直流電気回路とその特徴

プロパティ DCモーター は主に励磁コイルをオンにする方法によって決まります。これに応じて、電気モーターは次のように区別されます。

1. 独立励磁: 励磁コイルは外部 DC 電源 (励磁器または整流器) によって電力を供給されます。

2. 並列励磁: 界磁巻線は電機子巻線と並列に接続されます。

3. 直列励磁: 励磁巻線は電機子巻線と直列に接続されます。

4. 混合励磁の場合: 2 つの界磁巻線があり、1 つは電機子巻線と並列に接続され、もう 1 つは電機子巻線と直列に接続されます。

これらの電気モーターはすべて同じ装置を備えており、励磁コイルの構造のみが異なります。これらの電気モーターの励磁巻線は、次の場合と同じ方法で実行されます。 それぞれの発電機.

独立励磁型DC電動機

この電気モーターでは（図1、a) 電機子巻線は電圧 U の主直流電源 (直流ネットワーク、発電機または整流器) に接続され、励磁巻線は電圧 UB の補助電源に接続されます。調整加減抵抗器 Rp は励磁コイルの回路に含まれ、始動加減抵抗器 Rn は電機子コイルの回路に含まれます。

調整レオスタットはモータの電機子速度を調整するために使用され、始動レオスタットは始動時に電機子巻線の電流を制限するために使用されます。電動機の特徴は、その励磁電流 Iv が電機子巻線の電流 (負荷電流) Ii に依存しないことです。したがって、電機子反力の減磁効果を無視すると、モーター磁束 F は負荷から独立していると近似的に仮定できます。電磁モーメント M と速度 n の電流 I に対する依存性は線形になります (図 2、a)。したがって、エンジンの機械的特性も線形になります、依存性 n (M) (図 2、b)。

電機子回路に抵抗 Rn を備えた加減抵抗器が存在しない場合、速度と機械的特性は厳密になります。つまり、水平軸に対する傾斜角が小さくなります。これは、電機子回路に含まれる機械の巻線の電圧降下 IяΣRя が原因です。定格負荷における電機子回路は Unom のわずか 3 ～ 5% です。このような特性（図2の直線1、a、b）をナチュラルと呼びます。抵抗 Rn の加減抵抗器が電機子回路に含まれている場合、これらの特性の傾斜角が増加します。その結果、さまざまな値に対応する一連の加減抵抗器特性 2、3、および 4 が得られます。 Rn1 、 Rn2 、および Rn3 。

米。 1.独立励磁 (a) および並列励磁 (b) を備えた DC モーターの概略図

米。 2. 独立並列励磁による直流電気モーターの特性: a - 速度とトルク、b - 機械的、c - 動作抵抗 Rn が大きいほど、加減抵抗器の特性の傾斜角が大きくなります。より柔らかいです。

調整レオスタット Rpv を使用すると、モーターの励磁電流 Iv とその磁束 F を変更できます。この場合、回転周波数 n も変更されます。

励磁コイルの回路が遮断されると電動機の磁束が急激に減少し（残留磁気の磁束のみが残る）緊急モードが発生するため、励磁コイルの回路にはスイッチやヒューズは設置されていません。モーターはアイドル速度またはシャフトの軽負荷で動作し、その後速度が急激に増加します (モーターが動きます)。この場合、電機子巻線Iyaに流れる電流が大幅に増加し、総合火災が発生する可能性があります。これを回避するには、保護装置が電気モーターを電源から切り離す必要があります。

励磁コイルの回路が遮断されたときの回転速度の急激な増加は、この場合、磁束Ф (残留磁気によるフォスト磁束の値まで) と e が増加するという事実によって説明されます。等v.Eと現在のIyaが増加します。また、印加電圧 U は変化しないため、回転周波数 n は e に増加します。等c. E は、U (電機子回路の平衡状態に必要な値、E = U — IяΣRя) にほぼ等しい値には達しません。

