Rangkaian listrik arus searah dan karakteristiknya

Properti motor DC terutama ditentukan oleh cara kumparan eksitasi dihidupkan. Tergantung pada ini, motor listrik dibedakan:

1. bersemangat secara independen: kumparan eksitasi ditenagai oleh sumber DC eksternal (penggerak atau penyearah),

2. eksitasi paralel: belitan medan dihubungkan secara paralel dengan belitan angker,

3. eksitasi seri: belitan eksitasi dihubungkan secara seri dengan belitan angker,

4. dengan eksitasi campuran: ada dua belitan medan, satu dihubungkan secara paralel dengan belitan angker dan yang lainnya secara seri dengannya.

Semua motor listrik ini memiliki perangkat yang sama dan hanya berbeda dalam konstruksi koil eksitasi. Belitan eksitasi motor listrik ini dilakukan dengan cara yang sama seperti pada pembangkit masing-masing.

Motor listrik DC yang bersemangat secara mandiri

Di motor listrik ini (Gbr.1, a) belitan jangkar dihubungkan ke sumber arus searah utama (jaringan arus searah, generator atau penyearah) dengan tegangan U, dan belitan eksitasi dihubungkan ke sumber tambahan dengan tegangan UB. Sebuah rheostat pengatur Rp disertakan dalam rangkaian kumparan eksitasi, dan rheostat awal Rn disertakan dalam rangkaian kumparan jangkar.

Rheostat pengatur digunakan untuk mengatur kecepatan jangkar motor dan rheostat starting digunakan untuk membatasi arus pada belitan armature saat start. Ciri khas motor listrik adalah arus eksitasi Iv tidak bergantung pada arus Ii pada belitan angker (arus beban). Oleh karena itu, dengan mengabaikan efek demagnetisasi dari reaksi jangkar, kita kira-kira dapat mengasumsikan bahwa fluks motor F tidak bergantung pada beban. Ketergantungan momen elektromagnetik M dan kecepatan n pada arus I akan linier (Gbr. 2, a). Oleh karena itu, karakteristik mekanis mesin juga akan linier — ketergantungan n (M) (Gbr. 2, b).

Dengan tidak adanya rheostat dengan resistansi Rn pada rangkaian jangkar, kecepatan dan karakteristik mekanis akan kaku, yaitu dengan sudut kemiringan kecil terhadap sumbu horizontal, karena penurunan tegangan IяΣRя pada belitan mesin termasuk dalam sirkuit angker pada beban pengenal hanya 3-5% dari Unom. Ciri-ciri ini (garis lurus 1 pada Gambar 2, a dan b) disebut alami. Ketika rheostat dengan resistansi Rn dimasukkan ke dalam sirkuit jangkar, sudut kemiringan karakteristik ini meningkat, sebagai akibatnya keluarga karakteristik rheostat 2, 3 dan 4 dapat diperoleh, sesuai dengan nilai yang berbeda dari Rn1, Rn2 dan Rn3.

Beras. 1.Diagram skematik motor DC dengan eksitasi independen (a) dan paralel (b).

Beras. 2. Karakteristik motor listrik arus searah dengan eksitasi independen dan paralel: a — kecepatan dan torsi, b — mekanis, c — bekerja Semakin besar resistansi Rn, semakin besar sudut kemiringan karakteristik rheostat, yaitu, itu lebih lembut.

Rheostat pengatur Rpv memungkinkan Anda untuk mengubah arus eksitasi motor Iv dan fluks magnetnya F. Dalam hal ini, frekuensi rotasi n juga akan berubah.

Tidak ada sakelar dan sekering yang dipasang di sirkuit koil eksitasi, karena ketika sirkuit ini terputus, fluks magnet motor listrik menurun tajam (hanya fluks sisa magnet yang tersisa di dalamnya) dan terjadi mode darurat. motor berjalan pada kecepatan diam atau beban ringan pada poros, maka kecepatan meningkat tajam (motor bergerak). Dalam hal ini, arus di belitan angker Iya meningkat secara signifikan dan kebakaran menyeluruh dapat terjadi. Untuk menghindarinya, pelindung harus memutuskan motor listrik dari sumber listrik.

Peningkatan tajam dalam kecepatan putaran ketika rangkaian koil eksitasi terputus dijelaskan oleh fakta bahwa dalam hal ini fluks magnet Ф (hingga nilai fluks Fost dari sisa magnetisme) dan e. dll. v. E dan Iya saat ini meningkat. Dan karena tegangan yang diterapkan U tetap tidak berubah, frekuensi rotasi n akan meningkat menjadi e. dll. c. E tidak akan mencapai nilai yang kira-kira sama dengan U (yang diperlukan untuk keadaan kesetimbangan rangkaian jangkar, di mana E = U - IяΣRя.

