วงจรไฟฟ้ากระแสตรงและลักษณะเฉพาะ

คุณสมบัติ มอเตอร์กระแสตรง ส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยวิธีการเปิดขดลวดกระตุ้น ขึ้นอยู่กับสิ่งนี้ มอเตอร์ไฟฟ้า มีความโดดเด่น:

1. ตื่นเต้นอย่างอิสระ: ขดลวดกระตุ้นนั้นใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายไฟ DC ภายนอก (ตัวกระตุ้นหรือวงจรเรียงกระแส)

2. การกระตุ้นแบบขนาน: ขดลวดสนามเชื่อมต่อแบบขนานกับขดลวดกระดอง

3. การกระตุ้นแบบอนุกรม: ขดลวดกระตุ้นเชื่อมต่อเป็นอนุกรมกับขดลวดกระดอง

4. ด้วยแรงกระตุ้นแบบผสม: มีขดลวดสนามสองอันโดยอันหนึ่งเชื่อมต่อขนานกับขดลวดกระดองและอีกอันหนึ่งต่ออนุกรมกัน

มอเตอร์ไฟฟ้าทั้งหมดเหล่านี้มีอุปกรณ์เดียวกันและแตกต่างกันในโครงสร้างของขดลวดกระตุ้นเท่านั้น ขดลวดกระตุ้นของมอเตอร์ไฟฟ้าเหล่านี้ดำเนินการในลักษณะเดียวกับใน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เกี่ยวข้อง.

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงตื่นเต้นอย่างอิสระ

ในมอเตอร์ไฟฟ้านี้ (รูปที่1, a) ขดลวดกระดองเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายกระแสตรงหลัก (เครือข่ายกระแสตรง, เครื่องกำเนิดหรือวงจรเรียงกระแส) ด้วยแรงดันไฟฟ้า U และขดลวดกระตุ้นเชื่อมต่อกับแหล่งเสริมด้วยแรงดันไฟฟ้า UB Rp รีโอสแตตควบคุมรวมอยู่ในวงจรของขดลวดกระตุ้น และรีโอสแตตเริ่มต้น Rn จะรวมอยู่ในวงจรของขดลวดกระดอง

รีโอสแตตควบคุมใช้เพื่อควบคุมความเร็วกระดองของมอเตอร์ และรีโอสแตตสตาร์ทใช้เพื่อจำกัดกระแสในขดลวดกระดองเมื่อสตาร์ท คุณลักษณะเฉพาะของมอเตอร์ไฟฟ้าคือกระแสกระตุ้น Iv ไม่ได้ขึ้นอยู่กับกระแส Ii ในขดลวดกระดอง (กระแสโหลด) ดังนั้น เมื่อเพิกเฉยต่อผลกระทบของการล้างอำนาจแม่เหล็กของปฏิกิริยากระดอง เราสามารถประมาณได้ว่าฟลักซ์ของมอเตอร์ F นั้นไม่ขึ้นกับโหลด การพึ่งพาอาศัยกันของโมเมนต์แม่เหล็กไฟฟ้า M และความเร็ว n ของกระแส I จะเป็นเชิงเส้น (รูปที่ 2, a) ดังนั้นลักษณะทางกลของเครื่องยนต์จะเป็นเชิงเส้นเช่นกัน - การพึ่งพา n (M) (รูปที่ 2, b)

ในกรณีที่ไม่มีรีโอสแตทที่มีความต้านทาน Rn ในวงจรกระดอง ความเร็วและลักษณะทางกลจะเข้มงวด นั่นคือ มีมุมเอียงเล็กน้อยกับแกนนอน เนื่องจากแรงดันตก IяΣRя ในขดลวดของเครื่องรวมอยู่ใน วงจรกระดองที่โหลดพิกัดเพียง 3-5% ของ Unom ลักษณะเหล่านี้ (เส้นตรง 1 ในรูปที่ 2, a และ b) เรียกว่าเป็นธรรมชาติ เมื่อรวมรีโอสแตตที่มีความต้านทาน Rn ไว้ในวงจรกระดอง มุมเอียงของลักษณะเหล่านี้จะเพิ่มขึ้น อันเป็นผลให้สามารถรับตระกูลของลักษณะรีโอสแตต 2, 3 และ 4 ซึ่งสอดคล้องกับค่าต่างๆ ของ Rn1 , Rn2 และ Rn3 .

