دارات التيار المباشر وخصائصها

ملكيات محركات التيار المستمر يتم تحديدها بشكل أساسي من خلال طريقة تشغيل ملف الإثارة. بناءً على ذلك ، تتميز المحركات الكهربائية:

1. متحمس بشكل مستقل: يتم تشغيل ملف الإثارة بواسطة مصدر خارجي للتيار المستمر (المثير أو المعدل) ،

2. الإثارة الموازية: يتم توصيل الملف الميداني بالتوازي مع ملف المحرك ،

3. سلسلة الإثارة: ملف الإثارة متصل في سلسلة مع ملف المحرك ،

4. مع الإثارة المختلطة: هناك نوعان من اللفات الميدانية ، واحدة متصلة بالتوازي مع ملف المحرك والأخرى في سلسلة معها.

كل هذه المحركات الكهربائية لها نفس الجهاز وتختلف فقط في بناء ملف الإثارة. يتم تنفيذ ملفات الإثارة لهذه المحركات الكهربائية بنفس الطريقة كما في المولدات الخاصة.

متحمس بشكل مستقل محرك كهربائي DC

في هذا المحرك الكهربائي (الشكل.1 ، أ) يتم توصيل ملف المحرك بمصدر التيار المباشر الرئيسي (شبكة التيار المباشر أو المولد أو المعدل) بجهد U ، ويتم توصيل ملف الإثارة بمصدر إضافي بجهد UB. يتم تضمين مقاومة مقاومة متغيرة Rheostat Rheostat Rp في دائرة ملف الإثارة ، ويتم تضمين متغير متغير متغير في دائرة ملف المحرك.

يتم استخدام الريوستات المنظم لتنظيم سرعة المحرك للمحرك ويتم استخدام مقاومة متغيرة لبدء التشغيل للحد من التيار في ملف المحرك عند بدء التشغيل. السمة المميزة للمحرك الكهربائي هي أن تيار الإثارة IV لا يعتمد على التيار Ii في ملف المحرك (تيار الحمل). لذلك ، بإهمال تأثير إزالة المغناطيسية لتفاعل المحرك ، يمكننا أن نفترض تقريبًا أن تدفق المحرك F مستقل عن الحمل. تبعيات العزم الكهرومغناطيسي M والسرعة n على التيار سوف تكون خطية (الشكل 2 ، أ). لذلك ، ستكون الخصائص الميكانيكية للمحرك خطية أيضًا - الاعتماد n (M) (الشكل 2 ، ب).

في حالة عدم وجود مقاومة متغيرة مقاومة Rn في دائرة حديد التسليح ، ستكون السرعة والخصائص الميكانيكية صلبة ، أي بزاوية ميل صغيرة للمحور الأفقي ، نظرًا لانخفاض الجهد IяΣRя في لفات الآلة المضمنة في دائرة حديد التسليح عند الحمل المقنن هي فقط 3-5٪ من Unom. تسمى هذه الخصائص (الخطوط المستقيمة 1 في الشكل 2 ، أ و ب) طبيعية. عندما يتم تضمين مقاومة متغيرة مقاومة Rn في دائرة حديد التسليح ، تزداد زاوية ميل هذه الخصائص ، ونتيجة لذلك يمكن الحصول على عائلة ذات خصائص مقاومة متغيرة 2 و 3 و 4 ، والتي تتوافق مع قيم مختلفة من Rn1 و Rn2 و Rn3.

أرز. 1.المخططات التخطيطية لمحركات التيار المستمر ذات الإثارة المستقلة (أ) والمتوازية (ب)

أرز. 2. خصائص المحركات الكهربائية التيار المباشر مع الإثارة المستقلة والمتوازية: أ - السرعة وعزم الدوران ، ب - ميكانيكي ، ج - العمل كلما زادت المقاومة R ، زادت زاوية ميل خاصية مقاومة مقاومة متغيرة ، أي أنها أكثر ليونة.

يسمح لك منظم المقاومة المتغيرة Rpv بتغيير تيار إثارة المحرك IV وتدفقه المغناطيسي F. في هذه الحالة ، سيتغير تردد الدوران n أيضًا.

