Что такое двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением

Принцип и схема работы двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

Существует несколько возможных разновидностей построения эл моторов, работающих от источника постоянного напряжения. Принцип их действия одинаков, а отличия заключаются в особенностях подключения обмотки возбуждения (ОВ) и якоря (Я).

Свое название эл двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением получил потому, что его обмотка Я и ОВ соединяются друг с другом именно таким образом. Электродвигатель такой разновидности обеспечивает нужные режимы, превосходя изделия последовательного и смешанного типов тогда, когда требуется практически постоянная скорость его функционирования.

Построение двигателя и область его применения

Схема электродвигателя рассматриваемого типа изображена ниже.

• общий ток, потребляемый эл мотором от источника, составляет I = IЯ + IВ, где IЯ, IВ – токи через якорь, обмотку возбуждения, соответственно,
• одновременно IВ не зависит от IЯ, то есть не зависит от нагрузки.

Устройство применяется тогда, когда пуск не требует обеспечения высокого момента, то есть когда режимы эксплуатации приводных механизмов не предполагают создание больших стартовых нагрузок. Это типично для станков и вентиляторов.

Для практики ценны такие полезные тяговые параметры подобных эл механизмов как

• устойчивость работы при колебаниях нагрузки,
• высокая экономичность из-за того, что IЯ не протекает через ОВ.

Пуск при недостаточном моменте обеспечивается переходом на схему смешанного типа.

Поведение электромотора при изменении нагрузок

Механическая характеристика показывает устойчивость работы электромотора в широком диапазоне изменения нагрузок, описывая зависимость момента, создаваемого эл двигателем, от скорости функционирования вала.

Тяговые характеристики механизма рассматриваемого типа позволяют сохранить величину момента при значительных изменения количества оборотов. Обычно тяговые параметры агрегата должен обеспечивать уменьшение этого параметра не более чем на 5 %. Несложное исследование демонстрирует: тормозные параметры из-за обратимости процессов оказываются аналогичными. Эти положения распространяются также на случай применения смешанного возбуждения.

Говоря иными словами, для такого эл мотора характерна жесткая характеристика. Такой характер работы считается важным преимуществом агрегата рассматриваемого типа.

Разновидности подходов к регулированию частоты вращения

Принцип действия параллельного включения обмоток обеспечивает плавный пуск в сочетании с большим диапазоном изменения оборотов в процессе работы с помощью реостатов. Они же обеспечивают нормальный пуск двигателя ограничением тока.

Для агрегатов параллельного типа используются способы управления скоростью функционирования изменением:

• магнитного потока главных полюсов,
• сопротивления цепи якоря,
• подаваемого на него напряжения.

Объектом воздействия являются обмотка возбуждения, обмотка якоря, его рабочее напряжение.

Изменение магнитного потока осуществляется с помощью последовательного реостата RР. При увеличении его сопротивления ОВ пропускает меньший ток, что сопровождается уменьшением магнитного потока. Внешним проявлением такого действия становится наращивание оборотов Я на холостом ходу. Исследование показывает, что происходит увеличение угла наклона характеристики.

Второй принцип основан на включении в цепь питания якоря дополнительного последовательного регулировочного реостата. При увеличении его сопротивления скорость вращения Я уменьшается, тогда как его естественная механическая характеристика приобретает больший наклон. Из-за последовательного включения с основной обмоткой реостата дополнительного сопротивления, на котором рассеивается значительная мощность, происходит заметное падение экономичности.

Третий принцип сопровождается определенным усложнением схемных решений и требует применения отдельного регулируемого источника питания с сохранением возможности раздельного регулирования. В случае его применения в реальных условиях возможно только уменьшение частоты вращения вала.

Двигатель с независимым возбуждением

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения реализует третий подход к регулированию и интересен тем, что ОВ и М питаются от разных источников, схема его представлена ниже.

Обмотки простейшего электромотора параллельного независимого возбуждения

Для моторов в данном конструктивном исполнении Iв устанавливается неизменным, а меняется только напряжение, приложенное к М. Это сопровождается изменением числа оборотов на холостом ходу, но жесткость характеристики изменений не претерпевает.

Принцип работы такого агрегата за счет независимого функционирования двух источников оказывается более сложным. Однако, его применение дает такие важные для практики преимущества как

• плавное экономичное управление скоростью функционирования с большой глубиной,
• пуск мотора при пониженном напряжении без реостата.

