32. DC ED の機械的特性
シリアル励起 DC モーター: 機械的特性方程式は次の形式をとります。
、ここで、ω - 回転周波数、rad/s; ロブ - 直列励磁巻線抵抗、オーム; α は、電機子電流に対する磁束の (最初の近似での) 線形依存係数です。
図の考察から、 したがって、検討中のエンジンの機械的特性 (自然およびレオスタティック) は柔らかく、双曲線的な特徴を持っています。 低負荷では、回転速度が急激に上昇し、最大許容値を超える可能性があります（エンジンは「間隔」に入ります）。 したがって、このようなエンジンは、アイドル状態または低負荷で動作する機構 (さまざまな工作機械、コンベアなど) を駆動するために使用することはできません。 通常、最小許容負荷は (0.2 - 0.25) IN0M です。 アイドリングが可能なデバイスでは、低電力モーター (数十ワット) のみが使用されます。 エンジンが無負荷で作動する可能性を防ぐために、エンジンは駆動機構（ギアまたはブラインドクラッチ）にしっかりと接続されています。 スイッチを入れるためのベルト駆動または摩擦クラッチの使用は受け入れられません。
この欠点にもかかわらず、直列励磁モーターはさまざまな電気駆動装置で広く使用されており、特に負荷トルクが大きく変化し、始動条件が困難な場合 (昇降機構、牽引駆動装置など) に使用されています。 これは、対象のモーターのソフト特性が、指定された動作条件に対して、並列励磁のモーターのハード特性よりも有利であるためです。
独立励磁 DC モーター: モーターの特徴は、界磁巻線の供給が本質的に独立しているため、その界磁電流が電機子電流（負荷電流）に依存しないことです。 したがって、電機子反作用の減磁効果を無視すると、モーター磁束は負荷に依存しないとほぼ仮定できます。 したがって、機械的特性は線形になります。
機械的特性方程式は次の形式をとります。 
どこで ω - 回転周波数、rad/s; U - 電機子回路に印加される電圧、V; Ф - 磁束、Wb; Rya、Rd - アーマチュア抵抗とその回路への追加、オーム: α- エンジンの設計定数。
ここで、p はモーター極のペア数です。 N は、アクティブなモーター電機子導体の数です。 α は電機子巻線の並列分岐数です。 エンジン トルク、N*m。
- DC モーターの EMF、V. 一定の磁束 F = const で、c = k F と仮定すると、 
次に、トルクの式、N*m: 
1. 条件 Rd = 0、Rv = 0、すなわち 電機子電圧とモーターの磁束は、自然と呼ばれる公称値に等しくなります（図17.6）。
2、Rd> O（Rv \u003d 0）の場合、人為的な-レオスタティック特性1および2が得られ、ポイントω0-機械の理想的なアイドル速度を通過します。 毒が多いほど、特性が良くなります。3、Rd \u003d 0およびRv \u003d 0の場合、コンバーターを使用して電機子端子の電圧を変更すると、人工の機械的特性は3および4の形式を持ち、自然なものと平行に実行されます。より低い電圧。
4、アーマチュアの定格電圧 (Rd = 0) と磁束の減少 (Rv > 0) では、特性は次のように見えます。
混励 DC モーター: これらのモーターの特性は、並列励磁モーターと直列励磁モーターの中間です。
直列励磁巻線と並列励磁巻線を子音に含めることで、混合励磁モータは並列励磁モータに比べて始動トルクが大きくなります。 励磁巻線が反対方向にオンになると、モーターは剛性の機械的特性を獲得します。 負荷が増加すると、直列巻線の磁束が増加し、並列巻線の磁束を差し引くと、合計励磁磁束が減少します。 この場合、エンジン回転速度は低下しないだけでなく、上昇することさえあります (図 6.19)。 どちらの場合も、並列巻線に磁束が存在すると、負荷が取り除かれたときにエンジンの「広がり」モードがなくなります。
17.混励エンジンの特徴
混励モータの模式図を図1に示します。 1. このモーターには、電機子回路に並列に接続された並列 (シャント、SHO) と電機子回路に直列に接続された直列 (シリアル、CO) の 2 つの励磁巻線があります。 これらの磁束巻線は、またはカウンターに従って接続できます。
米。 1 - 混合励磁の電気モーターのスキーム。
