget seg frem og tilbake.
I 1834 ble den første likestrømselektriske motoren laget, som ble utviklet og skapt av den russiske forskeren B. S. Jacobi. Det var han som foreslo å erstatte den frem- og tilbakegående bevegelsen til akselen med dens rotasjon. I modellen hans samhandlet to elektromagneter med hverandre og roterte en aksel. I 1839 testet han med hell en båt utstyrt med en DPT. Den videre historien til denne kraftenheten er i hovedsak en forbedring av Jacobi-motoren.
Funksjoner av DBT
Som andre typer elektriske motorer er DPT pålitelig og miljøvennlig. I motsetning til AC-motorer kan den justeres i et bredt spekter av akselhastighet og frekvens, og den er enkel å starte. 
En DC-motor kan brukes både som motor og som generator. Det er også mulig å endre retningen på akselrotasjonen ved å endre retningen på strømmen i ankeret (for alle typer) eller i feltviklingen (for motorer med sekvensiell eksitasjon).
Rotasjonshastighetskontroll oppnås ved å koble til en krets variabel motstand. Med sekvensiell eksitasjon er den plassert i ankerkretsen og gjør det mulig å redusere hastigheten i forhold på 2:1 og 3:1. Dette alternativet er egnet for utstyr som har lange perioder nedetid, fordi reostaten varmes opp betydelig under drift. En økning i hastigheten sikres ved å koble en reostat til eksitasjonsviklingskretsen.
For shuntviklede motorer brukes også reostater i ankerkretsen for å redusere hastigheten innenfor 50 % av de nominelle verdiene. Innstilling av motstanden i eksitasjonsviklingskretsen lar deg øke hastigheten opptil 4 ganger.
Bruk av reostater er derfor alltid forbundet med betydelige varmetap moderne modeller motorer de ble erstattet med elektroniske kretser, slik at du kan kontrollere hastigheten uten betydelige energitap.
Effektiviteten til en likestrømsmotor avhenger av kraften. Laveffektsmodeller er laveffektive, med en virkningsgrad på rundt 40 %, mens 1000 kW-motorer kan ha en virkningsgrad på opptil 96 %.
Fordeler og ulemper med DBT
De viktigste fordelene med DC-motorer inkluderer:
— enkel design;
— enkel betjening;
— evnen til å regulere akselens rotasjonshastighet;
— enkel start (spesielt for motorer med sekvensiell eksitasjon);
— mulighet for bruk som generatorer;
- kompakte dimensjoner.
Feil:
- har et "svak ledd" - grafittbørster som slites raskt, noe som begrenser levetiden deres;
- høy kostnad;
— når de kobles til nettverket, krever de strømlikerettere.
Anvendelsesområde
DC-motorer er mye brukt i transport. De er installert i trikker, elektriske tog, elektriske lokomotiver, damplokomotiver, motorskip, dumper, kraner, etc. I tillegg brukes de i verktøy, datamaskiner, leker og bevegelige mekanismer. De kan ofte finnes på produksjonsmaskiner, hvor det er nødvendig å regulere hastigheten på arbeidsakselen over et bredt område.
Motordiagram.
Den parallelle magnetiseringsmotorkretsen er vist i fig. 1,25. Armaturviklingen og feltviklingen er koblet parallelt. I denne kretsen: I er strømmen som forbrukes av motoren fra nettverket, I i er ankerstrømmen, I er eksitasjonsstrømmen. Fra Kirchhoffs første lov følger det at I = I i + I c.
Naturlig mekanisk karakteristikk. Den naturlige mekaniske egenskapen er beskrevet ved formel (1.6).
Ved tomgang M = 0 og n x = U/C E F.
Hvis Ф = const, har ligningen for den mekaniske karakteristikken formen:
n = nX– bM, (1.8)
hvor b = R i / C E F.
Av (1.8) følger det at den mekaniske karakteristikken (Fig. 1.26, rett linje 1) er en rett linje med helningsvinkel a og vinkelkoeffisient b. Siden R i er liten for DC-motorer, ettersom belastningen på akselen øker, endres rotasjonshastigheten n litt - egenskaper av denne typen kalles "harde".
Strømmen som forbrukes av motoren fra nettverket øker praktisk talt proporsjonalt med belastningsmomentet. Faktisk, M » M em = C m I I F, og siden parallelleksitasjonsmotoren har F = const, så I I ~ M.
Hastighetskontroll.
Regulering av rotasjonshastigheten er mulig fra (1.6) på tre måter: ved å endre den magnetiske fluksen til hovedpolene Ф, ved å endre motstanden til ankerkretsen R i og ved å endre spenningen U tilført ankerkretsen (en endring i n på grunn av endring i lastmomentet er M ikke inkludert i reguleringsbegrepet).
