Động cơ DC kích thích song song - sơ đồ vận hành. Động cơ DC kích từ độc lập (DPT NV)

Động cơ điện một chiều có kích thích hỗn hợp (động cơ điện hỗn hợp) ở một mức độ nào đó có các đặc tính của động cơ điện kích thích song song và kích thích nối tiếp đã thảo luận ở trên. Động cơ điện này được trang bị hai cuộn dây kích thích: nối tiếp và song song.

Một sơ đồ nguyên lý của một động cơ điện như vậy được thể hiện trong hình. 31, trong đó cuộn dây nối tiếp được ký hiệu CON CÚ, và sự song songnaya- CÁC ĐƯỜNG MAY. Thông thường, trên hộp đầu cực của động cơ điện có ghi: các cực của cuộn dây nối tiếp VỚI 1 Và VỚI 2 , các cực từ cuộn dây song song - Sh 1 Và Sh 2 , và kết luận từ cuộn dây phần ứng - TÔI 1 Và TÔI 2 . Trong sơ đồ, các cuộn dây này có thể được ký hiệu khác nhau: CON CÚ Và CÁC ĐƯỜNG MAY, VỚI 1 - VỚI 2 Và Sh 1 -Sh 2 .

Cuộn dây kích từ nối tiếp và song song có thể được nối theo hai cách. Trong một số trường hợp, chúng được bật để các ampe quay mà chúng tạo ra và do đó từ thông tăng lên. Cách kết nối các cuộn dây này thường được gọi làphụ âm. Rõ ràng là với việc bật liên tục, từ thông sinh ra của động cơ điện

Trong các trường hợp khác, các cuộn dây kích từ được đưa vào mạch theo cách mà các ampe quay (và từ thông) mà chúng tạo ra hướng vào nhau. Việc kết nối các cuộn dây này được gọi làquầy tính tiền. Với việc chuyển đổi bộ đếm, từ thông thu đượcđộng cơ điện

Đấu nối ngược cuộn dây kích từ chỉ được sử dụng trong các máy điện chuyên dụng. Trong động cơ điện cầu trục thông thường có kích thích hỗn hợp, các cuộn dây luôn được đóng tương ứng, do đó, trong phần trình bày sâu hơn về vật liệu, chúng ta sẽ giả sử rằng số ampe vòng của cả hai cuộn dây (và từ thông) cộng lại, tức là các cuộn dây được chuyển mạch tương ứng và đẳng thức (69) có giá trị đối với động cơ điện.

Sự hiện diện của hai cuộn dây kích thích cho phép bạn thiết kế và chế tạo động cơ điện với các tính chất và đặc điểm khác nhau. Với sơ đồ chuyển mạch tự nhiên, đặc tính của động cơ điện được đề cập là cứng hơn so với động cơ điện kích thích nối tiếp và mềm hơn so với động cơ điện kích thích song song. Tuy nhiên, tùy thuộc vào tỷ số ampe vòng được tạo ra bởi cuộn dây song song và cuộn dây nối tiếp, các đặc tính của động cơ điện về bản chất tương tự như đặc tính của động cơ dây quấn nối tiếp hoặc động cơ dây quấn song song.

Đối với các máy nâng và vận chuyển, động cơ điện được sản xuất trong đó, ở mức đầy tải, một nửa số ampe vòng kích thích được tạo ra bởi các cuộn dây song song và một nửa bởi các cuộn dây nối tiếp.

Nếu tải thay đổi, từ thông của động cơ điện có kích thích hỗn hợp không giữ nguyên không đổi, vì số ampe vòng do cuộn dây nối tiếp tạo ra được xác định bởi dòng điện phần ứng. Sự phụ thuộc của từ thông sinh ra vào dòng điện phần ứng được thể hiện trên hình 2. 32, MỘT, chứng tỏ rằng mỗi giá trị của dòng điện phần ứng ứng với một từ thông nhất định và do đó, mô men xoắn M = ĐẾN F TÔI TÔI khi tải thay đổi, nó thay đổi không chỉ do sự thay đổi của dòng điện phần ứng mà còn do từ thông kích thích. Nghiện M=f (TÔI TÔI ) đối với động cơ điện có kích thích hỗn hợp được thể hiện trên hình 2. 32, b.

Tất cả các đặc tính hoạt động của động cơ DC, giống như máy phát điện, phụ thuộc vào cách kết nối mạch trường với mạch phần ứng. Sự kết nối của các mạch này có thể song song, nối tiếp, hỗn hợp và cuối cùng, chúng có thể độc lập với nhau.

Động cơ kích thích song song.

Ở đây cuộn dây kích từ và cuộn dây phần ứng được mắc song song. Cuộn dây kích từ có số vòng dây lớn hơn cuộn dây phần ứng, do đó dòng điện cuộn dây kích từ trong hầu hết các trường hợp chỉ bằng vài phần trăm dòng điện phần ứng. Một biến trở điều chỉnh có thể được đưa vào mạch cuộn dây kích thích. Biến trở khởi động PR được nối với mạch phần ứng.

Động cơ có kích thích độc lập.

Nếu cuộn dây kích từ được nối với một nguồn điện áp không đổi khác, chúng ta sẽ có được một động cơ có kích thích độc lập. Động cơ điện có nam châm vĩnh cửu có tính chất tương tự.

Đặc tính tốc độ của động cơ kích thích độc lập và song song là sự phụ thuộc vào n

n - tốc độ

I - dòng điện phần ứng

Iе - dòng điện kích thích.