励起巻線が一致してオンになると、それらの MMF が追加され、結果として生じる磁束 Ф は、両方の巻線によって生成される磁束の合計にほぼ等しくなります。 反対の接続では、結果として生じる磁束は、並列巻線と直列巻線の磁束の差に等しくなります。 これに応じて、混合励磁電動機の特性と特性は、巻線をオンにする方法とそれらのMMFの比率に依存します。
速度特性 n=f (Ia) (U=Un および Iв=const で) (ここで、Iв は並列巻線の電流です)。
負荷が増加すると、巻線の子音を含む結果として生じる磁束が増加しますが、直列励磁モーターよりも程度が低いため、この場合の速度特性は並列の速度特性よりも柔らかくなります。励磁モーターですが、直列励磁モーターよりも剛性があります。
巻線の MMF 間の比率は、広範囲にわたって変化する可能性があります。 直列巻線が弱いモーターは、速度特性がわずかに低下します (曲線 1、図 2)。
米。 2 - 混合励磁エンジンの速度特性。
MMF の生成における直列巻線の割合が大きいほど、速度特性は直列励磁モータの特性に近づきます。 図 2 の線 3 は混励モータの中間特性の 1 つを示し、比較のために順次励磁モータの特性を示します (曲線 2)。
直列巻線が反対方向にオンになると、結果として生じる磁束は負荷の増加とともに減少し、モーター速度の増加につながります (曲線 4)。 このような速度特性では、エンジンの動作が不安定になる可能性があります。 直列巻線の磁束は、結果として生じる磁束を大幅に減少させる可能性があります。 したがって、逆巻線のモーターは使用されません。
機械的特性 n=f (M)、U=Un、Iv=定数。 混励モータを図 3 (2 行目) に示します。
米。 3 - 混合励磁エンジンの機械的特性。
これは、並列 (曲線 1) 励磁と直列 (曲線 3) 励磁のモーターの機械的特性の間に位置します。 両方の巻線のMMFを適切に選択することにより、並列または直列励磁モータに近い特性を持つ電動機を得ることができます。
順次、並列、および混合励磁のエンジンの範囲。
したがって、直列励磁モーターの場合、トルクの過負荷はそれほど危険ではありません。 この点で、直列励磁モータは、始動条件が困難な場合や負荷トルクが広範囲に変化する場合に大きな利点があります。 それらは、電気牽引（路面電車、地下鉄、トロリーバス、鉄道の電気機関車およびディーゼル機関車）、および持ち上げおよび輸送設備で広く使用されています。
自然な高速性と機械的特性、並列励磁のエンジンの範囲。
自然な高速性と機械的特性、混合励磁のエンジンの範囲。
DCモーターの完全な機械的特性により、電気モーターの主な特性を正しく決定し、今日の機械または技術タイプのデバイスのすべての要件への準拠を制御できます。
設計上の特徴
静的に固定されたフレームの表面に配置された回転放電要素によって表されます。 このタイプのデバイスは広く使用されており、ドライブの回転運動の安定した状態でさまざまな高速制御を提供する必要がある場合に使用されます。
建設的な観点から、DPT のすべてのタイプは次のように表されます。
- 特殊な導電性巻線でコーティングされた多数のコイル要素の形のローターまたはアンカー部分。
- いくつかの磁極によって補完された標準フレームの形の静的インダクタ。
- シャフト上に配置され、銅層状絶縁体を有する機能的な円筒形ブラシコレクター。
- ローター部分に十分な量の電流を供給するために使用される静的に固定された接触ブラシ。
原則として、PT電動機にはグラファイトと銅 - グラファイトタイプの特別なブラシが装備されています。 シャフトの回転運動は、接点グループの開閉を引き起こし、スパークの原因にもなります。
一定量の機械的エネルギーがローター部分から他の要素に供給されますが、これはベルト式トランスミッションの存在によるものです。
動作原理
同期反転機能デバイスは、固定子と回転子によるタスクのパフォーマンスの変化によって特徴付けられます。 最初の要素は磁場を励起する役割を果たし、この場合の2番目の要素は十分な量のエネルギーを変換します。
磁場内でのアンカーの回転は、EMF を使用して誘導され、動きは右手の法則に従って方向付けられます。 180° の回転には、EMF の動きの標準的な変化が伴います。
DCモーターの動作原理
コレクタは、脈動電圧の除去を引き起こし、定電流値の形成を引き起こすブラシ機構によって2つのターンに接続され、電機子脈動の低減は追加のターンによって実行されます。
機械的特性
今日まで、さまざまなタイプの励起を持つ、いくつかのカテゴリのPT電気モーターが操作されています。
