Doğru akım elektrik devreleri ve özellikleri

Özellikler DC motorlar esas olarak uyarma bobininin açılma şekli ile belirlenir. Buna bağlı olarak, elektrik motorları ayırt edilir:

1. bağımsız olarak uyarılmış: uyarma bobini, harici bir DC kaynağı (uyarıcı veya doğrultucu) tarafından çalıştırılır,

2. paralel uyarma: alan sargısı, armatür sargısına paralel olarak bağlanır,

3. seri uyarma: uyarma sargısı, armatür sargısı ile seri olarak bağlanır,

4. karışık uyarma ile: biri armatür sargısına paralel, diğeri onunla seri bağlı iki alan sargısı vardır.

Tüm bu elektrik motorları aynı cihaza sahiptir ve yalnızca uyarma bobininin yapısında farklılık gösterir. Bu elektrik motorlarının uyarma sargıları aynı şekilde gerçekleştirilir. ilgili jeneratörler.

Bağımsız uyarılan DC elektrik motoru

Bu elektrik motorunda (Şek.1, a) armatür sargısı, U gerilimi ile ana doğru akım kaynağına (doğru akım şebekesi, jeneratör veya doğrultucu) bağlanır ve uyarma sargısı, UB gerilimi ile yardımcı bir kaynağa bağlanır. Uyarma bobininin devresine bir düzenleyici reosta Rp dahil edilmiştir ve armatür bobininin devresine bir başlangıç ​​reostası Rn dahil edilmiştir.

Ayar reostası, motorun armatür hızını düzenlemek için kullanılır ve marş reostası, marş sırasında armatür sargısındaki akımı sınırlamak için kullanılır. Elektrik motorunun karakteristik bir özelliği, uyarma akımının Iv, armatür sargısındaki akım Ii'ye (yük akımı) bağlı olmamasıdır. Bu nedenle, armatür reaksiyonunun manyetikliği giderme etkisini ihmal ederek, yaklaşık olarak motor akısının F yükten bağımsız olduğunu varsayabiliriz. Elektromanyetik moment M'nin ve n hızının I akımına bağımlılıkları doğrusal olacaktır (Şekil 2, a). Bu nedenle, motorun mekanik özellikleri de doğrusal olacaktır - bağımlılık n (M) (Şekil 2, b).

Armatür devresinde Rn direncine sahip bir reosta bulunmadığında, hız ve mekanik özellikler katı olacaktır, yani makinenin sargılarındaki voltaj düşüşü IяΣRя dahil olduğu için yatay eksene küçük bir eğim açısı ile olacaktır. anma yükündeki armatür devresi, Unom'un yalnızca %3-5'idir. Bu özelliklere (Şekil 2'deki düz çizgiler 1, a ve b) doğal denir. Armatür devresine Rn dirençli bir reosta dahil edildiğinde, bu özelliklerin eğim açısı artar, bunun sonucunda farklı değerlere karşılık gelen bir reostat özellikleri 2, 3 ve 4 ailesi elde edilebilir. Rn1 , Rn2 ve Rn3 .

Pirinç. 1.Bağımsız (a) ve paralel (b) uyarımlı DC motorların şematik diyagramları

Pirinç. 2. Elektrik motorlarının özellikleri bağımsız ve paralel uyarma ile doğru akım: a - hız ve tork, b - mekanik, c - çalışma daha yumuşaktır.

Düzenleyici reosta Rpv, motor uyarma akımını Iv ve manyetik akısını F değiştirmenize izin verir. Bu durumda, dönüş frekansı n de değişecektir.

Uyarma bobininin devresine hiçbir anahtar ve sigorta takılmamıştır, çünkü bu devre kesildiğinde, elektrik motorunun manyetik akısı keskin bir şekilde azalır (sadece artık manyetizmanın akısı içinde kalır) ve bir acil durum modu oluşur. motor rölantide veya mil üzerinde hafif yükte çalışıyorsa, hız keskin bir şekilde artar (motor hareket eder). Bu durumda armatür sargısı Iya'daki akım önemli ölçüde artar ve kapsamlı bir yangın meydana gelebilir. Bunu önlemek için koruma, elektrik motorunu güç kaynağından ayırmalıdır.