Hình.8.5.4. Đặc điểm tốc độ.

Sự thay đổi tốc độ quay có thể xảy ra do thay đổi tải và từ thông. Việc tăng dòng tải làm thay đổi một chút điện áp rơi bên trong do điện trở mạch phần ứng thấp và do đó chỉ làm giảm nhẹ tốc độ động cơ. Còn từ thông, do phản ứng của phần ứng nên khi dòng điện tải tăng sẽ giảm nhẹ dẫn đến tốc độ động cơ tăng nhẹ. Như vậy, tốc độ quay của động cơ kích thích song song thay đổi rất ít. Tốc độ quay của động cơ được xác định theo công thức:

n = (U – IаRя) / c∙Φ, trong đó

c là hệ số phụ thuộc vào thiết bị của máy.

Tốc độ quay của động cơ kích thích độc lập có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở trong mạch phần ứng hoặc bằng cách thay đổi từ thông. Cần lưu ý rằng việc giảm quá mức dòng điện kích thích và đặc biệt là sự cố đứt mạch này vô tình rất nguy hiểm đối với động cơ có kích thích song song và độc lập, bởi vì Dòng điện phần ứng có thể tăng đến giá trị cao không thể chấp nhận được. Khi tải nhẹ (hoặc ở chế độ không tải), tốc độ có thể tăng cao đến mức trở nên nguy hiểm đối với tính toàn vẹn của động cơ.

Động cơ kích thích tuần tự.

Trong động cơ như vậy, dòng điện phần ứng cũng là dòng điện kích thích, bởi vì cuộn dây kích từ được mắc nối tiếp với phần ứng. Vì lý do này, từ thông của động cơ thay đổi theo tải. Tốc độ của xe gắn máy:

n =[ U – Iа (Rя + Rв)] / c∙Φ, trong đó

Rya - điện trở phần ứng

Rв - điện trở của cuộn dây kích thích.

Đặc tính tốc độ của động cơ cuối cùng. sự phấn khích.

Đồ thị này biểu diễn đặc tính tốc độ của động cơ kích thích nối tiếp.

Từ đặc tính này có thể thấy rõ rằng tốc độ động cơ phụ thuộc rất nhiều vào tải. Khi tải tăng, điện trở cuộn dây giảm trong khi từ thông tăng, dẫn đến tốc độ quay giảm đáng kể. Vì vậy, những động cơ như vậy không nên chạy không tải hoặc ở mức tải thấp. Động cơ có kích thích nối tiếp được sử dụng trong trường hợp cần có mô men khởi động lớn hoặc khả năng chịu quá tải ngắn hạn. Chúng được sử dụng làm động cơ kéo trong xe điện, xe điện, tàu điện ngầm và đầu máy xe lửa điện, cũng như trên cần cẩu và để khởi động động cơ đốt trong (bộ khởi động).

Động cơ có kích thích hỗn hợp.

Ở mỗi cực của động cơ như vậy có hai cuộn dây - song song và nối tiếp. Chúng có thể được bật để từ thông được thêm vào (bao gồm phụ âm) hoặc trừ đi (bao gồm phụ âm). Công thức tính tốc độ quay và mô men xoắn cho động cơ như vậy:

n = (U – Iа ∙ Rя) / c∙(Φsong song +/- Φchuỗi)

M = c ∙ Iа ∙ (Φsong song +/- Φchuỗi)

Tùy thuộc vào tỷ lệ của từ thông, động cơ có đặc tính kích thích hỗn hợp sẽ tiến gần đến động cơ có kích thích nối tiếp hoặc động cơ có kích thích song song. Theo quy định, trong những động cơ như vậy, cuộn dây nối tiếp là cuộn dây chính (làm việc) và cuộn dây song song là cuộn dây phụ. Do có từ thông trong cuộn dây song song, tốc độ của động cơ như vậy không thể tăng đáng kể ở mức tải thấp. Động cơ có khả năng kích hoạt ổn định được sử dụng khi cần điều khiển tốc độ và mô-men xoắn khởi động cao dưới các tải thay đổi. Động cơ có cuộn dây đấu ngược chiều được sử dụng trong trường hợp cần tốc độ không đổi với tải thay đổi.

Để thay đổi chiều quay của động cơ DC, cần phải thay đổi chiều của dòng điện trong cuộn dây kích từ hoặc trong cuộn dây phần ứng. Bằng cách thay đổi cực tính ở các cực của máy, bạn chỉ có thể thay đổi hướng quay trong động cơ có nam châm vĩnh cửu hoặc kích thích độc lập. Trong các động cơ khác, cần phải thay đổi chiều dòng điện trong cuộn dây phần ứng hoặc trong cuộn dây kích từ. động cơ DC không thể bật bằng cách kết nối điện áp đầy đủ. Dòng khởi động của máy DC cao hơn khoảng 20 lần so với dòng định mức (động cơ càng lớn và càng nhanh thì càng lớn). Ở các máy lớn, dòng khởi động có thể gấp 50 lần dòng định mức.

Dòng điện cao gây ra tia lửa tròn trong bộ thu và phá hủy bộ thu. Để bật, hãy sử dụng mức tăng điện áp trơn tru hoặc khởi động bộ biến trở. Cho phép kết nối trực tiếp ở điện áp thấp trong trường hợp động cơ nhỏ có điện trở cuộn dây phần ứng cao.