ข้าว. 1.แผนผังไดอะแกรมของมอเตอร์กระแสตรงที่มีการกระตุ้นแบบอิสระ (a) และแบบขนาน (b)

ข้าว. 2. ลักษณะของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงที่มีการกระตุ้นแบบอิสระและแบบขนาน: a - ความเร็วและแรงบิด, b - ทางกล, c - การทำงาน ยิ่งความต้านทาน Rn มากเท่าใดมุมเอียงของลักษณะของรีโอสแตทก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น นั่นคือ นุ่มกว่า

Rpv รีโอสแตตควบคุมช่วยให้คุณเปลี่ยนกระแสกระตุ้นมอเตอร์ Iv และฟลักซ์แม่เหล็ก F ในกรณีนี้ความถี่การหมุน n ก็จะเปลี่ยนไปเช่นกัน

ไม่มีการติดตั้งสวิตช์และฟิวส์ในวงจรของขดลวดกระตุ้นเนื่องจากเมื่อวงจรนี้ถูกขัดจังหวะฟลักซ์แม่เหล็กของมอเตอร์ไฟฟ้าจะลดลงอย่างรวดเร็ว (เฉพาะฟลักซ์ของแม่เหล็กที่เหลืออยู่เท่านั้นที่ยังคงอยู่) และโหมดฉุกเฉินจะเกิดขึ้น หากไฟฟ้า มอเตอร์ทำงานที่ความเร็วรอบเดินเบาหรือโหลดเบาบนเพลา จากนั้นความเร็วจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว (มอเตอร์จะเคลื่อนที่) ในกรณีนี้ กระแสในกระดองที่คดเคี้ยว Iya จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก และอาจเกิดไฟลุกลามได้ เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ การป้องกันจะต้องถอดมอเตอร์ไฟฟ้าออกจากแหล่งพลังงาน

ความเร็วในการหมุนที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อวงจรของขดลวดกระตุ้นถูกขัดจังหวะนั้นอธิบายได้จากความจริงที่ว่าในกรณีนี้ฟลักซ์แม่เหล็กФ (ขึ้นอยู่กับค่าของฟลักซ์ฟลักซ์จากแม่เหล็กตกค้าง) และ e เป็นต้น v. E และ Iya ปัจจุบันเพิ่มขึ้น และเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ U ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ความถี่ในการหมุน n จะเพิ่มขึ้นเป็น e เป็นต้น c. E จะไม่ถึงค่าโดยประมาณเท่ากับ U (ซึ่งจำเป็นสำหรับสภาวะสมดุลของวงจรกระดอง โดยที่ E = U — IяΣRя

เมื่อภาระของเพลาใกล้เคียงกับค่าที่กำหนด มอเตอร์ไฟฟ้าจะหยุดทำงานในกรณีที่วงจรกระตุ้นขาด เนื่องจากโมเมนต์แม่เหล็กไฟฟ้าที่มอเตอร์สามารถพัฒนาได้โดยมีฟลักซ์แม่เหล็กลดลงอย่างมากจะลดลงและกลายเป็นน้อยกว่าแรงบิด ของการรับน้ำหนักของเพลา ในกรณีนี้ Iya ในปัจจุบันก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและเครื่องจะต้องถูกตัดการเชื่อมต่อจากแหล่งพลังงาน

ควรสังเกตว่าความเร็วในการหมุน n0 สอดคล้องกับความเร็วรอบเดินเบาในอุดมคติเมื่อมอเตอร์ไม่ใช้พลังงานไฟฟ้าจากเครือข่ายและโมเมนต์แม่เหล็กไฟฟ้าเป็นศูนย์ ในสภาพจริง ในโหมดเดินเบา เครื่องยนต์จะใช้ I0 ปัจจุบันที่ไม่ได้ใช้งานจากเครือข่าย ซึ่งจำเป็นเพื่อชดเชยการสูญเสียพลังงานภายใน และพัฒนาแรงบิด M0 จำนวนหนึ่ง ซึ่งจำเป็นต่อการเอาชนะแรงเสียดทานในเครื่อง ดังนั้นในความเป็นจริงความเร็วรอบเดินเบาจึงน้อยกว่า n0

การพึ่งพาความเร็วในการหมุน n และโมเมนต์แม่เหล็กไฟฟ้า M บนกำลัง P2 (รูปที่ 2, c) จากเพลามอเตอร์ตามความสัมพันธ์ที่พิจารณาจะเป็นเส้นตรง การพึ่งพาของกระดองที่คดเคี้ยวในปัจจุบัน Iya และกำลัง P1 บน P2 ก็เป็นเส้นตรงเช่นกัน กระแส I และกำลัง P1 ที่ P2 = 0 แสดงถึง I0 กระแสที่ไม่ได้ใช้งานและกำลัง P0 ที่ใช้เมื่อไม่ได้ใช้งาน เส้นโค้งประสิทธิภาพเป็นลักษณะเฉพาะของเครื่องจักรไฟฟ้าทั้งหมด