В случае, если пуск происходит на нормальном напряжении, реостат ограничивает величину Iв.

Исследование показывает, что максимальное количество оборотов ограничено только сопротивлением М, а минимальное условиями отвода выделяемого тепла в процессе работы.

Характеристики в части энергопотребления и скорости срабатывания управляющей системы улучшаются в случае последовательного включения с М различных тиристорных регуляторов. Для установки числа оборотов вала и их стабилизации в процессе приведения в движение различных механизмов находят применение различные способы. Их общим характерным признаком является включение тиристорного регулятора в цепь частотной отрицательной обратной связи. Пуск такого агрегата требует реализации специальных процедур.

Заключение

Двигатель с параллельным возбуждением является очень гибким приводным механизмом и может использоваться в очень большом количестве областей там, где не требуются большие моменты при старте. Имеет несложные и надежные цепи регулирования скорости вращения, отличается простотой запуска.

Задача 4. Четырехполюсный двигатель постоянного тока параллельного возбуждения

работает от сети с напряжением U = 220 В и потребляет ток I_ном = 102 А. Число проводников в обмотке якоря N =600, число параллельных ветвей а =2, магнитный поток

Ф=1,4∙ 10 -2 Вб, сопротивление обмотки якоря r_я = 0,1 Ом, ток возбуждения I_в =2 А.

Определить э.д.с. обмотки якоря, номинальную скорость вращения, номинальный вращающий момент , к.п.д., сопротивление пускового реостата при пусковом токе I_п =3I_ном, пусковой ток при отсутствии пускового реостата.

Решение.Ток якоря двигателя

Э.д.с. обмотки якоря в номинальном режиме

Номинальная скорость вращения якоря

n_ном =об/мин

Номинальный вращающий момент

М_ном= С_мФI_я =

Номинальную мощность на валу двигателя можно определить из выражения М_ном=

откуда Р_ном =

Сопротивление пускового реостата при условии понижения пускового тока до трехкратного значения номинального тока находим из уравнения

I_я = откуда r_р =

Пусковой ток при отсутствии пускового реостата

I_яп =

Варианты для решения задач самостоятельную работу

Генераторы постоянного тока

Определить напряжение на зажимах генератора параллельного возбуждения при номинальном сопротивлении нагрузки r_н = 2 Ом, если известно, что э.д.с. Е =118 В, r_я = 0,05 Ом, сопротивление обмотки возбуждения r_в = 25 Ом.

Определить напряжение на зажимах генератора параллельного возбуждения, если известно, что сопротивление обмотки возбуждения r_в = 1,0 Ом, сопротивление регулировочного реостата r_р = 22 Ом, а ток возбуждения I_в = 5 А.

Найти ЭДС генератора параллельного возбуждения и ток в обмотке якоря, если напряжение на зажимах генератора U = 115 В, сопротивление цепи якоря r_я = 0,04 Ом, сопротивление обмотки возбуждения r_я=25,6 Ом, сопротивление в цепи нагрузки r_н=1.53 Ом

Определить сопротивление в цепи нагрузки, если при ЭДС генератора Е = 240 В и сопротивление цепи якоря r_я = 0,4 Ом ток якоря I_я = 6,25 А.

Найти ток якоря и обмотки возбуждения генератора параллельного возбуждения, если напряжение на зажимах генератора U = 230 В, сопротивление цепи r_я = 28,75 Ом, а ток нагрузки I_ном = 25 А.

Напряжение генератора параллельного возбуждения U = 115 B, номинальный ток I_ном = 100 А. Определить ток в цепи якоря и мощность на выходе, если сопротивление обмотки возбуждения r_я = 46 Ом.

Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением имеет следующие номинальные данные: U_ном = 115 В, I_ном = 100 А, R_Я = 0,05 Ом, R_B = 35,9 Ом. Определить ЭДС генератора в номинальном режиме, электрические потери в цепи якоря и обмотке возбуждения, электромагнитную мощность и падение напряжения в цепи якоря.

Определить сопротивление якоря, чтобы ЭДС генератора смешанного возбуждения составляла Е = 240 В при токе в цепи якоря I = 90 A и сопротивление нагрузки 2,0Ом.