Regulering av n ved å endre den magnetiske fluksen F utføres ved hjelp av en justerende reostat R r. Når motstanden til reostaten øker, reduseres eksitasjonsstrømmen I inn og den magnetiske fluksen til hovedpolene F. Dette fører for det første til en økning i tomgangshastigheten n x og for det andre til en økning i koeffisienten b, dvs. til en økning i helningsvinkelen til den mekaniske karakteristikken. Imidlertid forblir b liten og stivheten til de mekaniske egenskapene opprettholdes. I fig. 1.28, i tillegg til naturlig karakteristikk 1, tilsvarende den maksimale magnetiske fluksen Ф, viser en familie av mekaniske egenskaper 2-4, tatt ved en redusert magnetisk fluks. Av karakteristikkene følger det at endring av den magnetiske fluksen bare kan øke rotasjonshastigheten i forhold til den naturlige karakteristikken. I praksis kan rotasjonshastigheten ikke økes med mer enn 2 ganger ved bruk av denne metoden, siden en økning i hastighet fører til dårligere kommutering og jevn mekanisk skade biler.
En annen metode for hastighetsregulering er koblet i serie med ankeret til en kontrollreostat R i.p (startreostaten R p er uegnet for dette formålet, siden den er designet for kortvarig drift). Formel (1.6) tar deretter formen:
n= 
,
hvorfra det følger at hastigheten ved tomgang for enhver motstand R r er den samme, og koeffisienten b og følgelig hellingen til de mekaniske egenskapene 5-7 øker (fig. 1.26). Regulering av rotasjonshastigheten på denne måten fører til en reduksjon i rotasjonshastigheten i forhold til den naturlige karakteristikken. I tillegg er det uøkonomisk, siden det er forbundet med høye effekttap (R i.r I) i kontrollreostaten, som hele ankerstrømmen flyter gjennom.
Den tredje metoden for å regulere rotasjonshastigheten er en reostatfri endring i spenningen som tilføres ankeret. Det er bare mulig når motorankeret drives fra en separat kilde, hvis spenning kan justeres. Separate generatorer eller kontrollerte ventiler (tyratroner, kvikksølvlikerettere, tyristorer) spesialdesignet for en gitt motor brukes som en kontrollert kilde. I det første tilfellet dannes et system av maskiner, kalt G-D system(generator - motor), (fig. 1.27). Den brukes for jevn kontroll over et bredt spekter av rotasjonshastigheter til kraftige DC-motorer og i systemer automatisk kontroll. Et kontrollsystem med kontrollerte HC-ventiler (fig. 1.28) brukes til å regulere rotasjonshastigheten til motorer med lav effekt. Dens fordel er større effektivitet.
Regulering av rotasjonshastigheten ved å endre U er praktisk talt bare mulig i synkende retning, siden det er uakseptabelt å øke spenningen over merkespenningen på grunn av en kraftig forringelse av kommutering. Av (1.9) følger det at når spenningen avtar, reduseres tomgangshastigheten nx, og helningen til de mekaniske egenskapene 8-10 endres ikke (se fig. 1.26). Kontrollområdet (n max /n min) er på denne måten 6:1-8:1. Den kan utvides kraftig etter søknad spesielle ordninger med tilbakemelding.
Regulerende karakteristikk.
Reguleringskarakteristikken n=f(I in) til den parallelle magnetiseringsmotoren er vist i fig. 1,29.
Dens karakter bestemmes av avhengighet (1,5), hvorfra det følger at rotasjonsfrekvensen er omvendt proporsjonal med den magnetiske fluksen og følgelig med eksitasjonsstrømmen Iv. Når eksitasjonsstrømmen I in = 0, som kan skje når eksitasjonskretsen brytes, er den magnetiske fluksen lik rest-F osten og rotasjonshastigheten blir så høy at motoren kan ødelegges mekanisk - et lignende fenomen kalles motor løpsk.
Fysisk er separasjonsfenomenet forklart av det faktum at dreiemomentet (1.2) med en reduksjon i den magnetiske fluksen, ser det ut til, bør reduseres, men ankerstrømmen I I = (U – E)/R I øker mer betydelig, siden E (1,1) og forskjellen U avtar – øker E i større grad (vanligvis E » 0,9 U).
Bremsemoduser.
Motorbremsemoduser oppstår når det elektromagnetiske dreiemomentet som utvikles av motoren virker mot ankerets rotasjonsretning. De kan oppstå under motordrift når driftsforholdene endres eller er skapt kunstig for raskt å redusere hastigheten, stoppe eller reversere motoren.