لا توجد مفاتيح وصمامات مثبتة في دائرة ملف الإثارة ، لأنه عندما تنقطع هذه الدائرة ، ينخفض ​​التدفق المغناطيسي للمحرك الكهربائي بشكل حاد (يبقى فقط تدفق المغناطيسية المتبقية فيه) ويحدث وضع الطوارئ. إذا كان التيار الكهربائي يعمل المحرك بسرعة التباطؤ أو الحمل الخفيف على العمود ، ثم تزداد السرعة بشكل حاد (يتحرك المحرك). في هذه الحالة ، يزداد التيار في ملف المحرك Iya بشكل كبير وقد يحدث حريق شامل. لتجنب ذلك ، يجب أن تقوم الحماية بفصل المحرك الكهربائي عن مصدر الطاقة.

تفسر الزيادة الحادة في سرعة الدوران عند مقاطعة دائرة ملف الإثارة بحقيقة أنه في هذه الحالة التدفق المغناطيسي Ф (يصل إلى قيمة تدفق فوست من المغناطيسية المتبقية) و e. إلخ. الخامس E ويزيد Iya الحالي. ونظرًا لأن الجهد المطبق U يظل دون تغيير ، فإن التردد الدوراني n سيزداد إلى e. إلخ. ج لن تصل قيمة E إلى قيمة مساوية تقريبًا لـ U (وهو أمر ضروري لحالة توازن دائرة المحرك ، حيث E = U - IяΣRя.

عندما يكون حمل العمود قريبًا من الحمل المصنف ، سيتوقف المحرك الكهربائي في حالة حدوث انقطاع في دائرة الإثارة ، لأن العزم الكهرومغناطيسي الذي يمكن للمحرك أن يطوره مع انخفاض كبير في التدفق المغناطيسي يتناقص ويصبح أقل من عزم الدوران من حمولة العمود. في هذه الحالة ، يزيد Iya الحالي أيضًا بشكل حاد ويجب فصل الجهاز عن مصدر الطاقة.

وتجدر الإشارة إلى أن سرعة الدوران n0 تقابل سرعة خمول مثالية عندما لا يستهلك المحرك طاقة كهربائية من الشبكة وتكون عزمه الكهرومغناطيسي صفرًا. في الظروف الحقيقية ، في وضع الخمول ، يستهلك المحرك من الشبكة تيار الخمول I0 ، وهو أمر ضروري للتعويض عن فقد الطاقة الداخلية ، ويطور عزم دوران معين M0 ، وهو أمر ضروري للتغلب على قوى الاحتكاك في الماكينة. لذلك ، في الواقع ، تكون سرعة الخمول أقل من n0.

اعتماد سرعة الدوران n والعزم الكهرومغناطيسي M على القدرة P2 (الشكل 2 ، ج) من عمود المحرك ، على النحو التالي من العلاقات المدروسة ، خطي. إن تبعيات تيار ملف المحرك Iya والقوة P1 على P2 هي أيضًا خطية عمليًا. يمثل التيار I والطاقة P1 عند P2 = 0 التيار الخامل I0 والطاقة P0 المستهلكة في وضع الخمول. منحنى الكفاءة هو سمة مميزة لجميع الآلات الكهربائية.

الإثارة الموازية للتيار المباشر للمحرك الكهربائي

في هذا المحرك الكهربائي (انظر الشكل 1 ، ب) يتم تغذية ملفات الإثارة والدروع من نفس مصدر الطاقة الكهربائية بجهد U. يتم تضمينه في دائرة اللف على المرساة.

في المحرك الكهربائي قيد النظر ، يوجد بشكل أساسي إمداد منفصل لدوائر المحرك ودوائر لف الإثارة ، ونتيجة لذلك لا يعتمد تيار الإثارة IV على تيار ملف المحرك IV. لذلك ، سيكون لمحرك الإثارة الموازية نفس خصائص محرك الإثارة المستقل. ومع ذلك ، فإن محرك الإثارة الموازي لن يعمل بشكل طبيعي إلا عند تشغيله بواسطة مصدر تيار مستمر بجهد ثابت.

عندما يتم تشغيل المحرك الكهربائي بواسطة مصدر بجهد مختلف (مولد أو مقوم متحكم فيه) ، يؤدي انخفاض جهد الإمداد U إلى انخفاض مماثل في تيار الإثارة Ic والتدفق المغناطيسي Ф ، مما يؤدي إلى زيادة في المحرك لف التيار Iya. هذا يحد من إمكانية تعديل سرعة المحرك عن طريق تغيير جهد الإمداد U. لذلك ، يجب أن يكون للمحركات الكهربائية المصممة لتزويدها بالطاقة بواسطة مولد أو مقوم متحكم به إثارة مستقلة.