การกระตุ้นแบบขนานของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง

ในมอเตอร์ไฟฟ้านี้ (ดูรูปที่ 1, b) ขดลวดกระตุ้นและกระดองจะถูกป้อนจากแหล่งพลังงานไฟฟ้าเดียวกันกับแรงดันไฟฟ้า U รีโอสแตตควบคุม Rpv จะรวมอยู่ในวงจรของขดลวดกระตุ้นและรีโอสแตตเริ่มต้น Rp รวมอยู่ในวงจรขดลวดบนสมอ

ในมอเตอร์ไฟฟ้าที่อยู่ระหว่างการพิจารณานั้น มีแหล่งจ่ายแยกต่างหากของวงจรขดลวดกระดองและขดลวดกระตุ้น ซึ่งเป็นผลมาจากการที่กระแสกระตุ้น Iv ไม่ได้ขึ้นอยู่กับกระแสขดลวดกระดอง Iv ดังนั้นมอเตอร์กระตุ้นแบบขนานจะมีลักษณะเหมือนกับมอเตอร์กระตุ้นแบบอิสระ อย่างไรก็ตาม มอเตอร์กระตุ้นแบบขนานจะทำงานตามปกติเมื่อได้รับพลังงานจากแหล่งจ่ายไฟ DC แรงดันคงที่เท่านั้น

เมื่อมอเตอร์ไฟฟ้าขับเคลื่อนโดยแหล่งที่มีแรงดันไฟฟ้าต่างกัน (เครื่องกำเนิดหรือวงจรเรียงกระแสควบคุม) การลดลงของแรงดันไฟฟ้า U ทำให้กระแสกระตุ้น Ic และฟลักซ์แม่เหล็กลดลงสอดคล้องกันซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขึ้นในกระดอง Iya ที่คดเคี้ยวในปัจจุบัน สิ่งนี้จำกัดความเป็นไปได้ในการปรับความเร็วกระดองโดยการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่าย U ดังนั้น มอเตอร์ไฟฟ้าที่ออกแบบให้ขับเคลื่อนโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือวงจรเรียงกระแสที่ควบคุมจะต้องมีการกระตุ้นที่เป็นอิสระ

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบกระตุ้น

เพื่อ จำกัด กระแสเริ่มต้นรีโอสแตทเริ่มต้น Rp (รูปที่ 3, a) จะรวมอยู่ในวงจรของขดลวดกระดอง (รูปที่ 3, a) และเพื่อควบคุมความเร็วของการหมุนขนานกับขดลวดกระตุ้นโดยการปรับรีโอสแตท สามารถรวม Rpv ได้

ข้าว. 3. แผนผังของมอเตอร์กระแสตรงที่มีการกระตุ้นแบบอนุกรม (a) และการพึ่งพาฟลักซ์แม่เหล็กФกับกระแส I ในขดลวดกระดอง (b)

ข้าว. 4. ลักษณะของมอเตอร์กระแสตรงที่มีการกระตุ้นตามลำดับ: a - ความเร็วและแรงบิดสูง, b - ทางกล, c - คนงาน

คุณลักษณะเฉพาะของมอเตอร์ไฟฟ้านี้คือกระแสกระตุ้น Iv มีค่าเท่ากันหรือเป็นสัดส่วน (เมื่อรีโอสแตท Rpv เปิดอยู่) กับกระแสของขดลวดกระดอง Iya ดังนั้นฟลักซ์แม่เหล็ก F จึงขึ้นอยู่กับโหลดของมอเตอร์ (รูปที่ 3, ข) .

เมื่อกระแสขดลวดกระดอง Iya น้อยกว่า (0.8-0.9) ของ Inom ปัจจุบันที่กำหนด ระบบแม่เหล็กของเครื่องจะไม่อิ่มตัวและสามารถสันนิษฐานได้ว่าฟลักซ์แม่เหล็ก Ф เปลี่ยนแปลงในสัดส่วนโดยตรงกับ Iia ปัจจุบัน ดังนั้นลักษณะความเร็วของมอเตอร์ไฟฟ้าจะเบาลง - เมื่อกระแส I เพิ่มขึ้น ความเร็วในการหมุน n จะลดลงอย่างรวดเร็ว (รูปที่ 4, a) ความเร็วในการหมุนที่ลดลง n เกิดจากการเพิ่มขึ้นของแรงดันตก IjaΣRja ในความต้านทานภายใน Rα วงจรขดลวดกระดองเช่นเดียวกับการเพิ่มขึ้นของฟลักซ์แม่เหล็ก F.