Обмотка якоря двухполюсного генератора с параллельным возбуждением имеет число проводников N = 252, магнитный поток Ф = 2,3 · 10 -2 Вб. Частота вращения якоря n = 1450 об/мин. Число пар параллельных ветвей обмотки якоря α = 1. Определить напряжение на зажимах генератора, если R_Я = 0,2 Ом, ток нагрузки I = 30 А, а ток в обмотке возбуждения I_B = 2,0 А.

Определить напряжение на зажимах четырехполюсного генератора с параллельным возбуждением, если сопротивление обмотки якоря R_Я = 1 Ом, обмотки возбуждения R_B =100 Ом, отношение числа активных проводников к числу пар параллельных ветвей составляет 510, магнитный поток Ф = 1,85 · 10 -2 Вб, частота вращения n = 1450 об/мин.

Двигатели постоянного тока

Вариант 1. Двигатель параллельного возбуждения имеет номинальное напряжение

U = 110 В, номинальный ток I_ном =25 А, сопротивление цепи якоря r_я =0,2 Ом и сопротивление обмотки возбуждения r_в = 136 Ом. Определить ток I_в в обмотке возбуждения, ток I_я в якоре, потери в обмотке возбуждения, потери в цепи якоря, э.д.с., индуцируемую в обмотке якоря и электромагнитную мощность двигателя.

Двигатель параллельного возбуждения включен в сеть с напряжением U=220 В. Ток двигателя I= 12,2 А, сопротивление цепи возбуждения r_в= 100 Ом и сопротивление цепи якоря r_я= 1 Ом. Найти ток в цепи возбуждения, ток в цепи якоря, потери в цепи возбуждения, потери в цепи якоря и э.д.с., наводимую в обмотке якоря.

Двигатель параллельного возбуждения потребляет мощность Р₁ = 70 кВт при токе якоря I_я=360 А. К.п.д. двигателя η=90%. Определить сопротивление цепи якоря, полезную мощность на валу двигателя, сумму потерь в двигателе, если электрические потери в цепи якоря Р_эя= 2333 Вт.

Двигатель параллельного возбуждения работает от сети с напряжением U= 110 В. Ток в якоре двигателя при холостом ходе I_х = 4,0 А, сопротивление цепи якоря r_я=0,1 Ом, ток возбуждения I_в=1,0 А. Найти механические и магнитные потери, полезную мощность на валу двигателя при нагрузке и к.п.д., если двигатель нагружен так, что ток в якоре I_я = 25 А. Потери Р_м предполагаются постоянными.

Двигатель параллельного возбуждения имеет следующие паспортные данные: номинальная мощность Р_ном = 8,0 кВт, номинальное напряжение U_ном=220 В, номинальный ток возбуждения I_в= 1,0 А ,номинальный к.п.д. = 84,0%, сопротивление цепи якоря I_я = 0,1 Ом. Определить ток двигателя при холостом ходе.

Определить вращающий момент двигателя, если при частоте вращения n = 1000 об/мин, ток в обмотке якоря I_я=43 А, а э.д.с. Е=210 В.

Определить максимальный вращающий момент двигателя в процессе пуска, если момент холостого хода М_х = 5 Н∙ м, полезный момент М_п=85 Н∙м, а динамический момент М_дин при возрастании скорости вращения достиг 15 Н м.

Определить вращающий момент па валу двигателя, если при напряжении

U= 220 В потребляемый I_ном= 103 А, к.п.д.= 80%, а скорость вращения n =750 об/мин.

Найти в момент двигателя постоянного тока, если ток якоря I_я=62,8 А, магнитный поток Ф =0,05 Вб, число проводников якоря N = 120, число пар полюсов и пар параллельных ветвей равно 4.

Определить магнитный поток двигателя постоянного тока, если вращающий момент М=80 Н •м, ток якоря I_я =31,4 А, число проводников обмотки якоря N= 400, число пар полюсов и пар параллельных ветвей р = а = 2.

Задачи по электротехнике Курсовой расчет

Пример Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением (рисунок 20), имеющий сопротивление обмотки якоря Rя = 0,1 Ом и сопротивление обмотки возбуждения Rв = 60 Ом, нагружен внешним сопротивлением R= 4 Ом. Напряжение на зажимах машины U = 220 В.

Определить: 1) токи нагрузки I, в обмотке возбуждения Iв и в обмотке якоря Iя; 2) ЭДС генератора Е; 3) полезную мощность Р2, расходуемую на нагрузке.

Дано: U = 220 В, Rя = 0,1 Ом; Rв = 65 Ом; R = 4 Ом.

