직류 전기 회로 및 그 특성

속성 DC 모터 주로 여기 코일이 켜지는 방식에 따라 결정됩니다. 이에 따라 전기 모터가 구별됩니다.

1. 독립적으로 여기됨: 여기 코일은 외부 DC 소스(여기기 또는 정류기)에 의해 전원이 공급됩니다.

2. 병렬 여기: 계자 권선은 전기자 권선과 병렬로 연결되며,

3. 직렬 여자: 여자 권선은 전기자 권선과 직렬로 연결되며,

4. 혼합 여자: 두 개의 계자 권선이 있는데 하나는 전기자 권선과 병렬로 연결되고 다른 하나는 직렬로 연결됩니다.

이 모든 전기 모터는 동일한 장치를 가지고 있으며 여기 코일의 구조만 다릅니다. 이 전기 모터의 여자 권선은 다음과 같은 방식으로 수행됩니다. 각각의 발전기.

독립적으로 여기된 DC 전기 모터

이 전기 모터(그림.1, a) 전기자 권선은 전압 U로 주 직류 전원 (직류 네트워크, 발전기 또는 정류기)에 연결되고 여자 권선은 전압 UB로 보조 전원에 연결됩니다. 여자 코일의 회로에는 조정 가변 저항기 Rp가 포함되고 전기자 코일의 회로에는 시작 가변 저항기 Rn이 포함됩니다.

조절 가변 저항은 모터의 전기자 속도를 조절하는 데 사용되며 시동 가변 저항은 시동 시 전기자 권선의 전류를 제한하는 데 사용됩니다. 전기 모터의 특징은 여자 전류 Iv가 전기자 권선의 전류 Ii(부하 전류)에 의존하지 않는다는 것입니다. 따라서 전기자 반응의 감자 효과를 무시하면 모터 플럭스 F가 부하와 무관하다고 대략적으로 가정할 수 있습니다. 전자기 모멘트 M과 전류 I에 대한 속도 n의 의존성은 선형입니다(그림 2, a). 따라서 엔진의 기계적 특성도 선형이 될 것입니다. 의존성 n (M) (그림 2, b).

전기자 회로에 저항 Rn이있는 가변 저항이 없으면 속도 및 기계적 특성이 견고합니다. 즉, 포함 된 기계 권선의 전압 강하 IяΣRя 때문에 수평축에 대한 작은 경사각 정격 부하에서 전기자 회로는 Unom의 3-5%에 불과합니다. 이러한 특성(그림 2의 직선 1, a 및 b)을 자연이라고 합니다. 전기자 회로에 저항 Rn이있는 가변 저항이 포함되면 이러한 특성의 경사각이 증가하여 다양한 값에 해당하는 가변 저항 특성 계열 2, 3 및 4를 얻을 수 있습니다. Rn1 , Rn2 및 Rn3 .

쌀. 1.독립(a) 및 병렬(b) 여기가 있는 DC 모터의 개략도

쌀. 2. 전기 모터의 특성 직류 독립 및 병렬 여기: a — 속도 및 토크, b — 기계적, c — 작동 저항 Rn이 클수록 가변 저항 특성의 경사각이 커집니다. 더 부드럽습니다.

조절 가변 저항 Rpv를 사용하면 모터 여자 전류 Iv와 자속 F를 변경할 수 있습니다. 이 경우 회전 주파수 n도 변경됩니다.

여기 코일의 회로에는 스위치와 퓨즈가 설치되어 있지 않습니다. 이 회로가 중단되면 전기 모터의 자속이 급격히 감소하고 (잔류 자속 만 남음) 비상 모드가 발생하기 때문입니다. 모터가 유휴 속도 또는 샤프트의 가벼운 부하로 작동하면 속도가 급격히 증가합니다(모터가 움직입니다). 이 경우 전기자 권선 Iya의 전류가 크게 증가하고 포괄적인 화재가 발생할 수 있습니다. 이를 방지하려면 보호 장치가 전기 모터를 전원에서 분리해야 합니다.

여기 코일의 회로가 중단될 때 회전 속도의 급격한 증가는 이 경우 자속 Ф(잔류 자기에서 Fost 플럭스 값까지) 및 e. 등. v. E와 현재 Iya가 증가합니다. 그리고 인가 전압 U는 변하지 않기 때문에 회전 주파수 n은 e로 증가합니다. 등. c. E는 대략 U와 같은 값에 도달하지 않습니다(이는 전기자 회로의 평형 상태에 필요하며 여기서 E = U — IяΣRя.

샤프트 부하가 정격 부하에 가까우면 자속이 크게 감소하여 모터가 발생할 수있는 전자기 모멘트가 감소하고 토크보다 작아지기 때문에 여자 회로가 끊어지면 전기 모터가 정지합니다. 샤프트의 하중. 이 경우 전류 Iya도 급격히 증가하고 기계를 전원에서 분리해야 합니다.