โมเมนต์แม่เหล็กไฟฟ้า M ที่มีการเพิ่มขึ้นของ Ija ปัจจุบันจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเนื่องจากในกรณีนี้ฟลักซ์แม่เหล็ก Ф ก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน นั่นคือโมเมนต์ M จะเป็นสัดส่วนกับ Ija ปัจจุบัน ดังนั้น เมื่อ Iya ปัจจุบันมีค่าน้อยกว่า (0.8 N-0.9) Inom ลักษณะความเร็วจะมีรูปร่างเป็นไฮเพอร์โบลา และลักษณะเฉพาะของโมเมนต์จะมีรูปร่างเป็นพาราโบลา

ที่กระแส Ia> Ia การขึ้นต่อกันของ M และ n บน Ia เป็นแบบเส้นตรง เนื่องจากในโหมดนี้วงจรแม่เหล็กจะอิ่มตัวและฟลักซ์แม่เหล็ก Ф จะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อกระแส Ia เปลี่ยนไป

คุณลักษณะเชิงกล นั่นคือ การพึ่งพาอาศัยกันของ n บน M (รูปที่ 4, b) สามารถสร้างขึ้นได้จากการพึ่งพาอาศัยกันของ n และ M บน Iya นอกจากคุณสมบัติตามธรรมชาติ 1 แล้ว ยังเป็นไปได้ที่จะได้รับตระกูลของคุณสมบัติรีโอสแตต 2, 3 และ 4 โดยรวมรีโอสแตตที่มีความต้านทาน Rp ในวงจรขดลวดกระดองคุณลักษณะเหล่านี้สอดคล้องกับค่าต่างๆ ของ Rn1, Rn2 และ Rn3 ในขณะที่ค่า Rn ยิ่งสูง คุณลักษณะยิ่งต่ำ

ลักษณะทางกลของเครื่องยนต์ที่พิจารณานั้นนุ่มนวลและเกินความจริง ที่โหลดต่ำ ฟลักซ์แม่เหล็ก Ф จะลดลงอย่างมาก ความเร็วในการหมุน n จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และอาจเกินค่าสูงสุดที่อนุญาต (มอเตอร์ทำงานผิดปกติ) ดังนั้น จึงไม่สามารถใช้เครื่องยนต์ดังกล่าวเพื่อขับเคลื่อนกลไกที่ทำงานในโหมดเดินเบาและภายใต้ภาระต่ำ (เครื่องจักรต่างๆ สายพานลำเลียง ฯลฯ)

โดยปกติแล้ว โหลดขั้นต่ำที่อนุญาตสำหรับมอเตอร์กำลังสูงและปานกลางคือ (0.2… 0.25) Inom เพื่อป้องกันไม่ให้มอเตอร์ทำงานโดยไม่มีโหลด จึงเชื่อมต่ออย่างแน่นหนากับกลไกขับเคลื่อน (ข้อต่อแบบฟันหรือข้อต่อแบบบอด) การใช้สายพานหรือคลัตช์แรงเสียดทานเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้

แม้จะมีข้อเสียนี้ มอเตอร์ที่มีการกระตุ้นแบบต่อเนื่องถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีแรงบิดในการโหลดและสภาวะการสตาร์ทที่รุนแรงแตกต่างกันมาก: ในระบบขับเคลื่อนแบบฉุดลากทั้งหมด (หัวรถจักรไฟฟ้า หัวรถจักรดีเซล รถไฟฟ้า รถยนต์ไฟฟ้า รถยกไฟฟ้า ฯลฯ ) เช่นเดียวกับการขับเคลื่อนกลไกการยก (เครน ลิฟต์ ฯลฯ)

สิ่งนี้อธิบายได้จากความจริงที่ว่าด้วยคุณสมบัติที่นุ่มนวล การเพิ่มแรงบิดของโหลดทำให้กระแสไฟและการใช้พลังงานเพิ่มขึ้นต่ำกว่าในมอเตอร์แบบอิสระและแบบขนาน เนื่องจากมอเตอร์แบบตื่นเต้นแบบอนุกรมสามารถทนต่อการโอเวอร์โหลดได้ดีกว่านอกจากนี้ มอเตอร์เหล่านี้ยังมีแรงบิดเริ่มต้นที่สูงกว่ามอเตอร์แบบขนานและกระตุ้นอิสระ เนื่องจากเมื่อกระแสขดลวดกระดองเพิ่มขึ้นระหว่างการสตาร์ท ฟลักซ์แม่เหล็กก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย

ตัวอย่างเช่น หากเราถือว่ากระแสไหลเข้าในระยะสั้นสามารถเป็น 2 เท่าของกระแสการทำงานที่กำหนดของเครื่อง และละเลยผลกระทบของความอิ่มตัว ปฏิกิริยากระดอง และแรงดันตกในขดลวด จากนั้นในมอเตอร์ที่ตื่นเต้นแบบอนุกรม แรงบิดเริ่มต้นจะสูงกว่าค่าเล็กน้อย 4 เท่า (ทั้งในปัจจุบันและในฟลักซ์แม่เหล็กจะเพิ่มขึ้น 2 เท่า) และในมอเตอร์ที่มีการกระตุ้นแบบอิสระและแบบขนาน - เพิ่มขึ้นเพียง 2 เท่า

ในความเป็นจริง เนื่องจากความอิ่มตัวของวงจรแม่เหล็ก ฟลักซ์แม่เหล็กจะไม่เพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของกระแส แต่อย่างไรก็ตาม แรงบิดเริ่มต้นของมอเตอร์ที่ตื่นเต้นแบบอนุกรม สิ่งอื่นๆ ที่เท่ากัน จะมากกว่าแรงบิดเริ่มต้นมาก ของมอเตอร์ตัวเดียวกันที่มีการกระตุ้นแบบอิสระหรือแบบขนาน

การพึ่งพาอาศัยกันของ n และ M บนกำลัง P2 ของเพลามอเตอร์ (รูปที่ 4, c) ตามตำแหน่งที่กล่าวถึงข้างต้น ไม่เป็นเชิงเส้น การพึ่งพาอาศัยกันของ P1, Ith และ η บน P2 มีรูปแบบเดียวกับ สำหรับมอเตอร์ที่มีการปลุกเร้าแบบขนาน

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบกระตุ้นผสม

ในมอเตอร์ไฟฟ้านี้ (รูปที่ 5, a) ฟลักซ์แม่เหล็กФถูกสร้างขึ้นจากการกระทำร่วมกันของขดลวดกระตุ้นสองตัว - แบบขนาน (หรืออิสระ) และอนุกรมซึ่งกระแสกระตุ้น Iв1 และ Iв2 = Iя

นั่นเป็นเหตุผล

ที่ไหน Fposl - ฟลักซ์แม่เหล็กของขดลวดอนุกรมขึ้นอยู่กับกระแส Ia, Fpar - ฟลักซ์แม่เหล็กของขดลวดขนานซึ่งไม่ขึ้นอยู่กับโหลด (ถูกกำหนดโดยกระแสกระตุ้น Ic1)

ลักษณะทางกลของมอเตอร์ไฟฟ้าที่มีการกระตุ้นแบบผสม (รูปที่ 5, b) อยู่ระหว่างลักษณะของมอเตอร์ที่มีการกระตุ้นแบบขนาน (เส้นตรง 1) และแบบอนุกรม (เส้นโค้ง 2) ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของแรงแม่เหล็กของขดลวดแบบขนานและแบบอนุกรมในโหมดพิกัด ลักษณะของมอเตอร์กระตุ้นแบบผสมสามารถประมาณได้กับลักษณะ 1 (เส้นโค้ง 3 ที่ ppm ต่ำของขดลวดแบบอนุกรม) หรือเป็นลักษณะ 2 (เส้นโค้ง 4 ที่ ppm. ต่ำ v. การม้วนขนาน).

ข้าว. 5. แผนผังของมอเตอร์ไฟฟ้าที่มีการกระตุ้นแบบผสม (a) และลักษณะทางกล (b)

ข้อได้เปรียบของมอเตอร์กระแสตรงที่มีการกระตุ้นแบบผสมคือมีลักษณะเชิงกลที่นุ่มนวลสามารถทำงานโดยไม่ได้ใช้งานเมื่อ Fposl = 0 ในโหมดนี้ ความถี่ของการหมุนของกระดองจะถูกกำหนดโดยฟลักซ์แม่เหล็ก Fpar และมีค่าจำกัด ค่า (เครื่องยนต์ไม่ทำงาน)