Chúng ta hãy xem xét chi tiết hơn các đặc tính của động cơ kích thích song song, xác định đặc tính vận hành của nó.

Tốc độ và đặc tính cơ học của động cơ được xác định bởi đẳng thức (7) và (9) trình bày trong bài “”, với bạn= hằng và Tôi trong = const. Trong trường hợp không có điện trở bổ sung trong mạch phần ứng, những đặc tính này được gọi là tự nhiên.

Nếu các chổi ở trạng thái trung tính về mặt hình học, với mức tăng dần TÔI và dòng điện Ф δ sẽ giảm nhẹ do tác dụng của phản lực ngang của phần ứng. Kết quả là, tốc độ N, theo biểu thức (7) trình bày trong bài “Thông tin chung về động cơ DC”, sẽ có xu hướng tăng lên. Mặt khác, điện áp rơi R một × TÔI và gây ra sự giảm tốc độ. Vì vậy, có thể có ba loại đặc tính tốc độ, được thể hiện trong hình. 1: 1 - có ảnh hưởng chủ yếu R một × TÔI MỘT; 2 – với sự bù đắp ảnh hưởng lẫn nhau R một × TÔI a và giảm Ф δ; 3 – khi ảnh hưởng của việc giảm Ф δ chiếm ưu thế.

Do sự thay đổi của Ф δ tương đối nhỏ nên đặc tính cơ học N = f(M) của động cơ kích thích song song, xác định theo đẳng thức (9), trình bày trong bài “Thông tin chung về động cơ một chiều”, với bạn= hằng và Tôiв = const có hình thức trùng khớp với đặc điểm N = f(TÔI a) (Hình 1). Vì lý do tương tự, những đặc điểm này gần như đơn giản.

Đặc điểm của loài 3 (Hình 1) không được chấp nhận trong các điều kiện hoạt động bền vững (xem bài viết ""). Vì vậy, động cơ kích thích song song được chế tạo có đặc tính hình dạng giảm nhẹ 1 (bức tranh 1). Trong các máy hiện đại được sử dụng nhiều, do độ bão hòa khá mạnh của các răng phần ứng nên ảnh hưởng của phản lực ngang của phần ứng có thể lớn đến mức hình dạng đặc trưng 1 (Hình 1) là không thể. Sau đó, để có được đặc tính như vậy, một cuộn dây kích thích nối tiếp yếu có bao gồm phụ âm được đặt ở các cực, lực từ hóa lên tới 10% lực từ hóa của cuộn dây kích thích song song. Trong trường hợp này, sự giảm Ф δ dưới tác động của phản ứng phần ứng ngang được bù một phần hoặc hoàn toàn. Cuộn dây kích từ nối tiếp như vậy được gọi là ổn định, và động cơ có cuộn dây như vậy vẫn được gọi là động cơ kích thích song song.

Thay đổi tốc độ quay Δ N(Hình 1) khi chuyển từ chế độ chờ ( TÔI một = TÔI a0) đến tải định mức ( TÔI một = TÔI a) động cơ kích thích song song khi hoạt động theo đặc tính tự nhiên thì nhỏ và chiếm từ 2 - 8% N N. Đặc tính giảm yếu như vậy được gọi là cứng. Động cơ kích thích song song có đặc tính cứng được sử dụng trong các hệ thống lắp đặt yêu cầu tốc độ quay duy trì gần như không đổi khi tải thay đổi (máy cắt kim loại, v.v.).

Hình 2. Đặc tính cơ và tốc độ của động cơ kích thích song song ở các dòng kích thích khác nhau

Kiểm soát tốc độ bằng cách làm suy yếu từ thông

Kiểm soát tốc độ bằng cách làm suy yếu từ thông thường được thực hiện bằng cách sử dụng một biến trở trong mạch kích thích R r.v (xem Hình 1, b trong bài “” và Hình 1 trong bài “Khởi động động cơ DC”). Trong trường hợp không có điện trở bổ sung trong mạch phần ứng ( R pa = 0) và bạn= đặc điểm hằng N = f(TÔI a) và N = f(M), được xác định bởi đẳng thức (7) và (9), được trình bày trong bài “Thông tin chung về động cơ DC”, cho các giá trị khác nhau R r.v., Tôi in hoặc Ф δ có dạng như trong Hình 2. Tất cả các đặc điểm N = f(TÔI a) hội tụ trên trục x ( N= 0) tại một điểm chung có dòng điện rất lớn TÔI a, theo biểu thức (5) trình bày trong bài “Thông tin chung về động cơ DC”, bằng

TÔI một = bạn / R MỘT.

Tuy nhiên, đặc tính cơ học N = f(M) cắt trục x tại các điểm khác nhau.

Đặc tính thấp hơn trong Hình 2 tương ứng với dòng danh nghĩa. Giá trị N trong hoạt động ở trạng thái ổn định tương ứng với các điểm giao nhau của các đặc tính đang xét với đường cong M st = f(N) đối với máy làm việc nối với động cơ (đường đứt nét đậm trên Hình 2).

Điểm không tải của động cơ ( M = M 0 , TÔI một = TÔI a0) nằm hơi lệch về bên phải trục tọa độ trên Hình 2. Với tốc độ quay ngày càng tăng N do tổn thất cơ học tăng lên M 0 và TÔI a0 cũng tăng (đường đứt nét mảnh trong Hình 2).