Parallellmagnetiseringsmotoren har tre bremsemoduser: generatorbremsing med energiretur til nettverket, bakbremsing og dynamisk bremsing.
Generatorbremsing oppstår i tilfeller hvor ankerrotasjonsfrekvensen n blir større enn rotasjonshastigheten ved ideell (dvs. ved M pr = 0) tomgangshastighet n x (n>n x). Overgangen til denne modusen fra motormodus er mulig, for eksempel ved senking av en last, når dreiemomentet skapt av lasten påføres ankeret i samme retning som motorens elektromagnetiske dreiemoment, dvs. når belastningsmomentet virker i samsvar med det elektromagnetiske dreiemomentet til motoren og den tar opp en hastighet større enn n x. Hvis n>n x, så E>U c (der U c er nettverksspenningen) og motorstrømmen endrer fortegn (1.4) - det elektromagnetiske dreiemomentet endres fra et roterende dreiemoment til et bremsemoment, og maskinen skifter fra motormodus til generatormodus og leverer energi til nettverket (energigjenvinning). Overgangen til en maskin fra motormodus til generatormodus er illustrert med en mekanisk karakteristikk (fig. 1.30). La a 1 være driftspunktet i motormodus; det tilsvarer dreiemomentet M. Hvis rotasjonshastigheten øker, så flyttes driftspunktet i henhold til karakteristikk 1 fra kvadrant I til kvadrant II, for eksempel til driftspunktet a 2, som tilsvarer rotasjonshastigheten n΄ og bremsingen dreiemoment - М΄.
Bremsingmotstand oppstår i en motor som går når retningen til ankerstrømmen eller feltstrømmen reverseres. I dette tilfellet skifter det elektromagnetiske dreiemomentet fortegn og blir bremsende.
Driften av en motor med motsatt rotasjonsretning tilsvarer mekaniske egenskaper plassert i kvadrant II og III (for eksempel naturlig karakteristikk 2 i fig. 1.30).
En plutselig overgang til denne karakteristikken er praktisk talt uakseptabel, da den er ledsaget av en for stor bølge av strøm og bremsemoment. Av denne grunn, samtidig med svitsjingen av en av viklingene, slås en ekstra motstand R ext på i ankerkretsen, noe som begrenser ankerstrømmen.
Den mekaniske egenskapen til modusen med R ext har en stor helning (rett linje 3). Når du bytter til rygg-til-rygg-modus, kan ikke rotasjonshastigheten n i første øyeblikk endres (på grunn av tregheten til ankeret) og driftspunktet fra posisjon a 1 vil flytte til posisjon a 3 kl. ny karakteristikk. På grunn av utseendet til M torus vil rotasjonshastigheten n raskt synke inntil driftspunktet a 3 beveger seg til posisjon a 4, tilsvarende å stoppe motoren. Hvis motoren i dette øyeblikket ikke er koblet fra strømkilden, vil ankeret endre rotasjonsretningen. Maskinen vil begynne å operere i motormodus med en ny rotasjonsretning, og driftspunktet a 5 vil være ved mekaniske egenskaper 3 i kvadrant III.
Dynamiskbremsing oppstår i tilfeller hvor motorankeret er koblet fra nettverket og lukker seg for den dynamiske bremsemotstanden R d.t. Den karakteristiske ligningen (1.6) har formen:
n= 
som tilsvarer en familie av rette linjer 4 (for forskjellige R d.t.) som går gjennom origo. Når du bytter til denne modusen, går driftspunktet a 1 til en av karakteristikkene 4, for eksempel til punkt a 6, og beveger seg deretter langs rett linje 4 til null. Motorankeret bremses til fullstendig stopp. Ved å endre motstanden R d.t kan du regulere ankerstrømmen og bremsehastigheten.
Forelesning nr. 9
DC-motorer
Etter dimensjoner;
I henhold til beskyttelsesmetoden;
Ved makt;
Ved rotasjonshastighet;
Eksitasjonskretser for DC-elektriske motorer er vist i figuren.