إثارة سلسلة التيار المباشر للمحرك الكهربائي

للحد من تيار البدء ، يتم تضمين المتغير المتغير Rp (الشكل 3 ، أ) في دائرة ملف المحرك (الشكل 3 ، أ) ولتنظيم سرعة الدوران بالتوازي مع ملف الإثارة عن طريق ضبط المتغير المتغير يمكن تضمين Rpv.

أرز. 3. رسم تخطيطي لمحرك DC مع الإثارة المتسلسلة (أ) واعتماد التدفق المغناطيسي Ф على التيار I في ملف المحرك (ب)

أرز. 4. خصائص محرك DC مع الإثارة المتتابعة: أ - سرعة عالية وعزم دوران ، ب - ميكانيكي ، ج - عمال.

السمة المميزة لهذا المحرك الكهربائي هي أن تيار الإثارة IV يساوي أو متناسب (عند تشغيل المتغير Rheostat Rpv) مع تيار ملف المحرك Iya ، وبالتالي يعتمد التدفق المغناطيسي F على حمل المحرك (الشكل 3 ، ب) .

عندما يكون تيار ملف المحرك Iya أقل من (0.8-0.9) من التيار المقنن Inom ، فإن النظام المغناطيسي للآلة لا يكون مشبعًا ويمكن افتراض أن التدفق المغناطيسي يتغير بالتناسب المباشر مع التيار Iia. لذلك ، ستكون خاصية السرعة المميزة للمحرك الكهربائي ناعمة - مع زيادة التيار I ، ستنخفض سرعة الدوران n بشكل حاد (الشكل 4 ، أ). الانخفاض في سرعة الدوران n يرجع إلى زيادة انخفاض الجهد في IjaΣRja. في المقاومة الداخلية Rα. دوائر لف حديد التسليح ، وكذلك بسبب زيادة التدفق المغناطيسي F.

ستزداد العزم الكهرومغناطيسي M مع زيادة التيار Ija بشكل حاد ، لأنه في هذه الحالة يزداد التدفق المغناطيسي أيضًا ، أي أن اللحظة M ستكون متناسبة مع التيار Ija الحالي. لذلك ، عندما تكون Iya الحالية أقل من (0.8 N-0.9) Inom ، فإن خاصية السرعة لها شكل القطع الزائد ، وتكون خاصية اللحظة على شكل القطع المكافئ.

في التيارات Ia> Ia ، تكون تبعيات M و n على Ia خطية ، لأنه في هذا الوضع ستكون الدائرة المغناطيسية مشبعة ولن يتغير التدفق المغناطيسي عندما يتغير التيار Ia.

يمكن بناء الخاصية الميكانيكية ، أي اعتماد n على M (الشكل 4 ، ب) ، على أساس تبعيات n و M على Iya. بالإضافة إلى الخاصية الطبيعية 1 ، من الممكن الحصول على عائلة من خصائص مقاومة مقاومة متغيرة 2 و 3 و 4. من خلال تضمين مقاومة متغيرة مقاومة Rp في دائرة لف المحرك.تتوافق هذه الخصائص مع قيم مختلفة لـ Rn1 و Rn2 و Rn3 ، بينما كلما ارتفع Rn ، انخفضت الخاصية.

السمة الميكانيكية للمحرك المدروس ناعمة وزائدية. عند الأحمال المنخفضة ، ينخفض ​​التدفق المغناطيسي بشكل كبير ، وتزداد سرعة الدوران n بشكل حاد وقد تتجاوز القيمة القصوى المسموح بها (المحرك يعمل في البرية). لذلك ، لا يمكن استخدام هذه المحركات لقيادة الآليات التي تعمل في وضع الخمول وتحت حمولة منخفضة (آلات مختلفة ، ناقلات ، إلخ).

عادة ، يكون الحد الأدنى للحمل المسموح به للمحركات ذات القدرة العالية والمتوسطة هو (0.2 ... 0.25) Inom. لمنع المحرك من العمل بدون تحميل ، يتم توصيله بإحكام بآلية القيادة (اقتران مسنن أو أعمى) ؛ من غير المقبول استخدام محرك الحزام أو القابض الاحتكاك.