Nếu ở chế độ này, sử dụng mô-men xoắn tác dụng từ bên ngoài, bạn bắt đầu tăng tốc độ quay N, Cái đó E a [xem biểu thức (6) trong bài “Thông tin chung về động cơ DC”] sẽ tăng lên, và TÔI một và M sẽ giảm theo các đẳng thức (5) và (8) trình bày trong bài “Thông tin chung về động cơ DC”. Tại TÔI a = 0 và M= 0 tổn thất cơ và từ của động cơ được bao phủ bởi công suất cơ cung cấp cho trục và với tốc độ tăng thêm TÔI một và M sẽ đổi dấu và động cơ sẽ chuyển sang chế độ vận hành máy phát điện (các đoạn đặc trưng trên Hình 2 bên trái trục tọa độ).

Động cơ thông dụng cho phép, tùy theo các điều kiện chuyển mạch, điều khiển tốc độ bằng trường suy yếu trong phạm vi 1: 2. Động cơ có điều khiển tốc độ theo cách này trong phạm vi lên tới 1: 5 hoặc thậm chí 1: 8 cũng được sản xuất, nhưng trong trường hợp này, để hạn chế điện áp cực đại giữa các bản cổ góp cần tăng khe hở không khí, điều tiết dòng điện qua các nhóm cực riêng lẻ (xem bài “Điều chỉnh tốc độ quay và độ ổn định của động cơ DC”) hoặc sử dụng bộ bù quanh co. Điều này làm tăng chi phí của động cơ.

Điều chỉnh tốc độ bằng điện trở trong mạch phần ứng, đặc tính cơ và tốc độ nhân tạo

Nếu bạn thêm một điện trở bổ sung nối tiếp với mạch phần ứng R ra (Hình 3, MỘT), thì thay vì các biểu thức (7) và (9) trình bày trong bài “Thông tin chung về động cơ DC”, ta có

(1)

(2)

Sức chống cự R Ra có thể điều chỉnh được và phải được thiết kế để hoạt động lâu dài. Mạch kích thích phải được kết nối với điện áp nguồn.

Hình 3. Sơ đồ điều chỉnh tốc độ quay của động cơ kích thích song song sử dụng điện trở trong mạch phần ứng ( MỘT) và các đặc tính cơ học và tốc độ tương ứng ( b)

Đặc trưng N = f(M) Và N = f(TÔI a) với các giá trị khác nhau R ra = const tại bạn= hằng và Tôiв = const được thể hiện trong Hình 3, b (R pa1< R ra2< R pa3). Đặc tính trên ( R pa = 0) là đương nhiên. Mỗi đặc điểm đều cắt trục hoành ( N= 0) tại điểm mà

Việc tiếp tục các đặc điểm này theo trục x trong Hình 3 tương ứng với việc phanh động cơ bằng cách lùi. Trong trường hợp này N < 0, э. д. с. E a có dấu ngược lại và cộng vào điện áp mạng bạn, kết quả là

và mômen động cơ M tác dụng ngược với hướng quay và do đó hãm lại.

Nếu ở chế độ không tải ( TÔI một = TÔI a0) với sự trợ giúp của mô-men xoắn tác dụng bên ngoài, bắt đầu tăng tốc độ quay, sau đó đạt được chế độ đầu tiên TÔI a = 0 và sau đó TÔI a sẽ đổi hướng và máy sẽ chuyển sang chế độ máy phát điện (các phần đặc trưng trên Hình 3, b bên trái trục y).

Như có thể thấy từ Hình 3, b, khi bật R ra trở nên ít nghiêm ngặt hơn và ở các giá trị cao hơn R ra - rơi dốc, hoặc mềm mại.

Nếu đường cong mô men xoắn M st = f(N) có dạng như trên Hình 3, bđường đứt nét dày thì các giá trị Nở trạng thái ổn định cho mỗi giá trị R ra được xác định bởi giao điểm của các đường cong tương ứng. Nhiều hơn R ra, càng ít N và hiệu quả (hiệu quả) thấp hơn.

Điều khiển tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng

Việc kiểm soát tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng có thể được thực hiện bằng cách sử dụng bộ động cơ máy phát điện (G-E), còn được gọi là bộ Leonard (Hình 4). Trong trường hợp này động cơ chính PD(dòng điện xoay chiều, đốt trong và tương tự) làm quay máy phát điện một chiều với tốc độ không đổi G. Phần ứng máy phát điện được kết nối trực tiếp với phần ứng động cơ DC Dđóng vai trò là động lực cho máy làm việc RM. Cuộn dây máy phát điện ovg và động cơ ATSđược cấp nguồn từ nguồn độc lập - mạng điện một chiều (Hình 4) hoặc từ bộ kích thích (máy phát điện một chiều nhỏ) trên trục của động cơ chính PD. Điều chỉnh dòng kích thích máy phát điện Tôi v.g thực tế phải được tạo ra từ số 0 (trong Hình 4 sử dụng biến trở được nối theo mạch điện thế). Nếu cần đảo chiều động cơ có thể thay đổi cực tính của máy phát điện (ở hình 4 dùng công tắc P).

Hình 4. Sơ đồ khối động cơ máy phát điện để điều chỉnh tốc độ của động cơ kích thích độc lập

Khởi động động cơ D và tốc độ của nó được điều khiển như sau. Ở mức tối đa Tôi id và Tôi v.g = 0 khởi động động cơ chính PD. Sau đó tăng dần Tôi v.g và ở điện áp máy phát thấp bạnđộng cơ D sẽ đi vào vòng quay. Điều chỉnh thêm bạn trong vòng tối đa bạn = bạn n, bạn có thể nhận được bất kỳ tốc độ quay động cơ nào lên đến N = N N. Tăng hơn N có lẽ bằng cách giảm Tôi ed Để đảo chiều động cơ, giảm Tôi vg về 0, chuyển đổi ovg và tăng trở lại Tôi v.g từ giá trị Tôi v.g = 0.