Ketika beban poros mendekati nilai nominal, motor listrik akan berhenti jika terjadi pemutusan pada rangkaian eksitasi, karena momen elektromagnetik yang dapat dihasilkan motor dengan pengurangan fluks magnet yang signifikan berkurang dan menjadi kurang dari torsi. dari beban poros. Dalam hal ini, arus Iya juga meningkat tajam dan mesin harus diputus dari sumber listrik.

Perlu dicatat bahwa kecepatan putaran n0 sesuai dengan kecepatan idle ideal ketika motor tidak mengkonsumsi energi listrik dari jaringan dan momen elektromagnetiknya nol. Dalam kondisi nyata, dalam mode diam, mesin mengkonsumsi arus idle I0 dari jaringan, yang diperlukan untuk mengkompensasi kehilangan daya internal, dan mengembangkan torsi tertentu M0, yang diperlukan untuk mengatasi gaya gesek pada mesin. Oleh karena itu, pada kenyataannya kecepatan idle kurang dari n0.

Ketergantungan kecepatan rotasi n dan momen elektromagnetik M pada daya P2 (Gbr. 2, c) dari poros motor, sebagai berikut dari hubungan yang dipertimbangkan, adalah linier. Ketergantungan arus belitan angker Iya dan daya P1 pada P2 juga praktis linier. Arus I dan daya P1 pada P2 = 0 mewakili arus idle I0 dan daya P0 yang dikonsumsi saat idle. Kurva efisiensi adalah karakteristik dari semua mesin listrik.

Motor listrik eksitasi paralel arus searah

Dalam motor listrik ini (lihat Gbr. 1, b) belitan eksitasi dan angker diumpankan dari sumber energi listrik yang sama dengan tegangan U. Rheostat pengatur Rpv disertakan dalam rangkaian belitan eksitasi dan rheostat awal Rp termasuk dalam rangkaian belitan pada jangkar.

Dalam motor listrik yang dipertimbangkan, pada dasarnya ada suplai terpisah dari rangkaian belitan angker dan eksitasi, akibatnya arus eksitasi Iv tidak bergantung pada arus belitan angker Iv. Oleh karena itu, motor eksitasi paralel akan memiliki karakteristik yang sama dengan motor eksitasi independen. Namun, motor eksitasi paralel hanya akan beroperasi secara normal ketika ditenagai oleh sumber DC tegangan konstan.

Ketika motor listrik ditenagai oleh sumber dengan tegangan berbeda (generator atau penyearah terkontrol), penurunan tegangan suplai U menyebabkan penurunan arus eksitasi Ic dan fluks magnet Ф yang sesuai, yang mengarah ke peningkatan angker berliku saat ini Iya. Hal ini membatasi kemungkinan penyesuaian kecepatan angker dengan mengubah tegangan suplai U. Oleh karena itu, motor listrik yang dirancang untuk ditenagai oleh generator atau penyearah terkontrol harus memiliki eksitasi independen.

Eksitasi seri arus searah motor listrik

Untuk membatasi arus start, rheostat awal Rp (Gbr. 3, a) disertakan dalam rangkaian belitan angker (Gbr. 3, a) dan untuk mengatur kecepatan putaran secara paralel dengan belitan eksitasi dengan mengatur rheostat Rpv dapat dimasukkan.

Beras. 3. Diagram skematik motor DC dengan eksitasi seri (a) dan ketergantungan fluks magnetnya Ф pada arus I pada belitan jangkar (b)

Beras. 4. Karakteristik motor DC dengan eksitasi berurutan: a — kecepatan dan torsi tinggi, b — mekanik, c — pekerja.

Ciri khas motor listrik ini adalah arus eksitasi Iv-nya sama atau proporsional (saat rheostat Rpv dihidupkan) dengan arus belitan angker Iya, oleh karena itu fluks magnet F bergantung pada beban motor (Gbr. 3, B) .

Ketika arus belitan jangkar Iya kurang dari (0,8-0,9) arus pengenal Inom, sistem magnet mesin tidak jenuh dan dapat diasumsikan bahwa fluks magnet Ф berubah berbanding lurus dengan arus Iia. Oleh karena itu, karakteristik kecepatan motor listrik akan lunak - dengan meningkatnya arus I, kecepatan rotasi n akan menurun tajam (Gbr. 4, a). Penurunan kecepatan putar n disebabkan oleh peningkatan jatuh tegangan IjaΣRja. dalam resistansi internal Rα. rangkaian belitan jangkar, serta karena peningkatan fluks magnet F.

Momen elektromagnetik M dengan peningkatan arus Ija akan meningkat tajam, karena dalam hal ini fluks magnet Ф juga meningkat, yaitu momen M akan sebanding dengan arus Ija. Oleh karena itu, ketika arus Iya kurang dari (0,8 N-0,9) Inom, karakteristik kecepatan berbentuk hiperbola, dan karakteristik momen berbentuk parabola.

Pada arus Ia> Ia, ketergantungan M dan n pada Ia adalah linier, karena dalam mode ini rangkaian magnet akan jenuh dan fluks magnet Ф tidak akan berubah ketika arus Ia berubah.

