Машина постоянного тока последовательного возбуждения. Режимы работы и механические характеристики

Обмотка возбуждения у двигателя постоянного тока последовательного возбуждения включена последовательно с якорем (рис. 20.5).

Рис.20.5. Схема включения двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

Уравнение электромеханической характеристики будет иметь такой же вид, что и у двигателя независимого возбуждения:

Здесь R_Д - суммарное сопротивление цепи двигателя, состоящее из сопротивления якоря и обмотки возбуждения.

Поскольку ток якоря и ток возбуждения один и тот же, то при изменении нагрузки изменяется и магнитный поток возбуждения, следовательно, магнитный поток Ф является функцией тока якоря.

Зависимость магнитного потока возбуждения от тока Ф=f(I) называется кривой намагничивания (рис. 20.6).

Рис.20.6. Зависимость магнитного потока возбуждения от тока Ф=f(I)

Зависимость Ф=f(I) нелинейна, из-за насыщения магнитной цепи, поэтому нельзя получить точного аналитического выражения зависимости Ф=f(I).

Для упрощения анализа можно пренебречь магнитным насыщением и считать, что магнитный поток пропорционален току якоря (линейная зависимость показана на графике пунктиром), то есть:

Ф= f(I).

При этом момент двигателя можно записать в виде:

M = k · Ф · I = k · α ·I².

Уравнение электромеханической характеристики тогда будет иметь вид:

.

Учитывая, что  получим выражение для механической характеристики:

.

Из анализа этих выражений следует, что уравнение электромеханической и механической характеристик представляют собой гиперболические зависимости. В каталогах обычно приводятся естественные механические и электромеханические характеристики.

Уравнение механической характеристики:

Имеет вид (рис. 20.7)

Рис.20.7. Механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения

При уменьшении момента скорость якоря возрастает, при M>0 скорость ω>0, то есть такой двигатель не имеет скорости идеального холостого хода. При возрастании скорости машина не переходит в генераторный режим. Механические характеристики не имеют продолжения во втором квадрате. При снижении момента сопротивления скорость якоря растет и может достигнуть выше допустимой по условиям механической прочности коллектора и бандажей обмотки якоря. При нагрузках ниже (15-20)% номинальных, работа двигателя практически недопустима из-за чрезмерного увеличения скорости якоря (двигатель идёт в разнос). Это ограничивает область применения этих двигателей. Их нельзя использовать для привода механизмов, которые в режиме холостого хода создают малый момент сопротивления на валу.

В каталогах приводятся зависимости ω^*=f(I^*) и M^*=f(I^*) угловой скорости и момента от тока якоря, в относительных единицах, общий вид которых представлен на рис.20.8.

Рис.20.8. Зависимость угловой скорости и момента от тока якоря

С увеличением сопротивления реостата скорость двигателя уменьшается при одном и том же моменте сопротивления М_с, уменьшается и жесткость механических характеристик.

На рис.20.9 представлены искусственные реостатные механические характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения.

Рис.20.9. Искусственные реостатные механические характеристики