§ 8.3. Двигуни послідовного й змішаного збудження
Пуск у хід двигуна.
На рис. 8.10 представлена принципова схема включення двигуна постійного струму послідовного збудження, де Rп — пусковий реостат. Як і у двигунах паралельного збудження, цей реостат тут включається також для обмеження пускового струму двигуна, коли при нерухомому якорі в момент пуску його е.р.с. Е = 0, а опір ланцюга якоря (r2+rс) порівняно невеликий. Тільки в малих двигунах послідовного збудження потужністю до декількох десятків або сотень ват можна застосовувати безреостатний пуск у хід. Процес пуску в часі в розглянутому двигуні протікає так само, як і у двигунах паралельного збудження, а саме: пусковий струм - двигуна спочатку зростає і потім зменшується до величини І2 = (U - Е)/(r2+rс), а швидкість обертання - у цей період поступово досягає сталого значення (див. рис. 8.3).
Обертаючий момент двигуна. Повний електромагнітний обертаючий момент двигуна послідовного збудження визначається також по рівнянню (8.4). Однак у цьому двигуні струм якоря І2 є струмом збудження, що створює корисне магнітне поле Фδ в повітряному проміжку. Отже, обертаючий момент двигуна залежить тільки від струму навантаження. Графічно цю залежність можна визначити за допомогою кривої намагнічування двигуна Фδ = f(І2) (рис. 8.11, крива 1). Повний обертаючий момент цього двигуна, по рівнянню (8.4),
т. е. пропорційний площі прямокутника ОAba (див. рис. 8.11). Відкладаючи в якому-небудь масштабі відрізок Ас = М = OAba і повторюючи цю операцію для різних значень струму І2, можна одержати криву 2 повного обертаючого моменту двигуна. Якщо відняти з повного моменту М момент холостого ходу Мо, то одержимо криву3 корисного моменту на валу двигуна М2 = М — Мо (див. рис. 8.11).
При невеликих струмах якоря І2, коли насиченість магнітної системи двигуна практично відсутній, можна приблизно покласти поле Фδ = kФI2, а отже, повний момент М ≡ І22 і крива 2 цього моменту спочатку наближається до параболи (див. рис. 8.11). При великих значеннях струму І2, коли магнітна система двигуна стає усе більше насиченою, пропорційність між полем Фδ і струмом І2 порушується й обертаючий момент двигуна зростає повільніше. На рис. 8.11 для порівняння зображена крива 4 повного моменту двигуна паралельного збудження в припущенні, що моменти обох двигунів рівні при номінальному струмі якоря І2 = ОС. Криві 2 і 4 (див. рис. 8.11) показують, що за інших рівних умов пусковий момент Bd двигуна послідовного збудження при струмі І2П = OB більший за пусковий момент Вс двигуна паралельного збудження.
Швидкісна характеристика двигуна. Швидкісна характеристика двигуна послідовного збудження являє собою графічно зображену залежність швидкості обертання від струму якоря при постійній напрузі на затискачах двигуна U = const:
Вираз для швидкості обертання (об/хв) цього двигуна можна написати відповідно до рівняння (8.12) у наступному вигляді:
де r2 — опір обмотки якоря і перехідних контактів щіток і колектора, Ом; rc — опір послідовної обмотки збудження, Ом.
Якщо скористатися залежністю магнітного поля в повітряному проміжку двигуна послідовного збудження у вигляді Фδ = kфI2, то на підставі рівнянь (8.4) і (8.14) можна написати наступне рівняння механічної характеристики п = f(M) цього двигуна:
при цьому коефіцієнт kФ із зростанням насичення магнітної системи двигуна при помітному збільшенні струму якоря І2 трохи зменшується.
Як показують рівняння (8.14) і (8.15), швидкість обертання двигуна зі збільшенням навантаження зменшується внаслідок падіння напруги І2(r2+rс) у ланцюзі якоря і зростання магнітного поля Фδ або моменту М. Якщо для спрощення знехтувати цим падінням напруги і вважати магнітну систему двигуна ненасиченою, використавши залежність Фδ = kФ І2, то швидкість обертання якоря буде
Тоді nI2 = U / (cE kФ) ≈ const (8.16)
або n √M = √cM ∙ U / (cE √kф) ≈ const (8.17)
Залежність (8.16) являє собою рівняння рівнобічної гіперболи, віднесеної до осей координат як до асимптот (рис. 8.12, крива 1). У дійсності магнітне поле полюсів при насиченні магнітної системи зростає не пропорційно струму, а повільніше. Внаслідок цього швидкість обертання двигуна зі збільшенням струму зменшується також повільніше (крива 2).
При струмі якоря І2 = 0 швидкість обертання двигуна послідовного збудження теоретично, відповідно до рівняння (8.16), повинна би бути рівною нескінченності. Однак практично струм І2 через механічні й магнітні втрати в якорі не може бути рівним нулю навіть при холостому ході двигуна, а отже, і швидкість обертання його не може бути нескінченно великою. Але ця швидкість все-таки значно перевершує припустиму конструкцією якоря величину. Тому не слід включати двигун послідовного збудження на повну напругу мережі без механічного навантаження на його валу.
Що стосується способів регулювання швидкості обертання двигунів постійного струму послідовного збудження, то, відповідно до рівняння (8.14), вони не відрізняються від розглянутих для двигунів паралельного збудження. При регулюванні швидкості обертання двигуна убік її зниження можна включити регульований опір послідовно в ланцюг якоря, а при регулюванні швидкості убік підвищення – шунтувати обмотку збудження регульованим опором для зменшення потоку полюсів за рахунок відгалуження струму цієї обмотки в зазначений опір.
Двигуни змішаного збудження. На рис 8.13 представлена принципова схема включення двигуна постійного струму змішаного збудження. При невеликих потужностях цих двигунів послідовна обмотка збудження в них відіграє допоміжну роль. Головною в цих двигунах є обмотка паралельного збудження, а послідовна обмотка включається згідно з нею й служить для збільшення пускового моменту двигуна. Швидкісна й механічна характеристики двигуна змішаного збудження при однаковому масштабі займають графічно проміжне положення між аналогічними характеристиками двигунів паралельного й послідовного збудження.