회전 속도 n0은 모터가 네트워크에서 전기 에너지를 소비하지 않고 전자기 모멘트가 0일 때 이상적인 유휴 속도에 해당한다는 점에 유의해야 합니다. 실제 조건에서 유휴 모드에서 엔진은 내부 전력 손실을 보상하는 데 필요한 유휴 전류 I0를 네트워크에서 소비하고 기계의 마찰력을 극복하는 데 필요한 특정 토크 M0을 생성합니다. 따라서 실제로 유휴 속도는 n0 미만입니다.

고려된 관계에서 다음과 같이 모터 샤프트의 전력 P2(그림 2, c)에 대한 회전 속도 n과 전자기 모멘트 M의 의존성은 선형입니다. 전기자 권선 전류 Iya와 P2에 대한 전력 P1의 종속성도 거의 선형입니다. P2 = 0에서 전류 I 및 전력 P1은 유휴 상태에서 소비되는 유휴 전류 I0 및 전력 P0을 나타냅니다. 효율성 곡선은 모든 전기 기계의 특징입니다.

전동기 직류 병렬 여자

이 전기 모터 (그림 1, b 참조)에서 여자 권선과 전기자는 전압 U와 동일한 전기 에너지 원에서 공급됩니다. 조절 가변 저항기 Rpv는 여자 권선의 회로와 시작 저항기 Rp에 포함됩니다 앵커의 권선 회로에 포함됩니다.

고려중인 전기 모터에는 본질적으로 전기자 및 여자 권선 회로가 별도로 공급되어 여자 전류 Iv가 전기자 권선 전류 Iv에 의존하지 않습니다. 따라서 병렬 여자 전동기는 독립 여자 전동기와 동일한 특성을 갖게 됩니다. 그러나 병렬 여기 모터는 정전압 DC 소스에 의해 전원이 공급될 때만 정상적으로 작동합니다.

전기 모터가 전압이 다른 소스 (발전기 또는 제어 정류기)에 의해 구동되는 경우 공급 전압 U가 감소하면 여자 전류 Ic와 자속 Ф가 그에 따라 감소하여 전기자가 증가합니다. 권선 전류 Iya. 이는 공급 전압 U를 변경하여 전기자 속도를 조정할 가능성을 제한합니다. 따라서 발전기 또는 제어 정류기에 의해 구동되도록 설계된 전기 모터는 독립적인 여자를 가져야 합니다.

전동기 직류 직렬 여자

시동 전류를 제한하기 위해 시동 가변 저항 Rp(그림 3, a)는 전기자 권선 회로(그림 3, a)에 포함되며 가변 저항을 조정하여 여자 권선과 병렬로 회전 속도를 조절합니다. Rpv가 포함될 수 있습니다.

쌀. 3. 직렬 여자 (a)가있는 DC 모터의 개략도와 전기자 권선의 전류 I에 대한 자속 Ф의 의존성 (b)

쌀. 4. 순차 가진 DC 모터의 특성: a — 고속 및 토크, b — 기계적, c — 작업자.

이 전기 모터의 특징은 여자 전류 Iv가 전기자 권선 Iya의 전류와 같거나 비례하므로 (가감 저항기 Rpv가 켜질 때) 따라서 자속 F는 모터 부하에 따라 달라집니다 (그림 3, b) .

전기자 권선 전류 Iya가 정격 전류 Inom의 (0.8-0.9) 미만이면 기계의 자기 시스템이 포화되지 않고 자속 Ф가 전류 Iia에 정비례하여 변한다고 가정할 수 있습니다. 따라서 전기 모터의 속도 특성은 부드럽습니다. 전류 I가 증가함에 따라 회전 속도 n이 급격히 감소합니다 (그림 4, a). 회전 속도 n의 감소는 전압 강하 IjaΣRja의 증가에 기인한다. 내부 저항 Rα에서. 전기자 권선 회로뿐만 아니라 자속 F의 증가로 인해.

전류 Ija가 증가하면 전자기 모멘트 M이 급격히 증가합니다. 이 경우 자속 Ф도 증가합니다. 즉, 순간 M은 전류 Ija에 비례합니다. 따라서 전류 Iya가 (0.8 N-0.9) Inom보다 작을 때 속도 특성은 쌍곡선 형태를 가지며 모멘트 특성은 포물선 형태를 갖게 된다.

전류 Ia> Ia에서 Ia에 대한 M 및 n의 종속성은 선형입니다. 이 모드에서는 자기 회로가 포화되고 전류 Ia가 변경될 때 자속 Ф가 변경되지 않기 때문입니다.

