5.3 Двигатель параллельного возбуждения (шунтовой)

Рисунок 58 Двигатель параллельного возбуждения

Характерной особенностью этого двигателя является то, что ток возбуждения I_в не зависит от нагрузки (тока якоря).

Реостат в цепи возбуждения r_рг служит для регулирования тока возбуждения I_в, а следовательно магнитного потока главных полюсов.

Эксплуатационные свойства двигателя определяются его рабочими характеристиками, которые снимают при U=const и I_в=const.

Это зависимость частоты вращения от полезной мощности n=f(P₂).

Чтобы понять, как будет меняться частота вращения ДПТ параллельного возбуждения при увеличении на него нагрузки, обратимся к формуле частоты вращения
,
из которой видно, что при неизменном напряжении U на частоту вращения влияют два фактора:

- при увеличении нагрузки растет ток якоря, следовательно, растет падение напряжения в цепи якоря I_аR_a и числитель уменьшается;

- из-за размагничивающего влияния реакции якоря уменьшается основной магнитный поток Ф.

Обычно ослабление потока Ф невелико и увеличение I_аR_a влияет на частоту вращения сильнее.

В итоге при увеличении нагрузки частота вращения уменьшается, а график n=f(P₂) имеет вид:

Рисунок 59 Скоростная характеристика ДПТ параллельного возбуждения

Жесткость скоростной характеристики оценивается номинальным изменением частоты вращения Δn_ном.

		(6)
где	n0 – частота вращения двигателя в режиме х.х.;
	nном - частота вращения двигателя в номинальном режиме.

Обычно для ДПТ параллельного возбуждения Δn_ном=2 ÷ 8%, поэтому скоростную характеристику этого двигателя называют жесткой.

Эта зависимость установлена формулой:

При n=const график М₂=f(P₂) имел бы вид прямой, но при увеличении нагрузки частота вращения двигателя снижается и график приобретает криволинейный вид.

Рисунок 60 Зависимость нагрузочного момента ДПТ параллельного возбуждения от полезной мощности

При n=const вращающий момент двигателя М=М₀+М₂. Так как рабочие характеристики двигателя снимают при условии I_в=const , то момент х.х. М₀=const. Поэтому график зависимости М=f(P₂) проходит параллельно кривой М₂=f(P₂).

Рисунок 61 Зависимость электромагнитного момента ДПТ параллельного возбуждения от полезной мощности

Если принять поток Ф=const, то график М=f(P₂) является в тоже время выражением зависимости I=f(P₂), так как М=С_м·Ф·I_а

Это зависимость частоты вращения от электромагнитного момента n=f(М)

Для получения аналитического выражения n=f(М) преобразуем формулу частоты вращения

подставив в него значение тока якоря I_a=M/(C_мф) получим

Если пренебречь реакцией якоря, то естественная механическая характеристика ДПТ параллельного возбуждения будет иметь вид

Рисунок 62 Механическая характеристика ДПТ параллельного возбуждения

Если увеличить добавочное сопротивление r_д, включенное в цепь якоря, то жесткость механической характеристики будет уменьшаться. Это видно из формулы (8), т.к. n₀ останется неизменной, а Δn увеличится.

Рисунок 62.1 Механическая характеристика ДПТ параллельного возбуждения

Вид механической характеристики так же зависит от величины основного магнитного потока Ф. Так при уменьшении Ф увеличивается частота вращения х.х. n₀ и одновременно увеличивается Δn. Это приводит к резкому уменьшению жесткости характеристики.

Рисунок 62.2 Механическая характеристика ДПТ параллельного возбуждения

При изменении напряжения подаваемого в обмотку якоря меняется только n₀, а Δn. остается постоянным, так как не зависит от напряжения.

Рисунок 62.3 Механическая характеристика ДПТ параллельного возбуждения

Способы регулирования частоты вращения оцениваются следующими показателями:

- плавностью регулирования;

- диапазоном регулирования, определяемым отношением наибольшей частоты вращения к наименьшей;

- экономичностью регулирования, определяемой стоимостью регулировочной аппаратуры и потерями энергии в ней.

Из формулы видно, что регулировать частоту вращения двигателя можно тремя способами:

- изменением сопротивления цепи якоря R_а;

- изменением величины магнитного потока Ф;

- изменением напряжения U подаваемого на двигатель.

Рассмотрим подробнее эти способы.

Для этого последовательно в цепь якоря включают регулировочный реостат, рассчитанный на длительное протекание по нему тока, в отличие от пускового реостата.

При увеличении сопротивления цепи якоря возрастает Δn, что ведет к уменьшению частоты вращения, при этом жесткость механической характеристики уменьшается.

Рисунок 62.4 Механическая характеристика ДПТ параллельного возбуждения

Этот способ обеспечивает плавное регулирование в широком диапазоне, но только в сторону уменьшения от номинальной частоты. Но он неэкономичен из-за значительных потерь электроэнергии в регулировочном реостате, которые интенсивно растут с увеличением мощности двигателя.

Для изменения магнитного потока Ф в цепь обмотки возбуждения включают регулировочный реостат r_рг.  При увеличении сопротивления реостата уменьшается ток возбуждения I_в и, следовательно уменьшается магнитный поток Ф, а частота вращения увеличивается и наоборот.

При изменении магнитного потока Ф меняется жесткость механической характеристики, так как меняются и n₀ и Δn.

Рисунок 62.5 Механическая характеристика ДПТ параллельного возбуждения

Рассмотренный способ регулирования частоты вращения прост и экономичен, так как в ДПТ параллельного возбуждения ток I_в=(0,01 ÷ 0,07)I_{а ном}, а поэтому потери в регулировочном реостате невелики.

Но диапазон регулирования невелик. Объясняется это тем, что нижний предел частоты обусловлен насыщением машины, ограничивающим значение магнитного потока Ф, а верхний предел частоты – опасностью «разноса» двигателя и усилением влияния реакции якоря, искажающее действие которого при ослаблении основного магнитного потока Ф усиливается и ведет к искрению и круговому огню на коллекторе.

Этот способ применяется только при I_в=const, т.е. при раздельном питании цепей обмотки якоря и обмотки возбуждения.

При изменении напряжения U меняется только частота вращения х.х. n₀, а жесткость механической характеристики остается постоянной, так как Δn от напряжения не зависит.

Рисунок 62.6 Механическая характеристика ДПТ параллельного возбуждения

Для регулирования двигателей малой и средней мощности в качестве регулятора напряжения применяют регулируемые выпрямители, а для двигателей большой мощности – ГПТ независимого возбуждения.

Способ обеспечивает плавное экономичное регулирование в широком диапазоне. Наибольшая частота вращения ограничивается условиями коммутации (при ↑U⇒ ↑I_а), а наименьшая – условиями охлаждения двигателя.

Еще одним достоинством этого способа является то, что он допускает безреостатный пуск двигателя при пониженном напряжении.

Эти двигатели применяют в приводах вентиляторов, станков, а также в других случаях регулируемого электропривода, где требуется устойчивая работа при колебаниях нагрузки, так как они имеют жесткие механические характеристики и возможность плавного регулирования частоты вращения в широком диапазоне.