Существует две системы возбуждения двигателей постоянного тока: возбуждение от постоянных магнитов; возбуждение от сети, питающей двигатель.
Наиболее распространена вторая система возбуждения. Двигатели с возбуждением от сети встречаются трех видов: с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением. Рассмотрим двигатели с наиболее распространенными системами возбуждения.
Рис. 49. Характеристики двигателя параллельного возбуждения:
а — скоростная; б — моментная; ев— к.п.д.; г — механические.
Двигатель с параллельным возбуждением и его характеристики. Обмотка возбуждения двигателя располагается на основных полюсах и включается параллельно с якорем в сеть (рис. 48). Электрическую энергию двигатель получает от сети через рубильник 4 и преобразует ее в механическую энергию, которая используется рабочей машиной 3.
Рис. 48. Схема включения двигателя параллельного возбуждения:
1— якорь; 2 — обмотка возбуждения; 3 — рабочая машина; 4 — рубильник; 5— реостат в цепи якоря; 6 — реостат в цепи возбуждения.
Механическая характеристика двигателя — зависимость частоты вращения от момента при низменных напряжении и токе возбуждения, а также при постоянном добавочном сопротивлении в цепи якоря. При отсутствии добавочного сопротивления в якорной цепи получается естественная характеристика. Свойство механических характеристик при различных сопротивлениях в якорной цепи показано на рисунке 49, г.
1— якорь; 2 — обмотка возбуждения; 3— рабочая машина; 4 — рубильник; 5 — реостат в цепи якоря.
Рис. 51. Характеристики двигателя последовательного возбуждения:
а — скоростная, б — моментная; I в — к. п. д.; г — механические.
Рис. 50. Схема включения двигателя последовательного возбуждения:
Двигатель с последовательным возбуждением и его характеристики. Обмотка возбуждения двигателя располагается на основных полюсах и включается последовательно с якорем в сеть (рис. 50).
Скоростная характеристика — зависимости частоты вращения якоря от полезной мощности на валу при неизменном напряжении якорной цепи. В двигателе последовательного возбуждения ток якоря является одновременно и током возбуждения; с увеличением ток; якоря растет магнитный поток машины. При увеличении полезной мощности на валу частота вращения уменьшается главным образом из-за увеличения магнитного потока, а также из-за падения напряжения в якорной це Пи (см. формулу 67). Скоростная характеристика показана на рисунке 51, а. Двигатель последовательного возбуждения нельзя включать без нагрузки, так как часто та вращения в этом случае может достигнуть опасно; величины.
Моментная характеристика — зависимости момента от полезной мощности на валу при неизменной напряжения якорной цепи (рис. 51,б). Момент двигателя увеличивается прямопропорционально току якоря и потоку, а поток зависит от тока. В двигателе последовательного возбуждения момент изменяется почти пропорционально квадрату тока.
Рис. 52. Схема включения двигателя смешанного возбуждения:
Характеристика к. п. д.— зависимость к. п. д. от полезной мощности на валу при неизменном напряжении якорной цепи (рис. 51,в). Эта характеристика аналогична характеристике двигателя параллельного возбуждения.
1— якорь; 2 — параллельная обмотка возбуждения;
3 — последовательная обмотка возбуждения; 4 — рабочая машина; 5— рубильник; 6— реостат в цепи якоря; 7 — реостат в цепи параллельной обмотки возбуждения.
Механическая характеристика — зависимость частоты вращения от момента при неизменном напряжении якорной цепи (по форме напоминает скоростную характеристику). Семейство механических характеристик показано на рисунке 51, г.
Двигатель смешанного возбуждения и его характеристики.
Параллельную и последовательную обмотки возбуждения двигателя располагают на основных полюсах. Схема включения двигателя смешанного возбуждения сказана на рисунке 52. В двигателе смешанного возбуждения магнитный поток машины создается двумя обмотками:
(68)
де Фш и Фс—соответственно потоки параллельной и последовательной обмоток.
Обмотки возбуждения можно включать согласно, в том случае потоки складываются, при встречном включении — поток последовательной обмотки вычитается из потока параллельной обмотки.
Наиболее распространенным является согласное включение обмоток возбуждения. При этом характеристики двигателя занимают промежуточное положение между характеристиками двигателей параллельного и последовательного возбуждения, но ближе к первым.
Регулирование частоты вращения двигателей
Из формулы 67 следует, что частоту вращения двигателей можно менять изменением напряжения на якорь (якорной цепи) и изменением потока.
При введении добавочного сопротивления в якорную цепь частота вращения уменьшается. При уменьшении потока частота вращения растет.
В двигателе параллельного возбуждения поток можно уменьшить введением сопротивления в цепь возбуждения.
В двигателях последовательного возбуждения поток можно уменьшить шунтированием обмотки возбуждена а увеличить шунтированием обмотки якоря. Частоту вращения двигателей постоянного тока можно плавно peгулировать в широких пределах при высоком к. п. д. — это их главное преимущество перед асинхронными двигателями.
Потери в машинах постоянного тока
Суммарные потери в машине постоянного тока выражаются формулой:
(691
где Рмах— механические потери, Вт; рс—потери в стали, Вт; рм—потери в меди якоря, Вт; рв—потери в обмотках возбуждения, Вт; рщ— потери в щетках, Вт; рд—добавочные потери, Вт.
Коэффициент полезного действия может быть определен по формуле 44.