軸負荷が定格に近い場合、磁束が大幅に減少して電動機が発生できる電磁モーメントが減少し、トルク未満になるため、励磁回路が断線した場合に電動機が停止します。シャフトの負荷のこと。この場合、電流 Iya も急激に増加するため、マシンを電源から切り離す必要があります。

回転速度 n0 は、モーターがネットワークからの電気エネルギーを消費せず、その電磁モーメントがゼロの場合の理想的なアイドル速度に対応することに注意してください。実際の状況では、アイドル モードでは、エンジンは内部電力損失を補償するために必要なアイドル電流 I0 をネットワークから消費し、機械内の摩擦力に打ち勝つために必要な特定のトルク M0 を生成します。したがって、実際にはアイドル回転数は n0 未満になります。

考慮した関係からわかるように、回転速度 n と電磁モーメント M のモーター軸からの動力 P2 (図 2、c) への依存性は線形です。電機子巻線電流 ​​Iya と電力 P1 の P2 に対する依存性も実質的に線形です。 P2 = 0 での電流 I と電力 P1 は、アイドル時に消費されるアイドル電流 I0 と電力 P0 を表します。効率曲線はすべての電気機械の特徴です。

電動機直流並列励磁

この電気モーター (図 1 の b を参照) では、励磁巻線と電機子は電圧 U の同じ電気エネルギー源から給電されます。励磁巻線と始動レオスタット Rp の回路には調整レオスタット Rpv が含まれています。アンカーの巻線回路に含まれています。

検討中の電動機では、基本的に電機子回路と励磁巻線回路に個別の電源が供給されており、その結果、励磁電流 Iv は電機子巻線電流 ​​Iv に依存しません。したがって、並列励磁モータは独立励磁モータと同じ特性を持ちます。ただし、並列励起モーターは、定電圧 DC 電源から電力が供給されている場合にのみ正常に動作します。

電気モーターが異なる電圧の電源 (発電機または制御された整流器) から電力を供給されている場合、供給電圧 U が低下すると、それに対応して励磁電流 Ic と磁束 Ф が減少し、これにより電機子の増加につながります。巻き電流イヤ。これにより、供給電圧 U を変更して電機子速度を調整する可能性が制限されます。したがって、発電機または制御された整流器によって電力を供給されるように設計された電気モーターは、独立した励磁を備えている必要があります。

電動機直列励磁

始動電流を制限するために、始動加減抵抗器 Rp (図 3、a) が電機子巻線 (図 3、a) の回路に組み込まれており、加減抵抗器を調整することで励磁巻線と並列の回転速度を調整します。 Rpvを含めることができます。

米。 3. 直列励磁を備えた DC モーターの概略図 (a) とその磁束 Ф の電機子巻線の電流 I への依存性 (b)

米。 4. 逐次励磁型 DC モーターの特性: a - 高速性とトルク、b - 機械的、c - 作業者。

この電動機の特徴は、その励磁電流 Iv が電機子巻線 Iya の電流 (加減抵抗器 Rpv がオンのとき) に等しいか比例することです。したがって、磁束 F は電動機の負荷に依存します (図 3、図 3)。 b) 。

電機子巻線電流 ​​Iya が定格電流 Inom 未満 (0.8 ～ 0.9) の場合、機械の磁気系は飽和しておらず、磁束 Ф は電流 Iia に正比例して変化すると考えられます。したがって、電気モーターの速度特性は緩やかになります。電流 I が増加すると、回転速度 n は急激に減少します (図 4、a)。回転数nの低下は、電圧降下IjaΣRjaの増加によるものである。内部抵抗Rαで。磁束 F の増加によるものと同様に、電機子巻線回路

この場合、磁束Фも増加するため、電流Ijaの増加に伴う電磁モーメントMは急激に増加します。つまり、モーメントMは電流Ijaに比例します。したがって、電流Ｉｙａが（０．８Ｎ−０．９）Ｉｎｏｍ未満の場合、速度特性は双曲線となり、モーメント特性は放物線となる。