Определить: I, Iв, Iя, Е, Р2.

Решение 1 Ток во внешней цепи

I = U/R = 220/4 = 55A

Токи: в обмотке возбуждения Iв = U/Rв = 220/65 = 3,38 А;

в обмотке якоря Iя = I + Iв = 55 + 3,38 = 58,38 А.

3 ЭДС генератора

Е = U + IяRя = 220 + 58,38 ∙ 0,1 = 220 + 5,838 = 225,838 = 225,84 В.

4 Полезная мощность

Р2 = UI = 220 ∙ 55 = 12100 Вт = 12,1 кВт.

Пример 11 Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением подключен к сети с напряжением U = 220 В (рисунок 21). Полезная мощность на валу Р2 = 10кВт, частота вращения якоря n = 2400 об/мин, КПД двигателя η = 80%.

Определить 1) вращающий момент М, который развивает двигатель; 2)поведенную мощность Р1; 3) ток I, потребляемый двигателем из сети; 4) суммарные потери мощности в двигателе ΣР.

Дано: U=220 В, Р2 = 10кВт, η = 80%, n= 2400 об/мин.

Определить: I, M, P1, ΣP.

Решение 1 Определим момент вращения, который развивает двигатель при данной мощности на валу и частоте вращения:

М = 9550 Р2/n = 9550 ∙ 10/2400 = 39,79 H ∙ м.

2 Найдем потребляемую мощность двигателя из сети

η = Р2/Р1→Р1 = Р2/η = 10/0,8 = 12,5 кВт

3 Из формулы потребляемой мощности вычислим ток I, потребляемый двигателем из сети:

Р1 = UI→I = P1/U = 10000/220 = 45,45 A.

4 Определим суммарную мощность потерь, зная значения Р1 и Р2;

ΣР = Р1 — Р2 = 12,5 — 10 = 2,5 кВт.

Пример 12 Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением (рисунок 25) работает в номинальном режиме, потребляет ток из сети Iном = 102 А при напряжении Uном = 220 В. Сопротивление обмотки возбуждения Rв = 32 Ом. ПротивоЭДС, которая индуцируется в обмотке якоря, Е = 214,9 В.

Определить: 1) ток в обмотке якоря Iя; 2) сопротивление обмотки якоря Rя.

Дано: Uном= 220 В, Iном = 102 А, Rв = 32Ом, Е = 214,9 В.

Определить: Iя, Rя.

Решение 1 Ток в обмотке якоря Iя можно определить по двум формулам:

откуда Iя = Iном — Iв или

Вторая формула для решения не подходит, так как не известно Rя.

Чтобы воспользоваться первой формулой, нужно предварительно определить ток в обмотке возбуждения Iв.

2 Зная значение Rв, вычислим ток в обмотке возбуждения:

Iв = U/Rв = 220/32=6,87 А,

Iя = Iном — Iв = 102 — 6,87 = 95,13 А.

3 По второй формуле для Iя определим сопротивление обмотки якоря Iя = (U — E)/Rя,

Rя = (U — E)/Iя =(220 — 214,19)/95,13 = 0,05 Ом.

Для закрепления знаний методики решения задач рекомендуется решить задачи.

Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением имеет следующие данные: сопротивление обмотки якоря Rя = 0,2 Ом; сопротивление обмотки возбуждения Rв = 40 Ом; КПД генератора η =0,95; ток возбуждения Iв = 5А, ток в нагрузке I= 95 А.

Определить: 1) электродвижущую силу генератора Е; 2) напряжение на зажимах генератора U; 3) ток в обмотке якоря Iя; 4) полезную мощность генератора Р2; 5) мощность первичного двигателя Р1, затрачиваемую на работу генератора.

Ответ: Е = 220 В; Iя = 100 А; Р2 = 19000 Вт, Р1 = 20000 Вт; U = 220 В.

Задача 8 Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением имеет следующие данные: 1) напряжение сети, питающей двигатель, U= 300 В; 2) ток в обмотке якоря Iя = 100 А; 3) сопротивление обмотки якоря Rя = 0,1 Ом, обмотки возбуждения Rв = 50 ; 4) коэффициент полезного действия двигателя η = 0,9.

Определить: 1) противоЭДС Е, наводимую в обмотку якоря при работе двигателя; 2) токи: нагрузки I и в обмотке возбуждения Iв; 3) мощности: полезную на валу двигателя Р2 и потребляемую из сети Р1.