Khi máy làm việc tạo ra một tải dao động mạnh (ví dụ, một số máy cán) và không mong muốn các đỉnh tải được truyền hoàn toàn sang động cơ chính hoặc tới nguồn điện xoay chiều, động cơ sẽ D có thể được trang bị bánh đà (đơn vị G – D – M hoặc đơn vị Leonard – Ilgner). Trong trường hợp này, khi giảm N khi tải cực đại, một phần tải trọng này được bao phủ bởi động năng của bánh đà. Hiệu suất bánh đà sẽ cao hơn với đặc tính động cơ nhẹ nhàng hơn PD hoặc D.

Gần đây, ngày càng thường xuyên động cơ PD và máy phát điện Gđược thay thế bằng bộ chỉnh lưu bán dẫn có điện áp điều chỉnh được. Trong trường hợp này, đơn vị được đề cập còn được gọi là van (thyristor) lái xe.

Các đơn vị được xem xét được sử dụng khi cần điều chỉnh tốc độ quay của động cơ có hiệu suất cao trong phạm vi rộng - lên tới 1: 100 trở lên (máy cắt kim loại lớn, máy cán, v.v.).

Lưu ý rằng sự thay đổi bạn nhằm mục đích điều chỉnh N theo sơ đồ ở Hình 1, b thể hiện trong bài “Thông tin chung về máy phát điện một chiều” và Hình 3, MỘT, không cho kết quả mong muốn, vì đồng thời với sự thay đổi điện áp của mạch phần ứng, nó thay đổi tỷ lệ bạn cũng có dòng điện kích thích. Kể từ khi quy định bạn chỉ có thể được suy ra từ giá trị bạn = bạn n xuống thì chẳng bao lâu mạch từ sẽ bão hòa, kết quả là bạn Và Tôi trong sẽ thay đổi tỷ lệ thuận với nhau. Theo đẳng thức (7), trình bày trong bài “Thông tin chung về động cơ DC”), N tuy nhiên, nó không thay đổi đáng kể.

Gần đây, cái gọi là điều chỉnh xungĐộng cơ DC. Trong trường hợp này, mạch phần ứng động cơ được cấp nguồn từ nguồn điện một chiều có điện áp không đổi thông qua thyristor, được bật tắt định kỳ với tần số 1 - 3 kHz. Để làm phẳng đường cong dòng điện phần ứng, các tụ điện được nối với các cực của nó. Điện áp tại các cực phần ứng trong trường hợp này gần như không đổi và tỷ lệ thuận với tỷ lệ giữa thời gian bật thyristor và thời gian của toàn bộ chu kỳ. Do đó, phương pháp xung cho phép bạn điều chỉnh tốc độ quay của động cơ khi nó được cấp nguồn từ nguồn điện áp không đổi trong phạm vi rộng mà không có biến trở trong mạch phần ứng và hầu như không có tổn thất bổ sung. Theo cách tương tự, không có biến trở khởi động và không có tổn thất bổ sung, động cơ có thể khởi động được.

Phương pháp điều khiển xung rất có lợi về mặt kinh tế cho việc điều khiển động cơ hoạt động ở các chế độ tốc độ thay đổi và khởi động thường xuyên, ví dụ như trong vận tải điện khí hóa.

Hình 5: Hiệu suất động cơ Shunt P n = 10 kW, bạn n = 200 V, N n = 950 vòng/phút

Đặc tính hiệu suất

Đặc tính hiệu suất dựa trên mức tiêu thụ điện năng P 1 mức tiêu thụ hiện tại TÔI, tốc độ N, chốc lát M và hiệu suất η từ năng lượng hữu ích P 2 lúc bạn= hằng số và các vị trí không thay đổi của biến trở điều chỉnh. Đặc tính hoạt động của động cơ kích thích song song công suất thấp khi không có điện trở bổ sung trong mạch phần ứng được trình bày trên Hình 5.

Đồng thời với việc tăng công suất trục P 2 mô-men xoắn trên trục tăng M. Bởi vì với sự gia tăng P 2 và M tốc độ N giảm nhẹ thì M ∼ P 2 / N tăng trưởng nhanh hơn một chút P 2. Tăng P 2 và M, một cách tự nhiên, đi kèm với sự gia tăng dòng điện động cơ TÔI. Tỷ lệ thuận TÔIĐiện năng tiêu thụ từ mạng cũng tăng P 1 . Lúc nhàn rỗi ( P 2 = 0) hiệu suất η = 0, sau đó tăng dần P 2, lúc đầu η tăng nhanh, nhưng khi tải cao, do tổn hao trong mạch phần ứng tăng lớn nên η lại bắt đầu giảm.

Có một số loại cấu trúc có thể có của động cơ điện hoạt động từ nguồn điện áp không đổi. Nguyên lý hoạt động của chúng là như nhau, nhưng sự khác biệt nằm ở tính năng kết nối cuộn dây kích từ (OB) và phần ứng (I).

Động cơ điện DC kích thích song song có tên như vậy vì các cuộn dây I và OB của nó được kết nối với nhau theo cách này. Động cơ điện loại này cung cấp các chế độ cần thiết, vượt qua các sản phẩm thuộc loại tuần tự và hỗn hợp khi yêu cầu tốc độ hoạt động gần như không đổi.