Karakteristik mekanis, yaitu ketergantungan n pada M (Gbr. 4, b), dapat dibangun berdasarkan ketergantungan n dan M pada Iya. Selain karakteristik alami 1, adalah mungkin untuk mendapatkan keluarga karakteristik rheostat 2, 3 dan 4. dengan memasukkan rheostat dengan resistansi Rp dalam rangkaian belitan jangkar.Karakteristik ini sesuai dengan nilai Rn1, Rn2 dan Rn3 yang berbeda, sedangkan semakin tinggi Rn, semakin rendah karakteristiknya.

Karakteristik mekanis dari mesin yang dimaksud adalah lunak dan hiperbolik. Pada beban rendah, fluks magnet Ф berkurang secara signifikan, kecepatan putaran n meningkat tajam dan dapat melebihi nilai maksimum yang diizinkan (motor menjadi liar). Oleh karena itu, mesin seperti itu tidak dapat digunakan untuk menggerakkan mekanisme yang beroperasi dalam mode diam dan dengan beban rendah (berbagai mesin, konveyor, dll.).

Biasanya, beban minimum yang diizinkan untuk motor berdaya tinggi dan sedang adalah (0,2… 0,25) Inom. Untuk mencegah motor berjalan tanpa beban, motor dihubungkan dengan kuat ke mekanisme penggerak (kopling bergigi atau buta); penggunaan penggerak sabuk atau kopling gesekan tidak dapat diterima.

Terlepas dari kekurangan ini, motor dengan eksitasi berurutan banyak digunakan, terutama ketika ada perbedaan besar dalam torsi beban dan kondisi awal yang parah: di semua penggerak traksi (lokomotif listrik, lokomotif diesel, kereta listrik, mobil listrik, forklift listrik, dll. ), serta penggerak mekanisme pengangkatan (derek, elevator, dll.).

Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa dengan karakteristik yang lembut, peningkatan torsi beban menyebabkan peningkatan konsumsi arus dan daya yang lebih rendah daripada pada motor yang berdiri sendiri dan paralel, karena itu motor yang digerakkan seri dapat bertahan lebih baik pada kelebihan beban.Selain itu, motor ini memiliki torsi awal yang lebih tinggi daripada motor paralel dan motor tereksitasi secara independen, karena saat arus belitan jangkar meningkat selama pengasutan, fluks magnet juga meningkat.

Jika kita mengasumsikan, misalnya, bahwa arus lonjakan jangka pendek dapat 2 kali arus operasi pengenal mesin dan mengabaikan efek saturasi, reaksi jangkar, dan penurunan tegangan pada belitannya, maka pada motor yang dieksitasi seri, torsi awal akan 4 kali lebih tinggi dari nominal (baik dalam arus dan fluks magnet meningkat 2 kali lipat), dan pada motor dengan eksitasi independen dan paralel - hanya 2 kali lebih banyak.

Faktanya, karena saturasi sirkuit magnetik, fluks magnet tidak meningkat sebanding dengan arus, namun demikian, torsi awal dari motor yang dieksitasi seri, hal lain dianggap sama, akan jauh lebih besar daripada torsi awal. dari motor yang sama dengan eksitasi independen atau paralel.

Ketergantungan n dan M pada daya P2 poros motor (Gbr. 4, c), sebagai berikut dari posisi yang dibahas di atas, adalah nonlinier, ketergantungan P1, Ith dan η pada P2 memiliki bentuk yang sama seperti untuk motor dengan gairah paralel.

Campuran eksitasi motor listrik arus searah

Dalam motor listrik ini (Gbr. 5, a) fluks magnet Ф dibuat sebagai hasil dari aksi bersama dua kumparan eksitasi - paralel (atau independen) dan seri, di mana arus eksitasi Iв1 dan Iв2 = Iя

itu sebabnya

di mana Fposl - fluks magnet kumparan seri, tergantung pada arus Ia, Fpar - fluks magnet kumparan paralel, yang tidak bergantung pada beban (ditentukan oleh arus eksitasi Ic1).

Karakteristik mekanis motor listrik dengan eksitasi campuran (Gbr. 5, b) terletak di antara karakteristik motor dengan eksitasi paralel (garis lurus 1) dan seri (kurva 2). Bergantung pada rasio gaya gerak magnet belitan paralel dan seri pada mode pengenal, karakteristik motor eksitasi campuran dapat didekati dengan karakteristik 1 (kurva 3 pada ppm rendah dari belitan seri) atau karakteristik 2 (kurva 4 pada ppm rendah v. belitan paralel).

Beras. 5. Diagram skematik motor listrik dengan eksitasi campuran (a) dan karakteristik mekanisnya (b)

Keuntungan dari motor DC dengan eksitasi campuran adalah memiliki karakteristik mekanik yang lembut, dapat beroperasi pada saat idle ketika Fposl = 0. Dalam mode ini, frekuensi putaran jangkarnya ditentukan oleh fluks magnet Fpar dan memiliki batasan nilai (mesin tidak hidup).