Uyarma bobininin devresi kesildiğinde dönüş hızındaki keskin artış, bu durumda manyetik akı Ф (artık manyetizmadan Fost akısının değerine kadar) ve e ile açıklanır. vesaire. v. E ve mevcut Iya artar. Ve uygulanan voltaj U değişmeden kaldığından, dönme frekansı n e'ye yükselecektir. vesaire. c. E, yaklaşık olarak U'ya eşit bir değere ulaşmayacaktır (bu, armatür devresinin denge durumu için gereklidir, burada E = U — IяΣRя.

Şaft yükü anma değerine yaklaştığında, uyarma devresinde bir kesinti olması durumunda elektrik motoru duracaktır, çünkü manyetik akıda önemli bir azalma ile motorun geliştirebileceği elektromanyetik moment azalır ve torktan daha az olur. milin yükünden. Bu durumda, Iya akımı da keskin bir şekilde artar ve makinenin güç kaynağından ayrılması gerekir.

Motor şebekeden elektrik enerjisi tüketmediğinde ve elektromanyetik momenti sıfır olduğunda dönüş hızının n0 ideal bir rölanti hızına karşılık geldiğine dikkat edilmelidir. Gerçek koşullarda, rölanti modunda motor, dahili güç kayıplarını telafi etmek için gerekli olan I0 rölanti akımını ağdan tüketir ve makinedeki sürtünme kuvvetlerinin üstesinden gelmek için gerekli olan belirli bir M0 torkunu geliştirir. Bu nedenle, gerçekte rölanti hızı n0'dan azdır.

Dönme hızı n ve elektromanyetik moment M'nin motor şaftından P2 gücüne (Şekil 2, c) bağımlılığı, dikkate alınan ilişkilerden aşağıdaki gibi doğrusaldır. Armatür sargı akımı Iya'nın ve P1 gücünün P2 üzerindeki bağımlılıkları da pratik olarak doğrusaldır. P2 = 0'daki akım I ve P1 gücü, boşta I0 akımını ve boşta tüketilen güç P0'ı ​​temsil eder. Verimlilik eğrisi, tüm elektrikli makinelerin karakteristiğidir.

Elektrik motoru doğru akım paralel uyarma

Bu elektrik motorunda (bkz. Şekil 1, b) uyarma sargıları ve armatürler, U voltajı ile aynı elektrik enerjisi kaynağından beslenir. Uyarma sargısının devresine bir düzenleyici reosta Rpv ve bir başlatma reostası Rp dahildir. ankraj üzerindeki sarım devresine dahildir.

Söz konusu elektrik motorunda, armatür ve uyarma sargı devrelerinin esas olarak ayrı bir beslemesi vardır, bunun sonucunda uyarma akımı Iv, armatür sargı akımı Iv'ye bağlı değildir. Bu nedenle paralel uyarma motoru, bağımsız uyarma motoruyla aynı özelliklere sahip olacaktır. Bununla birlikte, bir paralel uyarma motoru, yalnızca sabit voltajlı bir DC kaynağı tarafından çalıştırıldığında normal şekilde çalışacaktır.

Elektrik motoruna farklı voltajlı bir kaynak (jeneratör veya kontrollü doğrultucu) ile güç verildiğinde, U besleme voltajındaki bir azalma, uyarma akımında (Ic) ve manyetik akıda (F) karşılık gelen bir azalmaya neden olur, bu da armatürde bir artışa yol açar sarma akımı Iya. Bu, U besleme voltajını değiştirerek armatür hızını ayarlama olasılığını sınırlar. Bu nedenle, bir jeneratör veya kontrollü doğrultucu tarafından çalıştırılmak üzere tasarlanmış elektrik motorlarının bağımsız uyarımı olmalıdır.