Ответ: Е= 290 В; Iв = 6А; I = 6 А; I = 106 А; Р1 = 31800 Вт; Р2 = 28620 Вт.

Содержание задач относится к теме «Выпрямители и включает: 1) составление схемы одно- и двухполупериодного выпрямителей на полупроводниковых вентилях; 2) подбор диодов для таких схем по заданным электрическим параметрам тока, напряжения, мощности. При изучении программного материала темы обратите особое внимание на устройство и работу полупроводниковых, а также на схемы выпрямителей на полупроводниковых вентилях. Рекомендуется также ознакомится с приводимым описанием.

Пример Для питания постоянным током потребителя мощностью Pd = Вт при напряжении Ud = 100 B необходимо собрать схему однополупериодного выпрямления, подобрав диоды, технические данные которых приведены в таблице 2.

Определить активную мощность, потребляемую всеми приемниками в симметричном и несимметричном режимах работы.

Исследование параметров и характеристик двигателя постоянного тока с независимым возбуждением

Главная > Курсовая работа >Физика

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Московский государственный технический университет

радиотехники, электроники и автоматики»

Кафедра проблем управления

к курсовому проекту по дисциплине

«Исследование параметров и характеристик двигателя постоянного тока с независимым возбуждением»

Студент группы КС-52-08 Липанов С. И.

Доцент кафедры Проблемы Управления

Москва, МИРЭА 2011 г.

Построение статических характеристик двигателя постоянного тока

Цель работы: исследование статических режимов в двигателе постоянного тока с электромагнитным возбуждением.

Серийно выпускаемый двигатель постоянного тока с независимым возбуждением типа 2ПН100МГУХЛ4.

2П – название серии, машина постоянного тока.

Н — защищенное с самовентиляцией.

100 мм – высота оси вращения, двухполюсный.

М – условное обозначение средней длины сердечника якоря, М – средняя.

Справочные данные на двигатель [1] приведены в табл. 1 и 2.

Таблица 1. Технические данные исследуемого двигателя.

жение питания на обм. якоря

Сопротивление обмотки при 15 0 С

Таблица 2. Основные размеры двигателя.

Исследование проводится виртуально в программной среде Multisim 11, по методике, разработанной на кафедре электротехники, электроники и автоматики ФГБОУ ВПО МГТУ “СТАНКИН”. Основные положения методики приведены в [2].

1. Исследование механических характеристик двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

1.1 Схема виртуального эксперимента.

Рис. 1. Схема виртуального эксперимента для построения идеальных механических характеристик ДПТ с независимым возбуждением.

1.2. Методика расчета параметров модели двигателя.

— Полное активное сопротивление цепи якоря при наличии добавочных полюсов.

Если машина выполнена без добавочных полюсов, то .

— Номинальная частота вращения вала (угловая скорость в номинальном режиме)

— Номинальный момент на валу

— Мощность, потребляемая двигателем из сети в номинальном режиме

Значение η ном берется в долевых единицах.

— Мощность, потребляемая обмоткой возбуждения в номинальном режиме

Значение напряжения на обмотке возбуждения в номинальном режиме задается преподавателем . Двигатели серии 2П изготавливаются с независимым возбуждением. Напряжение возбуждения 110 или 220 В независимо от номинального напряжения на обмотке якоря.

Мощность, потребляемая обмоткой якоря в номинальном режиме

— Статическое значение тока якоря в номинальном режиме

— Статическое значение ЭДС обмотки якоря в номинальном режиме

— Постоянный коэффициент ЭДС двигателя при неизменном потоке полюса

— Постоянный коэффициент электромагнитного момента двигателя при неизменном потоке полюса

— Электромагнитный момент двигателя в номинальном режиме

— Собственный статический момент сопротивления (момент трения двигателя) в номинальном режиме

— Коэффициент вязкого скоростного трения двигателя при допущении линейности момента трения во всем скоростном диапазоне работы ДТП

— Значение пускового тока якоря при прямом пуске двигателя

— Пусковой электромагнитный момент двигателя при прямом пуске

— Индуктивность обмотки возбуждения можно принять приближенно равной индуктивности обмотки якоря

— Электромагнитная постоянная времени двигателя

— Электромеханическая постоянная времени двигателя

1.3. Результаты расчета параметров.

Таблица 3. Параметры модели исследуемого двигателя.