• Phần kết luận

Cấu tạo của động cơ và phạm vi của nó

Sơ đồ của loại động cơ điện đang được đề cập được trình bày dưới đây.

• tổng dòng điện mà động cơ điện tiêu thụ từ nguồn là I = I I + IV, trong đó I I, IV lần lượt là dòng điện chạy qua phần ứng và cuộn dây kích từ;
• đồng thời I B không phụ thuộc vào I I, tức là không phụ thuộc vào tải.

Thiết bị được sử dụng khi khởi động không yêu cầu mô-men xoắn cao, nghĩa là khi các chế độ vận hành của cơ cấu truyền động không liên quan đến việc tạo ra tải khởi động lớn. Đây là điển hình cho máy công cụ và quạt.

Trong thực tế, các thông số lực kéo hữu ích của các cơ cấu điện như

• ổn định hoạt động khi có biến động của tải;
• hiệu quả cao do I không chảy qua OB.

Việc khởi động trong trường hợp mô-men xoắn không đủ được đảm bảo bằng cách chuyển sang mạch loại hỗn hợp.

Hoạt động của động cơ điện khi tải thay đổi

Đặc tính cơ học thể hiện sự ổn định của động cơ điện trong phạm vi rộng thay đổi của tải, mô tả sự phụ thuộc của mô men xoắn do động cơ điện tạo ra vào tốc độ làm việc của trục.

Đặc tính lực kéo của cơ cấu loại này giúp duy trì độ lớn của mô-men xoắn với những thay đổi đáng kể về số vòng quay. Thông thường, các thông số lực kéo của thiết bị phải đảm bảo giảm thông số này không quá 5%. Một nghiên cứu đơn giản chứng minh rằng các thông số ức chế hóa ra là tương tự nhau do tính thuận nghịch của các quá trình. Những quy định này cũng áp dụng cho trường hợp kích thích hỗn hợp.

Nói cách khác, động cơ điện như vậy được đặc trưng bởi đặc tính cứng nhắc. Tính chất công việc này được coi là một lợi thế quan trọng của đơn vị loại này.

Các phương pháp tiếp cận khác nhau để kiểm soát tốc độ

Để tiết kiệm hóa đơn tiền điện, độc giả của chúng tôi khuyên dùng Hộp tiết kiệm điện. Các khoản thanh toán hàng tháng sẽ ít hơn 30-50% so với trước khi sử dụng trình tiết kiệm. Nó loại bỏ thành phần phản ứng khỏi mạng, dẫn đến giảm tải và do đó giảm mức tiêu thụ hiện tại. Các thiết bị điện tiêu thụ ít điện hơn và chi phí giảm.

Nguyên lý hoạt động kết nối song song của các cuộn dây đảm bảo khởi động trơn tru kết hợp với phạm vi thay đổi tốc độ lớn trong quá trình vận hành sử dụng biến trở. Chúng cũng đảm bảo động cơ khởi động bình thường bằng cách hạn chế dòng điện.

Đối với các khối loại song song, các phương pháp được sử dụng để kiểm soát tốc độ hoạt động bằng cách thay đổi:

• từ thông của các cực chính;
• điện trở mạch phần ứng;
• điện áp cung cấp cho nó.

Đối tượng bị ảnh hưởng là cuộn dây kích thích, cuộn dây phần ứng và điện áp làm việc của nó.

Sự thay đổi từ thông được thực hiện bằng cách sử dụng một biến trở nối tiếp R P. Khi điện trở của nó tăng lên, OB truyền ít dòng điện hơn, đi kèm với đó là sự giảm từ thông. Biểu hiện bên ngoài của hành động này là sự gia tăng tốc độ của bản ngã khi không hoạt động. Nghiên cứu cho thấy độ dốc của đặc tính tăng lên.

Nguyên tắc thứ hai dựa trên việc đưa thêm một biến trở điều khiển nối tiếp vào mạch nguồn phần ứng. Khi điện trở của nó tăng lên, tốc độ quay của chữ I giảm đi, trong khi đặc tính cơ học tự nhiên của nó có độ nghiêng lớn hơn. Do kết nối nối tiếp của một điện trở bổ sung với cuộn dây chính của biến trở, nơi tiêu tán công suất đáng kể, hiệu suất sẽ giảm đáng kể.

Nguyên tắc thứ ba đi kèm với sự phức tạp nhất định của các giải pháp mạch điện và yêu cầu sử dụng nguồn điện được điều chỉnh riêng trong khi vẫn duy trì khả năng điều chỉnh riêng. Nếu nó được sử dụng trong điều kiện thực tế thì chỉ có thể giảm tốc độ quay của trục.

Động cơ kích thích độc lập

Một động cơ DC kích thích độc lập thực hiện phương pháp điều chỉnh thứ ba và điều thú vị là OB và M được cấp nguồn từ các nguồn khác nhau; sơ đồ của nó được trình bày dưới đây.

Đối với động cơ trong thiết kế này, Iv được đặt không thay đổi và chỉ có điện áp đặt vào M thay đổi. Điều này đi kèm với sự thay đổi về tốc độ không tải, nhưng độ cứng của đặc tính không thay đổi.

