Схема включения ДПТ последовательного возбуждения приведена на рис. 3.70, а. На этой схеме приняты те же обозначения, что и на схеме включения ДПТ независимого возбуждения (см. рис. 3.1, a).
Основной особенностью ДПТ последовательного возбуждения является включение его обмотки возбуждения OB последовательно с обмоткой якоря, вследствие чего ток якоря одновременно является и током возбуждения.
При получении выражений для статических характеристик ДПТ последовательного возбуждения используем те же допущения, что и для ДПТ независимого возбуждения, и исходные формулы (3.1) – (3.3), в которых принято R=Rя+Rо,в+Rд. Согласно (3.1) – (3.3) электромеханическая и механическая характеристики ДПТ последовательного возбуждения выражаются формулами
(3.163)
(3.164)
Магнитный поток Ф и ток I якоря связаны между собой кривой намагничивания, которая показана на рис. 3.70, б сплошной линией. В общем случае эта кривая не имеет точного аналитического выражения, поэтому нельзя получить и точных выражений для характеристик ДПТ последовательного возбуждения. Тем не менее можно представить эту кривую с помощью какого-либо приближенного аналитического выражения, что позволит проанализировать вид характеристик ДПТ последовательного возбуждения.
В простейшем случае можно представить кривую намагничивания прямой линией, как это показано штриховой линией на рис. 3.70, б. Такая аппроксимация означает пренебрежение насыщением магнитной системы ДПТ последовательного возбуждения и позволяет выразить зависимость потока от тока следующим образом:
(3.165)
где α=tgφ(см рис. 3.70, б).
При принятой аппроксимации момент ДПТ является квадратичной функцией тока
(3.166)
Подстановка (3.165) в (3.163) приводит к следующему выражению для электромеханической характеристики ДПТ последовательного возбуждения:
(3.167)
Если теперь в (3.167) с помощью выражения (3.166) выразить ток через момент, то получится следующее выражение для механической характеристики;
(3.168)
Для графического изображения характеристик ДПТ последовательного возбуждения отметим следующие положения, вытекающие из анализа выражений (3.167) и (3.168):
1. При I→0, M→0 w→∞, т. е. ось скорости является вертикальной асимптотой для характеристик ДПТ последовательного возбуждения.
2. При I→∞, М→∞ w→–R/(kα), т. е. прямая с ординатой w=–R/(kα) является горизонтальной асимптотой характеристик ДПТ.
3. Зависимости w(I) и w(М) имеют гиперболический характер. Выполненный анализ позволяет представить характеристики ДПТ в виде кривых, показанных на рис. 3.71. Рассмотрим с их помощью энергетические режимы работы ДПТ последовательного возбуждения
Особенностью такого ДПТ является отсутствие у него генераторного режима работы параллельно с сетью (режима рекуперативного торможения). Характеристики ДПТ не пересекают ось скорости и не переходят во второй квадрант. Для ДПТ последовательного возбуждения не может быть однозначно определена скорость идеального холостого хода w0, так как теоретически при I→0, М→0 Ф→0 и w0→∞. Отметим, что из-за наличия потока остаточного намагничивания Фост практически такая скорость может существовать. В этом случае она определяется выражением
(3.169)
Остальные режимы работы ДПТ последовательного возбуждения аналогичны режимам работы ДПТ независимого возбуждения, а именно: двигательный режим, имеющий место при 0<w<∞, режим короткого замыкания при w=0 и режим генератора последовательно с сетью (режим торможения противовключением), имеющий место в четвертом квадранте при w<0. Кроме названных, для ДПТ последовательного возбуждения существует также генераторный режим работы независимо от сети (режим динамического торможения), который рассмотрен в § 3.19.
Регулирование координат ДПТ последовательного возбуждения может осуществляться теми же способами, что и ДПТ независимого возбуждения, – путем изменения сопротивления добавочного резистора Rд в цепи якоря, магнитного потокаФ, подводимого к ДПТ напряжения U. Кроме этих основных способов, практическое распространение получили импульсные способы, а также регулирование в схеме с шунтированием якоря.
Полученные выражения (3.167) и (3.168) дают лишь общее представление о характеристиках ДПТ последовательного возбуждения и не могут быть использованы для инженерных расчетов. Причина этого заключается в принятой линейной аппроксимации кривой намагничивания, в то время как выпускаемые промышленностью ДПТ последовательного возбуждения работают на колене кривой намагничивания или даже в области насыщения магнитной системы.
Для получения реальных естественных характеристик ДПТ последовательного возбуждения в практических расчетах используются так называемые универсальные характеристики ДПТ последовательного возбуждения. Эти характеристики представляют собой зависимости относительных значений скорости ДПТ w*=w/wном и момента M*=M/Mном от относительного тока I*=I/Iном. Универсальные характеристики ДПТ последовательного возбуждения приведены на рис. 3.72.
Пример 3.4. Рассчитать и построить естественные характеристики ДПТ последовательного возбуждения, имеющего следующие данные: Рном=3 кВт; ппом=960 об/мин; Uном=220 В; Iном=19 А; ηном=0,89.
1. Определяем номинальные угловую скорость wном и момент Мном
wном=2πпном/60=2×3,14×960/60=100 рад/с;
Мном=Pном/wном=3000/100=30 Н×м.
2. Воспользуемся универсальными характеристиками ДПТ последовательного возбуждения рис. 3.72 и составим таблицу для расчетов,
I*
0,4
0,8
1,2
1,6
M*
0,3
0,8
1,25
1,7
2,38
w*
2,1
1,2
0,9
0,7
0,6
w=w* wном
M= M* Mном
I =I*Iном
7,6
15,2
22,8
30,4
Первые три строки таблицы заполняются с помощью характеристик рис. 3.72. Данные строк 4 – 6 получаются умножением относительных значений величин на номинальные значения соответствующих координат ДПТ. По данным строк 4 и 6 таблицы на рис. 3.73, а построена естественная электромеханическая, а по данным строк 4 и 5 – естественная механическая характеристики ДПТ (рис. 3.73, б).