기계적 특성, 즉 M에 대한 n의 의존성(그림 4, b)은 Iya에 대한 n과 M의 의존성을 기반으로 구성될 수 있습니다. 자연 특성 1 외에도 전기자 권선 회로에 저항 Rp가 있는 가변 저항을 포함하여 가변 저항 특성 계열 2, 3 및 4를 얻을 수 있습니다.이러한 특성은 Rn1, Rn2 및 Rn3의 서로 다른 값에 해당하며 Rn이 높을수록 특성이 낮습니다.

고려된 엔진의 기계적 특성은 부드럽고 쌍곡선입니다. 낮은 부하에서는 자속 Ф가 크게 감소하고 회전 속도 n이 급격히 증가하며 최대 허용 값을 초과할 수 있습니다(모터가 거칠게 작동함). 따라서 이러한 엔진은 유휴 모드 및 저부하(다양한 기계, 컨베이어 등)에서 작동하는 메커니즘을 구동하는 데 사용할 수 없습니다.

일반적으로 고출력 및 중출력 모터의 최소 허용 부하는 (0.2… 0.25) Inom입니다. 모터가 부하 없이 작동하는 것을 방지하기 위해 구동 메커니즘(톱니 또는 블라인드 커플링)에 단단히 연결되어 있습니다. 벨트 드라이브 또는 마찰 클러치의 사용은 허용되지 않습니다.

이러한 결점에도 불구하고 순차 가진 모터는 특히 부하 토크의 차이가 크고 시동 조건이 가혹한 경우에 널리 사용됩니다. 모든 트랙션 드라이브(전기 기관차, 디젤 기관차, 전기 기차, 전기 자동차, 전기 지게차 등) 리프팅 메커니즘 (크레인, 엘리베이터 등)의 드라이브에서도 마찬가지입니다.

이는 부드러운 특성으로 인해 부하 토크가 증가하면 직렬 여자 모터가 과부하에 더 잘 견딜 수 있기 때문에 독립 및 병렬 여자 모터보다 전류 및 전력 소비가 더 적게 증가한다는 사실에 의해 설명됩니다.또한 이러한 모터는 기동 중에 전기자 권선 전류가 증가함에 따라 자속도 그에 따라 증가하기 때문에 병렬 및 독립 여자 모터보다 기동 토크가 높습니다.

예를 들어 단기 돌입 전류가 기계의 정격 작동 전류의 2배가 될 수 있고 권선의 포화, 전기자 반응 및 전압 강하의 영향을 무시할 수 있다고 가정하면 직렬 여자 모터에서 시동 토크는 공칭 토크보다 4배 높으며(전류 및 자속 모두 2배 증가) 독립 및 병렬 여기가 있는 모터의 경우 2배만 더 높습니다.

사실, 자기 회로의 포화로 인해 자속은 전류에 비례하여 증가하지 않지만, 그럼에도 불구하고 직렬 여자 모터의 시동 토크는 다른 조건이 같다면 시동 토크보다 훨씬 클 것입니다. 독립적 또는 병렬 여기를 가진 동일한 모터의

위에서 설명한 위치에서 다음과 같이 모터 샤프트의 동력 P2에 대한 n과 M의 의존성(그림 4, c)은 비선형이며 P2에 대한 P1, Ith 및 η의 의존성은 다음과 같은 형식을 갖습니다. 병렬 각성을 가진 모터의 경우.

혼합 여자 직류 전동기

이 전기 모터(그림 5, a)에서 자속 Ф는 여기 전류 Iв1 및 Iв2 = Iя를 통과하는 두 개의 여기 코일(병렬(또는 독립) 및 직렬)의 공동 작용의 결과로 생성됩니다.

그래서

여기서 Fposl - 전류 Ia에 따른 직렬 코일의 자속, Fpar - 부하에 의존하지 않는 병렬 코일의 자속(여기 전류 Ic1에 의해 결정됨).

혼합 여기를 사용하는 전기 모터의 기계적 특성(그림 5, b)은 병렬(직선 1) 및 직렬(곡선 2) 여기를 사용하는 모터의 특성 사이에 있습니다. 정격 모드에서 병렬 권선과 직렬 권선의 기자력 비율에 따라 혼합 여자 모터의 특성은 특성 1(직렬 권선의 낮은 ppm에서 곡선 3) 또는 특성 2(직렬 권선에서 곡선 4)에 근사할 수 있습니다. 낮은 ppm v. 병렬 권선).

쌀. 5. 혼합 여자(a)와 그 기계적 특성(b)이 있는 전기 모터의 개략도

혼합 여기 DC 모터의 장점은 부드러운 기계적 특성을 가지고 Fposl = 0일 때 유휴 상태에서 작동할 수 있다는 것입니다. 이 모드에서 전기자의 회전 주파수는 자속 Fpar에 의해 결정되며 제한된 값(엔진이 실행되지 않음).