電流 Ia > Ia では、このモードでは磁気回路が飽和し、電流 Ia が変化しても磁束 Ф が変化しないため、M と n の Ia への依存性は線形です。

機械的特性、つまり M に対する n の依存性 (図 4、b) は、Iya に対する n と M の依存性に基づいて構築できます。自然特性 1 に加えて、電機子巻線回路に抵抗 Rp を持つ加減抵抗器を含めることで、一連の加減抵抗器特性 2、3、4 を得ることができます。これらの特性は Rn1、Rn2、Rn3 のさまざまな値に対応しており、Rn が高くなるほど特性は低くなります。

検討されているエンジンの機械的特性は、柔らかく双曲線的です。低負荷では磁束Фが大幅に減少し、回転速度nが急激に上昇し、最大許容値を超える場合があります（モーターが暴走する）。したがって、このようなエンジンは、アイドルモードで低負荷で動作する機構（各種機械、コンベアなど）の駆動には使用できません。

通常、高および中出力モーターの最小許容負荷は (0.2… 0.25) Inom です。モーターが無負荷で動作するのを防ぐために、モーターは駆動機構 (歯付きカップリングまたはブラインドカップリング) にしっかりと接続されています。ベルトドライブや摩擦クラッチの使用は認められません。

この欠点にもかかわらず、逐次励磁を備えたモータは、特に負荷トルクの差が大きく、始動条件が厳しい場合、あらゆる牽引駆動装置 (電気機関車、ディーゼル機関車、電車、電気自動車、電気フォークリフトなど) で広く使用されています。昇降機構 (クレーン、エレベーターなど) の駆動装置にも使用されます。

これは、ソフトな特性により、負荷トルクの増加による電流と消費電力の増加が独立励磁および並列励磁モータよりも少なく、そのため直列励磁モータの方が過負荷によく耐えられるという事実によって説明されます。さらに、始動中に電機子巻線電流が増加すると、それに応じて磁束も増加するため、これらのモーターは並列独立励磁モーターよりも高い始動トルクを持ちます。

たとえば、短期突入電流が機械の定格動作電流の 2 倍になる可能性があり、その巻線の飽和、電機子反作用、電圧降下の影響を無視した場合、直列励磁モーターでは、始動トルクは公称値の 4 倍になります (電流と磁束の両方で 2 倍増加します)。独立した並列励磁を備えたモーターではわずか 2 倍になります。

実際には、磁気回路の飽和により、磁束は電流に比例して増加しませんが、それでも、他の条件が等しい場合、直列励磁モーターの始動トルクは始動トルクよりもはるかに大きくなります。同じモーターを独立または並列励磁で駆動します。

モーターシャフトの出力 P2 に対する n と M の依存性 (図 4、c) は、上で説明した位置からわかるように、非線形であり、P2 に対する P1、Ith、η の依存性は次と同じ形式になります。並列覚醒を備えたモーター用。

混合励磁直流電動機

この電気モーター (図 5、a) では、並列 (または独立) および直列の 2 つの励磁コイルの共同作用の結果として磁束 Ф が生成され、励磁電流 Iв1 および Iв2 = Iя が流れます。

それが理由です

ここで、Fposl — 電流 Ia に依存する直列コイルの磁束、Fpar — 負荷に依存しない並列コイルの磁束 (励磁電流 Ic1 によって決定されます)。

混合励磁の電気モーターの機械的特性 (図 5、b) は、並列励磁 (直線 1) と直列励磁 (曲線 2) のモーターの特性の間にあります。定格モードでの並列巻線と直列巻線の起磁力の比に応じて、混励モータの特性は特性 1 (直列巻線の低い ppm での曲線 3) または特性 2 (直列巻線の低い ppm での曲線 4) に近似できます。低い ppm。並列巻線に対して）。

米。 5. 混合励磁の電動機の概略図 (a) とその機械的特性 (b)

混合励磁を備えた DC モーターの利点は、柔らかい機械特性を持ち、Fposl = 0 のときにアイドル状態で動作できることです。このモードでは、アーマチュアの回転周波数は磁束 Fpar によって決まり、制限があります。値 (エンジンが作動していない)。