Nguyên lý hoạt động của một thiết bị như vậy do hoạt động độc lập của hai nguồn hóa ra phức tạp hơn. Tuy nhiên, việc sử dụng nó mang lại những lợi ích quan trọng cho việc thực hành như

• kiểm soát mượt mà, tiết kiệm tốc độ vận hành với độ sâu lớn;
• khởi động động cơ ở điện áp giảm mà không có biến trở.

Nếu khởi động xảy ra ở điện áp bình thường, bộ biến trở sẽ giới hạn giá trị của Iv.

Nghiên cứu cho thấy số vòng quay tối đa chỉ bị giới hạn bởi điện trở M và tối thiểu bởi các điều kiện loại bỏ nhiệt sinh ra trong quá trình vận hành.

Các đặc tính về mức tiêu thụ năng lượng và tốc độ phản hồi của hệ thống điều khiển được cải thiện trong trường hợp kết nối tuần tự với M của các bộ điều chỉnh thyristor khác nhau. Để thiết lập số vòng quay của trục và ổn định chúng trong quá trình dẫn động các cơ cấu khác nhau, nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng. Đặc điểm chung của chúng là có bộ điều chỉnh thyristor trong mạch phản hồi âm tần số. Bắt đầu một đơn vị như vậy đòi hỏi phải thực hiện các thủ tục đặc biệt.

Phần kết luận

Động cơ song song là một cơ cấu truyền động rất linh hoạt và có thể được sử dụng trong rất nhiều ứng dụng không yêu cầu mômen khởi động cao. Nó có mạch điều khiển tốc độ quay đơn giản, đáng tin cậy và dễ dàng khởi động.

Động cơ điện là loại máy có khả năng chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ. Tùy thuộc vào loại dòng điện tiêu thụ, chúng được chia thành động cơ AC và DC. Bài viết này sẽ tập trung vào cái sau, được viết tắt là DBT. Động cơ DC bao quanh chúng ta mỗi ngày. Họ được trang bị các dụng cụ điện chạy bằng pin, xe điện, một số máy công nghiệp và nhiều thứ khác.

Thiết kế và nguyên lý hoạt động

Cấu trúc của DFC tương tự như động cơ điện đồng bộ xoay chiều, sự khác biệt giữa chúng chỉ ở loại dòng điện tiêu thụ. Động cơ bao gồm một bộ phận đứng yên - stato hoặc cuộn cảm, một bộ phận chuyển động - phần ứng và bộ thu chổi than. Cuộn cảm có thể được chế tạo dưới dạng nam châm vĩnh cửu nếu động cơ có công suất thấp, nhưng thường thì nó được trang bị một cuộn dây kích thích có hai cực trở lên. Phần ứng bao gồm một bộ dây dẫn (cuộn dây) được cố định trong các rãnh. Mô hình đơn giản nhất của DFC chỉ sử dụng một nam châm và một khung để dòng điện chạy qua. Thiết kế này chỉ có thể được coi là một ví dụ đơn giản, trong khi thiết kế hiện đại là phiên bản cải tiến có cấu trúc phức tạp hơn và phát triển sức mạnh cần thiết.

Nguyên lý hoạt động của DPT dựa trên định luật Ampe: nếu khung dây tích điện được đặt trong từ trường, nó sẽ bắt đầu quay. Dòng điện đi qua nó tạo thành từ trường riêng xung quanh nó, khi tiếp xúc với từ trường bên ngoài, khung sẽ bắt đầu quay. Trong trường hợp một khung, chuyển động quay sẽ tiếp tục cho đến khi nó chiếm vị trí trung tính song song với từ trường bên ngoài. Để thiết lập hệ thống chuyển động, bạn cần thêm một khung hình khác. Trong các DPT hiện đại, các khung được thay thế bằng phần ứng với một bộ dây dẫn. Dòng điện được đặt vào các dây dẫn, tích điện cho chúng, tạo ra một từ trường xung quanh phần ứng, phần ứng này bắt đầu tương tác với từ trường của cuộn dây kích từ. Kết quả của sự tương tác này là mỏ neo quay theo một góc nhất định. Tiếp theo, dòng điện chạy đến dây dẫn tiếp theo, v.v.
Để sạc xen kẽ các dây dẫn phần ứng, người ta sử dụng chổi đặc biệt làm bằng than chì hoặc hợp kim đồng-graphit. Chúng đóng vai trò là các tiếp điểm đóng mạch điện đến các cực của một cặp dây dẫn. Tất cả các thiết bị đầu cuối được cách ly với nhau và kết hợp thành một bộ thu - một vòng gồm nhiều tấm nằm trên trục của trục phần ứng. Trong quá trình động cơ hoạt động, các chổi tiếp xúc lần lượt đóng các lá lam, giúp động cơ quay đều. Phần ứng càng có nhiều dây dẫn thì DPT sẽ hoạt động càng đồng đều.