Elektrik motoru doğru akım serisi uyarma

Başlangıç ​​akımını sınırlamak için, başlangıç ​​reostası Rp (Şekil 3, a) armatür sargısının devresine dahil edilir (Şekil 3, a) ve reostayı ayarlayarak uyarma sargısına paralel olarak dönme hızını düzenlemek için Rpv dahil edilebilir.

Pirinç. 3. Seri uyarımlı (a) DC motorun şematik diyagramı ve manyetik akısının Ф armatür sargısındaki akım I'e bağımlılığı (b)

Pirinç. 4. Ardışık tahrikli DC motorun özellikleri: a — yüksek hız ve tork, b — mekanik, c — işçiler.

Bu elektrik motorunun karakteristik bir özelliği, uyarma akımının Iv, armatür sargısının Iya akımına eşit veya orantılı (reosta Rpv açıldığında) olmasıdır, bu nedenle manyetik akı F motor yüküne bağlıdır (Şekil 3, B) .

Armatür sargı akımı Iya, nominal akım Inom'dan (0,8-0,9) daha az olduğunda, makinenin manyetik sistemi doygun değildir ve manyetik akı Ф'nın akım Iia ile doğru orantılı olarak değiştiği varsayılabilir. Bu nedenle, elektrik motorunun hız karakteristiği yumuşak olacaktır - I akımı arttıkça, dönüş hızı n keskin bir şekilde azalacaktır (Şekil 4, a). n dönüş hızındaki bir azalma, IjaΣRja voltaj düşüşündeki bir artıştan kaynaklanır. iç direnç Ra'da. armatür sargı devrelerinin yanı sıra manyetik akı F'deki bir artış nedeniyle.

Ija akımındaki artışla birlikte elektromanyetik moment M keskin bir şekilde artacaktır, çünkü bu durumda manyetik akı Ф da artar, yani M anı Ija akımıyla orantılı olacaktır. Bu nedenle, mevcut Iya (0,8 N-0,9) Inom'dan küçük olduğunda, hız karakteristiği bir hiperbol şekline ve moment karakteristiği bir parabol şekline sahiptir.

Ia> Ia akımlarında, M ve n'nin Ia'ya bağımlılıkları doğrusaldır, çünkü bu modda manyetik devre doymuş olacaktır ve akım Ia değiştiğinde manyetik akı Ф değişmeyecektir.

Mekanik karakteristik, yani n'nin M'ye bağımlılığı (Şekil 4, b), n ve M'nin Iya'ya bağımlılığı temelinde oluşturulabilir. Doğal özellik 1'e ek olarak, armatür sargı devresine Rp dirençli bir reosta dahil edilerek bir reosta özellikleri 2, 3 ve 4 ailesi elde etmek mümkündür.Bu özellikler, Rn1, Rn2 ve Rn3'ün farklı değerlerine karşılık gelirken, Rn ne kadar yüksekse, karakteristik o kadar düşük olur.

Ele alınan motorun mekanik karakteristiği yumuşak ve hiperboliktir. Düşük yüklerde, manyetik akı Ф önemli ölçüde azalır, dönüş hızı n keskin bir şekilde artar ve izin verilen maksimum değeri aşabilir (motor çılgın çalışır). Bu nedenle, bu tür motorlar, boş modda ve düşük yük altında çalışan mekanizmaları (çeşitli makineler, konveyörler vb.) Çalıştırmak için kullanılamaz.

Genellikle, yüksek ve orta güçlü motorlar için izin verilen minimum yük (0,2…0,25) Inom'dur. Motorun yüksüz çalışmasını önlemek için tahrik mekanizmasına sıkıca bağlanmıştır (dişli veya kör kaplin); kayışlı tahrik veya sürtünmeli kavramanın kullanılması kabul edilemez.

