Файл: Хайдуков, О. П. Электрооборудование судов учебник.pdf

Электромагнитный момент, развиваемый двигателем, зависит от тока якоря /я и потока возбуждения Ф:

где кы— конструктивный коэффициент машины, причем k„ ~ 0,97£е Значение / я из (88) подставляем в (87), в результате чего и получаем аналитическое выражение механической характеристи­

ки двигателей постоянного тока

буждения

Г ов + Гр

не зависит от тока якоря и, следовательно, не зависит от нагрузки на двигатель. Если пренебречь действием реакции якоря, то можно считать, что и поток возбуждения не зависит от нагрузки. В таком случае анализ формулы (89) показывает, что механические харак­ теристики двигателя постоянного тока параллельного возбужде­ ния являются прямыми линиями.

Первый член правой части уравнения (89) представляет собой скорость идеального холостого хода:

'216

тому естественная механическая характеристика двигателя параллель­ ного возбуждения является жесткой.

При введении реостата в цепь якоря увеличивается наклон ме­ ханических характеристик, т. е. уменьшается их жесткость, но ско­ рость идеального холостого хода не меняется (рис. 126).

Изменение напряжения, подаваемого на двигатель, вызывает изменение скорости идеального холостого хода, но перепад скорости,

ток якоря одновременно является и током возбуждения, а это значит, что поток возбуждения его зависит от нагрузки, т. е. Ф = / 1 (h) или Ф = /2 (Л1). Как известно, такая зависимость опре­ деляется кривой намагничивания железа машины и аналитического выражения не имеет.

По этой причине в уравнении (89) поток возбуждения невозможно выразить через момент на валу двигателя, и, следова­ тельно, для расчета и анализа механических характеристик двига­ теля последовательного возбуждения уравнение непригодно.

Механическая характеристика для этих двигателей определяется на заводе-изготовителе экспериментально и приводится в катало­ гах в относительных единицах для каждой серии двигателей. Она имеет целый ряд особенностей (рис. 129).

Во-первых, при отсутствии нагрузки на валу двигателя скорость его резко возрастает (двигатель идет «вразнос»). Эта особенность

217

Во-вторых, при изменении нагруз­ ки от холостого хода до номинальной скорость двигателя изменяется в боль­ ших пределах (характеристика мяг­ кая), что также подтверждается урав­ нением (87).

В-третьих, в области перегрузок двигателя характеристика становится Рис. 130. Схема двигателя по­ жесткой, так как магнитная система

ность любого двигателя связаны между собой зависимостью (83). Кривая n — f(M) , построенная по этому уравнению при условии Р — const, называется гиперболой постоянства мощности. Ме­ ханическая характеристика двигателя последовательного возбуж­ дения достаточно близко совпадает с кривой P = const. Это значит, что при изменении момента сопротивления на валу двигателя в достаточно больших пределах мощность, развиваемая двигателем, остается практически постоянной.

У двигателя параллельного возбуждения пусковой момент уве­ личивается только за счет увеличения пускового тока (88), а у дви­ гателя последовательного возбуждения при этом несколько возрас­ тает и поток возбуждения, хотя магнитная система двигателя на­ сыщена. Таким образом, пусковой момент двигателя последователь­ ного возбуждения, при всех прочих равных условиях, всегда боль­ ше, чем у двигателя параллельного возбуждения.

Двигатели последовательного возбуждения применяются в элек­ троприводе грузоподъемных и транспортных устройств.

У двигателей с м е ш а н н о г о возбуждения поток возбуждения создается двумя обмотками (рис. 130).

При проектировании такого двигателя соотношение намагничи­ вающих сил (ампер-витки) параллельной ОВ1 и последовательной ОВ2 обмоток можно выбирать различным. Взаимное включение их может быть согласным или встречным. От этого зависит вид ме­ ханических характеристик двигателя.

В зависимости от соотношений намагничивающих сил парал­ лельной и последовательной обмоток встречаются два типа дви­

встречное включение обмоток. При согласном включении механи­

мая), и двигатель имеет повышенный, по сравнению с двигателем параллельного возбуждения, пусковой момент. При встречном включении обмоток механическая характеристика более жесткая

218

лельной либо последовательной обмотки. Так, например, при пус­ ке двигателя с номинальным моментом сопротивления на валу, при пусковом токе 2,5 / н и с неправильно включенной последова­ тельной обмоткой, двигатель начнет вращаться в противоположную сторону и разовьет скорость примерно в 2 раза меньше номиналь­ ной. При пуске вхолостую он пойдет вразнос, причем ток якоря будет все время превышать номинальное значение.

Двигатели переменного тока. Наибольшее распространение в народном хозяйстве и на судах получили короткозамкнутые асин­ хронные двигатели. Благодаря отсутствию коллектора и скользя­ щих контактов эти двигатели отличаются высокой надежностью и взрывобезопасностью. Они меньше по весу и габаритам и значи­ тельно дешевле двигателей постоянного тока.

На судах находят применение и асинхронные двигатели с фаз­ ным ротором. При помощи колец и щеток в цепь ротора может включаться реостат для уменьшения пускового тока и для регу­ лирования частоты вращения.

В электроприводах со сложными условиями работы (частые пуски, реверсы, переменная нагрузка) применяются асинхронные двигатели с глубокопазной короткозамкнутой обмоткой на рото­ ре или с двумя короткозамкнутыми обмотками из проводников с различным сопротивлением. Такая конструкция обмоток ротора позволяет увеличить пусковой момент.двигателя и уменьшить пус­ ковой ток.

Прежде чем изучать механические характеристики асинхронно­ го двигателя, уместно кратко рассмотреть принцип действия его.

Трехфазный переменный ток, протекающий по обмотке статора, создает вращающееся магнитное поле, частота вращения которого

6 0 / (90)

219

п, меньшей, чем скорость поля. Относительная разность скоростей поля и ротора называется скольжением:

Э. д. с. и частота тока во вращающемся роторе зависят от сколь­ жения:

Известно, что для устойчивой работы любого механического двигателя (дизель, турбина) требуется автоматический регуля­ тор частоты вращения. Электрические же двигатели обеспечивают устойчивую работу без дополнительных регуляторов. Эта особен­ ность их называется саморегулированием, которое у асинхронных двигателей выглядит следующим образом. Двигатель развивает вращающий момент, равный моменту сопротивления, и скорость его постоянна.

При увеличении момента сопротивления скорость двигателя начинает падать, а значит, увеличивается скольжение, э. д. с. ро­ тора, ток ротора и вращающий момент двигателя. Все это проис­ ходит до тех пор, пока вращающий момент вновь будет равен мо­ менту сопротивления. Кратко все это можно записать следующим образом:

М = Мс; п = const. Мс f —п ф—s f —E2s f —/ 2 f —М f .

Механическая характеристика асинхронного двигателя являет­ ся сложной кривой (рис. 132), у которой выделяются два участка: аб — рабочая часть характеристики и вб — пусковая. Саморегу­ лирование двигателя происходит только на рабочей части меха­ нической характеристики.

Наибольший момент Л4Мах, развиваемый двигателем, называет­ ся максимальным (опрокидывающим, критическим). Отношение

220