Động cơ DC được chia thành:
- động cơ điện có kích thích độc lập;
- động cơ điện tự kích thích (song song, nối tiếp hoặc hỗn hợp).
Mạch DPT với kích thích độc lập cung cấp khả năng kết nối cuộn dây kích thích và phần ứng với các nguồn điện khác nhau để chúng không được kết nối điện với nhau.
Kích thích song song được thực hiện bằng cách kết nối song song cuộn cảm và cuộn dây phần ứng với một nguồn điện. Hai loại động cơ này có đặc tính hiệu suất cao. Tốc độ quay của trục làm việc không phụ thuộc vào tải và có thể điều chỉnh được. Những động cơ như vậy đã được ứng dụng trong các máy có tải thay đổi, trong đó việc điều chỉnh tốc độ quay của trục là rất quan trọng.
Với kích thích nối tiếp, phần ứng và cuộn dây kích từ mắc nối tiếp nên giá trị dòng điện là như nhau. Những động cơ như vậy hoạt động “mềm mại hơn”, có phạm vi điều khiển tốc độ lớn hơn, nhưng yêu cầu tải trọng không đổi lên trục, nếu không tốc độ quay có thể đạt đến điểm tới hạn. Chúng có mômen khởi động cao, giúp khởi động dễ dàng hơn, nhưng tốc độ quay của trục phụ thuộc vào tải. Chúng được sử dụng trong xe điện: trong cần cẩu, tàu điện và xe điện trong thành phố.
Loại hỗn hợp, trong đó một cuộn dây kích thích được nối song song với phần ứng và cuộn dây thứ hai nối tiếp là rất hiếm.

Tóm tắt lịch sử hình thành

M. Faraday trở thành người tiên phong trong lịch sử chế tạo động cơ điện. Anh ấy đã không thể tạo ra một mô hình hoạt động hoàn chỉnh, nhưng chính anh ấy là người đã khám phá ra điều này. Năm 1821, ông tiến hành một thí nghiệm sử dụng một sợi dây tích điện đặt trong thủy ngân trong một bể chứa nam châm. Khi tương tác với từ trường, dây dẫn kim loại bắt đầu quay, chuyển năng lượng của dòng điện thành công cơ học. Các nhà khoa học thời đó đã làm việc để tạo ra một cỗ máy hoạt động dựa trên hiệu ứng này. Họ muốn có một động cơ hoạt động theo nguyên lý piston, nghĩa là trục làm việc chuyển động tịnh tiến.
Năm 1834, động cơ điện một chiều đầu tiên được chế tạo bởi nhà khoa học người Nga B. S. Jacobi. Chính ông là người đề xuất thay thế chuyển động tịnh tiến của trục bằng chuyển động quay của nó. Trong mô hình của ông, hai nam châm điện tương tác với nhau, làm quay một trục. Năm 1839, ông đã thử nghiệm thành công một chiếc thuyền được trang bị DPT. Lịch sử xa hơn của bộ nguồn này về cơ bản là sự cải tiến của động cơ Jacobi.

Đặc điểm của DBT

Giống như các loại động cơ điện khác, DPT đáng tin cậy và thân thiện với môi trường. Không giống như động cơ AC, nó có thể được điều chỉnh ở nhiều tốc độ và tần số trục, và rất dễ khởi động.
Động cơ DC có thể được sử dụng làm động cơ và máy phát điện. Cũng có thể thay đổi chiều quay của trục bằng cách thay đổi chiều dòng điện trong phần ứng (đối với tất cả các loại) hoặc trong cuộn dây kích từ (đối với động cơ có kích thích tuần tự).
Kiểm soát tốc độ quay đạt được bằng cách kết nối một điện trở thay đổi với mạch. Với kích thích tuần tự, nó được đặt trong mạch phần ứng và có thể giảm tốc độ theo tỷ lệ 2:1 và 3:1. Tùy chọn này phù hợp với các thiết bị không hoạt động trong thời gian dài vì bộ biến trở nóng lên đáng kể trong quá trình hoạt động. Việc tăng tốc độ được đảm bảo bằng cách kết nối một biến trở với mạch cuộn dây kích thích.
Đối với động cơ quấn song song, biến trở cũng được sử dụng trong mạch phần ứng để giảm tốc độ trong khoảng 50% giá trị danh nghĩa. Đặt điện trở trong mạch cuộn dây kích thích cho phép bạn tăng tốc độ lên tới 4 lần.
Việc sử dụng biến trở luôn đi kèm với tổn thất nhiệt đáng kể, vì vậy trong các mẫu động cơ hiện đại, chúng được thay thế bằng các mạch điện tử cho phép điều khiển tốc độ mà không tổn thất năng lượng đáng kể.
Hiệu suất của động cơ DC phụ thuộc vào công suất của nó. Các mô hình công suất thấp có hiệu suất thấp, hiệu suất khoảng 40%, trong khi động cơ 1000 kW có thể đạt hiệu suất lên tới 96%.

Ưu điểm và nhược điểm của DBT

Những ưu điểm chính của động cơ DC bao gồm:
- sự đơn giản của thiết kế;
- dê hoạt động;
- khả năng điều chỉnh tốc độ quay của trục;
- khởi động dễ dàng (đặc biệt đối với động cơ có kích thích tuần tự);
- khả năng sử dụng như máy phát điện;
- kích thước nhỏ gọn.
Sai sót:
- có “liên kết yếu” - chổi than chì bị mòn nhanh chóng, làm hạn chế tuổi thọ sử dụng của chúng;
- giá cao;
— khi kết nối với mạng, chúng yêu cầu bộ chỉnh lưu dòng điện.

Phạm vi ứng dụng

Động cơ DC được sử dụng rộng rãi trong giao thông vận tải. Chúng được lắp đặt trong xe điện, tàu điện, đầu máy điện, đầu máy hơi nước, tàu động cơ, xe ben, cần cẩu, v.v. Ngoài ra, chúng còn được sử dụng trong các công cụ, máy tính, đồ chơi và cơ chế chuyển động. Chúng thường có thể được tìm thấy trên các máy sản xuất, nơi cần điều chỉnh tốc độ của trục làm việc trong một phạm vi rộng.