Bu dezavantaja rağmen, sıralı uyarımlı motorlar, özellikle yük torkunda büyük farklılıklar ve zorlu çalıştırma koşullarında yaygın olarak kullanılmaktadır: tüm çekiş tahriklerinde (elektrikli lokomotifler, dizel lokomotifler, elektrikli trenler, elektrikli arabalar, elektrikli forkliftler, vb.), kaldırma mekanizmalarının (vinçler, asansörler vb.) tahriklerinde olduğu gibi.

Bu, yumuşak bir karakteristikle, yük torkundaki bir artışın, akım ve güç tüketiminde bağımsız ve paralel uyarmalı motorlara göre daha düşük bir artışa yol açması, bu nedenle seri uyarmalı motorların aşırı yüke daha iyi dayanabilmesiyle açıklanmaktadır.Ayrıca bu motorlar paralel ve bağımsız uyarmalı motorlara göre daha yüksek kalkış momentine sahiptir, çünkü yol verme sırasında armatür sargı akımı arttıkça manyetik akı da buna bağlı olarak artar.

Örneğin, kısa süreli ani akımın, makinenin nominal çalışma akımının 2 katı olabileceğini varsayarsak ve sargısındaki doyma, armatür reaksiyonu ve voltaj düşüşünün etkilerini ihmal edersek, seri uyarmalı bir motorda, başlangıç ​​​​torku nominal değerden 4 kat daha yüksek olacaktır (hem akımda hem de manyetik akıda 2 kat artar) ve bağımsız ve paralel uyarmalı motorlarda - sadece 2 kat daha fazla.

Aslında, manyetik devrenin doygunluğu nedeniyle, manyetik akı akımla orantılı olarak artmaz, ancak yine de seri uyarmalı bir motorun başlangıç ​​​​torku, diğer şeyler eşit olduğunda, başlangıç ​​​​torkundan çok daha büyük olacaktır. bağımsız veya paralel uyarma ile aynı motorun.

n ve M'nin motor şaftının P2 gücüne bağımlılıkları (Şekil 4, c), yukarıda tartışılan konumlardan aşağıdaki gibi doğrusal değildir, P1, Ith ve η'nin P2'ye bağımlılıkları şu şekildedir: paralel tahrikli motorlar için.

Karışık uyarma doğru akım elektrik motoru

Bu elektrik motorunda (Şekil 5, a), manyetik akı Ф, iki uyarma bobininin - paralel (veya bağımsız) ve uyarma akımlarının Iв1 ve Iв2 = Iя olduğu serilerin ortak etkisinin bir sonucu olarak oluşturulur.

bu yüzden

nerede Fposl - Ia akımına bağlı olarak seri bobinin manyetik akısı, Fpar - yüke bağlı olmayan paralel bobinin manyetik akısı (uyarma akımı Ic1 ile belirlenir).

Karışık tahrikli bir elektrik motorunun mekanik özelliği (Şekil 5, b), paralel (düz çizgi 1) ve seri (eğri 2) tahrikli motorların özellikleri arasındadır. Nominal modda paralel ve seri sargıların manyetomotor kuvvetlerinin oranına bağlı olarak, karışık uyartım motorunun karakteristikleri, karakteristik 1'e (seri sargının düşük ppm'de eğri 3) veya karakteristik 2'ye (eğri 4) yaklaşık olarak hesaplanabilir. düşük ppm v. paralel sargı).

Pirinç. 5. Karışık tahrikli (a) bir elektrik motorunun ve mekanik özelliklerinin (b) şematik diyagramı

Karışık uyarımlı DC motorun avantajı, yumuşak bir mekanik karakteristiğe sahip olması nedeniyle, Fposl = 0 olduğunda rölantide çalışabilmesidir. Bu modda, armatürünün dönme frekansı, manyetik akı Fpar tarafından belirlenir ve sınırlıdır. değer (motor çalışmıyor).