Ris. 9.1 Eksitasjonskretser for DC elektriske motorer: a - uavhengig, b - parallell, c - seriell, d - blandet
Grunnleggende formler og ligninger
Hvis vi tar rotasjonshastigheten til ankeret i SI-systemet (rad/s), så vil formel 4.13 fra forelesning nr. 4 ha formen
M -elektromagnetisk dreiemoment DC-maskiner, N/m (newton delt på meter)
k- en konstant verdi for en gitt maskin;
F - hovedmagnetisk fluks, Wb (weber)
R - antall armaturviklingspolpar
N er antall slissede sider av armaturviklingen
A - antall par parallelle grener av ankerviklingen
Jeg en eller bare Jeg- ankerstrøm, A;
For en motor som går med konstant turtall kan man få stressligning(EMF) for generatorarmaturkretsen:
Denne ligningen er oppnådd basert på Kirchhoffs andre lov
. (9.3)
Summen av motstandene til alle seksjoner av ankerkretsen:
Armaturviklinger r a eller r i
Viklinger av ekstra poler r d,
Kompensasjonsvikling rko,
Seriefeltvikling r s
Overgangsbørstekontakt r shch.
Hvis maskinen ikke har noen av de angitte viklingene, inkluderer ikke (9.4) de tilsvarende termene.
Av (9.3) følger det at spenningen som tilføres motoren balanseres av bak-EMF til ankerviklingen og spenningsfallet i ankerkretsen.
Basert på (9.3) får vi ankerstrømformelen
. (9.5)
Ved å multiplisere begge sider av ligning (9.3) med ankerstrømmen Ia, får vi effektligningen for ankerkretsen:
, (9.6)
, (9.7)
(9.8)
ω - vinkelfrekvens for rotasjon av ankeret;
Motorens elektromagnetiske kraft.
Derfor representerer uttrykket den elektromagnetiske kraften til motoren.
Ytelsesegenskaper
Motorytelseskarakteristikkene er vist i fig. 9.2b
Motorturtallet avtar med økende belastning P2, og graf ω= f(P 2) anskaffer fallende utsikt. For å gi en fallende kurveform til hastighetskarakteristikken, bruker noen shuntmotorer en lett (få svinger) seriefeltvikling, som kalles en stabiliserende vikling. Når denne viklingen slås på i samsvar med den parallelle eksitasjonsviklingen, kompenserer dens MMF for demagnetiseringseffekten av ankerreaksjonen slik at fluksen F forblir praktisk talt uendret over hele lastområdet.
Endring av rotasjonshastighet av motoren under overgangen fra nominell belastning til tomgang, uttrykt i prosent, kalles den nominelle endringen i hastighet:
, (9.12)
∆ω nom = 100
hvor 0 (n 0) er motorturtallet i tomgangsmodus.
Vanligvis for parallellmagnetiseringsmotorer ∆ω nom = 2-8 %, derfor kalles hastighetskarakteristikken til parallellmagnetiseringsmotoren vanskelig.
Avhengighet nyttig øyeblikk fra belastningen er etablert av formelen 
. På 
rute 
ville se rett ut. Men når belastningen øker, synker motorhastigheten, og dermed avhengigheten 
krumlinjet.
Avhengighetsgraf M el = f(P 2) går parallelt med kurven M 2 = f(P 2).
Starter motoren
Motorankerstrømmen bestemmes av formelen
I det første øyeblikket av oppstart er motorankeret stasjonært og ingen EMF E a = 0 induseres i viklingen. Derfor, når motoren er direkte koblet til nettverket, oppstår en startstrøm i viklingen av ankeret
Jeg p = (9.13)
Vanligvis er motstanden liten, så startstrømmen når uakseptabelt høye verdier, 10-20 ganger nominell strøm til motoren.
En så stor startstrøm er veldig farlig for motoren. For det første kan det forårsake en sirkulær brann i bilen, og for det andre, med en slik strøm, utvikles det et for stort startmoment i motoren, som har en sjokkeffekt på de roterende delene av motoren og kan ødelegge dem mekanisk. Og til slutt forårsaker denne strømmen et kraftig spenningsfall i nettverket, noe som påvirker driften til andre forbrukere som er inkludert i dette nettverket negativt. Derfor brukes vanligvis start av motoren ved direkte tilkobling til nettverket (motstandsløs start) for motorer med en effekt på ikke mer enn 0,7-1,0 kW. I disse motorene, på grunn av den økte motstanden til armaturviklingen og små roterende masser, er startstrømmen bare 3-5 ganger høyere enn merkestrømmen, noe som ikke utgjør en fare for motoren.
Når det gjelder motorer med høyere effekt, brukes startreostater (PR) for å begrense startstrømmen, koblet i serie til ankerkretsen (reostatisk start).
Før du starter motoren, er det nødvendig å introdusere en reostat, det vil si å stille inn den høyeste motstanden. Slå deretter på bryteren og reduser gradvis motstanden til reostaten.
Ris. 9.4. Koblingsskjema for startreostat
Startarmaturstrøm kl full motstand start reostat
. (9.14)
Motstanden til startreostaten velges vanligvis slik at den maksimale startstrømmen overskrider merkestrømmen med ikke mer enn 2-3 ganger.