على الرغم من هذا العيب ، يتم استخدام المحركات ذات الإثارة المتسلسلة على نطاق واسع ، خاصةً عند وجود اختلافات كبيرة في عزم دوران الحمل وظروف البدء الشديدة: في جميع محركات الجر (القاطرات الكهربائية ، وقاطرات الديزل ، والقطارات الكهربائية ، والسيارات الكهربائية ، والرافعات الشوكية الكهربائية ، وما إلى ذلك) ، وكذلك في محركات آليات الرفع (الرافعات والمصاعد وما إلى ذلك).

ويفسر ذلك حقيقة أنه مع وجود خاصية ناعمة ، تؤدي الزيادة في عزم الحمل إلى زيادة أقل في استهلاك التيار والطاقة مقارنة بالمحركات المستقلة والمتوازية ، نظرًا لأن المحركات المتحمسة بالسلسلة يمكنها تحمل المزيد من الحمل الزائد.بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع هذه المحركات بعزم دوران أعلى من المحركات المتوازية والمستقلة ، لأنه مع زيادة تيار ملف المحرك أثناء البدء ، يزداد التدفق المغناطيسي أيضًا وفقًا لذلك.

إذا افترضنا ، على سبيل المثال ، أن تيار الاندفاع قصير المدى يمكن أن يكون ضعف تيار التشغيل المقنن للآلة وإهمال تأثيرات التشبع وتفاعل المحرك وانخفاض الجهد في لفه ، ثم في محرك متحمس متسلسل ، سيكون عزم بدء التشغيل أعلى بأربع مرات من القيمة الاسمية (في كل من التيار وفي التدفق المغناطيسي يزيد مرتين) ، وفي المحركات ذات الإثارة المستقلة والمتوازية - أكثر مرتين فقط.

في الواقع ، نظرًا لتشبع الدائرة المغناطيسية ، لا يزيد التدفق المغناطيسي بما يتناسب مع التيار ، ولكن مع ذلك ، فإن عزم بدء تشغيل محرك متسلسل ، مع تساوي الأشياء الأخرى ، سيكون أكبر بكثير من عزم بدء التشغيل من نفس المحرك مع إثارة مستقلة أو موازية.

تبعيات n و M على القدرة P2 لعمود المحرك (الشكل 4 ، ج) ، على النحو التالي من المواضع التي تمت مناقشتها أعلاه ، غير خطية ، والاعتماد على P1 و Ith و على P2 لها نفس الشكل مثل للمحركات ذات الإثارة المتوازية.

مختلط الإثارة محرك كهربائي تيار مباشر

في هذا المحرك الكهربائي (الشكل 5 ، أ) يتم إنشاء التدفق المغناطيسي نتيجة للعمل المشترك لملفي إثارة - متوازيان (أو مستقلان) وسلسلة ، والتي من خلالها تيارات الإثارة Iв1 و Iв2 = Iя

لهذا

حيث Fposl - التدفق المغناطيسي للملف المتسلسل ، اعتمادًا على التيار Ia ، Fpar - التدفق المغناطيسي للملف المتوازي ، والذي لا يعتمد على الحمل (يتم تحديده بواسطة الإثارة الحالية Ic1).

تكمن الخاصية الميكانيكية للمحرك الكهربائي ذي الإثارة المختلطة (الشكل 5 ، ب) بين خصائص الإثارة المتوازية (الخط المستقيم 1) والمتسلسلة (المنحنى 2). اعتمادًا على نسبة القوى الدافعة المغناطيسية للملفات المتوازية والمتسلسلة في الوضع المقنن ، يمكن تقريب خصائص محرك الإثارة المختلطة إلى الخاصية 1 (المنحنى 3 عند جزء في المليون من لف السلسلة) أو إلى الخاصية 2 (المنحنى 4 عند جزء في المليون منخفض. اللف المتوازي).

أرز. 5. رسم تخطيطي لمحرك كهربائي مع الإثارة المختلطة (أ) وخصائصه الميكانيكية (ب)

تتمثل ميزة محرك التيار المستمر مع الإثارة المختلطة في أنه ، الذي يتمتع بخاصية ميكانيكية ناعمة ، يمكن أن يعمل في وضع الخمول عندما يكون Fposl = 0. في هذا الوضع ، يتم تحديد تردد دوران المحرك من خلال التدفق المغناطيسي Fpar وله نطاق محدود القيمة (المحرك لا يعمل).