For å starte motorer med høyere effekt, er det ikke tilrådelig å bruke startreostater, siden dette vil føre til betydelige energitap. I tillegg vil startreostater være store. Derfor i motorer høy effekt bruk ikke-motstandsmotor som starter ved å senke spenningen.
Eksempler på dette er å starte trekkmotorene til et elektrisk lokomotiv ved å bytte dem fra seriell tilkobling ved parallellstart kl normal operasjon eller starte en motor i en generator-motorkrets.
Reverserende motorer
Å reversere motoren endrer rotasjonsretningen til ankeret.
Reversering av motoren utføres enten ved å endre polariteten til spenningen på armaturviklingen eller på feltviklingen. I begge tilfeller endres fortegnet elektromagnetisk øyeblikk motor M em og følgelig rotasjonsretningen til ankeret.
Effektivitet av DC-maskiner
η = P2/P1, (9,20)
P 2 er den nyttige kraften til maskinen (for en generator er dette elektrisk energi, gitt til mottakeren, har motoren mekanisk kraft på akselen);
P 1 er kraften som leveres til maskinen (for en generator er det den mekaniske kraften som leveres til den av primærmotoren, for en motor er det kraften den bruker fra en likestrømkilde; hvis generatoren har uavhengig eksitasjon, så P 1 inkluderer også kraften som kreves for strømforsyningsfeltviklingskretser).
Tydeligvis kan potensen P 1 uttrykkes som følger: P 1 = P 2 + ΣΔP,
hvor ΔP er summen av effekttapene oppført ovenfor.
Med tanke på det siste uttrykket
η = P2/(P2 + ΣΔP). (9.21)
Når maskinen går på tomgang, er nytteeffekten P 2 null og η = 0. Arten av endringen i effektivitet med økende nytteeffekt avhenger av verdien og arten av endringen i effekttapene. En omtrentlig graf over avhengigheten η=f(P 2) er vist i fig. 9.5.
Når nytteeffekten øker, øker virkningsgraden først ved en viss verdi på P2, når sin høyeste verdi og avtar deretter. Sistnevnte forklares av en betydelig økning i variable tap, proporsjonal med kvadratet av strømmen. Maskiner beregnes vanligvis på en slik måte at den høyeste virkningsgraden er i området nær merkeeffekten P 2nom. Den nominelle virkningsgraden til maskiner med effekt fra 1 til 100 kW ligger omtrent i området fra henholdsvis 0,74 til 0,92.
Litteratur: Katsman M.M. Elektriske biler. Kapittel 29.
§29.1, 29.2, 29.3, 29.4, 29.5, 29.6, 29.8, 29.10
Forelesning nr. 9
DC-motorer
Metoder for spennende DC-motorer
DC-motorer brukes i industrien når det er nødvendig å regulere hastigheten på den elektriske driften (elektrisk drift). Hovedsakelig brukt er UC-D (kontrollert likeretter-motor) systemer, som gir høykvalitets hastighetskontroll.
I henhold til eksitasjonsmetoden er DC-elektriske motorer delt inn i fire grupper:
1. Med uavhengig eksitasjon, der eksitasjonsviklingen NO blir drevet fra en ekstern likestrømskilde.
2. Med parallell eksitasjon (shunt), der SHOV-eksitasjonsviklingen er koblet parallelt med strømkilden til armaturviklingen.
3. Med sekvensiell eksitasjon (seriell), der eksitasjonsviklingen SOV er koblet i serie med ankerviklingen.
4. Motorer med blandet eksitasjon (forbindelse), som har en serie MOV og en parallell MOV av eksitasjonsviklingen.
Motorer med uavhengig eksitasjon og parallell eksitasjon har de samme egenskapene, derfor er disse gruppene kombinert og klassifisert i en gruppe: motorer med uavhengig eksitasjon beregnet for drift i kontrollerte elektriske motorer.
Industrien produserer likestrømsmotorer av de viktigste industrielle seriene 2P og 4P, de er delt inn i henhold til følgende egenskaper:
Etter dimensjoner;
I henhold til beskyttelsesmetoden;
Ved makt;
Ved rotasjonshastighet;
Etter armaturspenning (110V, 220V, 340V, 440V);
På spenningen til eksitasjonsviklingen (110 og 220 V);
Hvis spenningen på ankeret og på feltviklingen (OB) faller sammen, er feltviklingen koblet parallelt med ankerviklingen.
I tillegg til 2P- og 4P-seriene produseres det også andre spesialiserte serier.