- 巻線電力が独立したエネルギー源によって決定される独立型。
- 電機子巻線が励磁巻線要素と直列に接続されている直列タイプ。
- 並列タイプ。回転子巻線が電気回路内で電源に平行な方向に接続されています。
- いくつかの直列および並列巻線要素の存在に基づく混合タイプ。
独立励磁DPTのDCモータの機械的特性
機械的モーターの特性は、自然な外観と人工的な外観の指標に分けられます。 DPT の明白な利点は、パフォーマンスの向上と効率の向上によって表されます。
定電流値を持つデバイスの特別な機械的特性により、外部からの負の影響に容易に耐えることができます。これは、水分が構造に入るのを完全に排除する密閉要素を備えた密閉ケースによって説明されます。
独立励起のモデル
PT NV モーターには、別のタイプの電力源に接続された巻線励起があります。 この場合、DPT NVの巻線励磁回路には調整タイプのレオスタットが追加され、アンカー回路には追加のまたは始動用のレオスタット要素が供給されます。
このタイプのモーターの際立った特徴は、電機子電流からの電流励起の独立性です。これは、巻線励起の独立した供給によるものです。
独立並列励磁の電動機の特性
独立したタイプの励起による線形の機械的特性:
- ω - 回転数の指標;
- U - 操作されたアンカー チェーンの電圧インジケーター。
- Ф - 磁束のパラメータ。
- R I および R d - アンカーのレベルと追加の抵抗。
- Α - エンジン設計定数。
このタイプの方程式は、シャフトのモーメントに対するモーターの回転速度の依存性を決定します。
直列励起モデル
PTV付きDPTは、励磁巻線が電機子巻線に直列に接続された定電流値の電気式デバイスです。 このタイプのエンジンは、次の等式の有効性によって特徴付けられます。電機子巻線を流れる電流は、巻線励起の電流、または I \u003d I in \u003d I i に等しくなります。
連続励磁と混合励磁の機械的特性
直列励磁タイプの場合：
- n 0 - アイドリング状態でのシャフト速度の指標。
- Δ n - 機械的負荷条件下での回転速度の変化の指標。
y軸に沿った機械的特性のシフトにより、それらは互いに完全に平行な配置のままになることができます。これにより、アンカーチェーンに供給される特定の電圧Uの変化に伴う回転周波数の調整が有利になります。できるだけ。
混励モデル
混合励磁は、並列励磁デバイスと直列励磁デバイスのパラメーター間の配置によって特徴付けられます。これにより、始動トルクの重要性が容易に保証され、アイドリング状態でのエンジン機構の「広がり」の可能性が完全に排除されます。
混合タイプの励起の条件下では:
混励エンジン
混合タイプの励起が存在する場合のモーター回転数の調整は、並列励起を持つエンジンとの類推によって実行され、MDS巻線を変更すると、ほぼすべての中間機械特性が得られます。
機械特性式
DCT の最も重要な機械的特性は、自然および人為的な基準によって表されますが、最初のオプションは、モーター巻線回路に追加の抵抗がない場合の定格電源電圧に匹敵します。 指定された条件のいずれかに準拠していない場合、特性を人工的であると見なすことができます。
ω \u003d U i / kФ - (R i + R d) / (kФ)
同じ方程式は、ω = ω o.id の形式で表すことができます。 - Δω、ここで:
- ωo.id。 \u003d U i / k F
- ω o.id - アイドル理想ストロークの角速度の指標
- Δ ω = メモリ。 [(R i + R d) / (k Ф) 2] - 電機子回路の比例抵抗によるモーター シャフトへの負荷の影響下での角速度の減少
機械式の特性は、標準的な安定性、剛性、直線性で表されます。
結論
使用される機械的特性によると、どのDPTも、その設計のシンプルさ、アクセスしやすさ、シャフト速度を調整する機能、およびDPVの始動の容易さによって際立っています。 とりわけ、このようなデバイスは発電機として使用でき、コンパクトな寸法であるため、グラファイトブラシがすぐに摩耗する、高コストである、電流整流器を接続する必要があるなどの欠点が解消されます。
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エンジン図。 シーケンシャル モーター図 励起は図に示されています。 1.31。 ネットワークからモーターが消費する電流は、アーマチュアと、アーマチュアに直列に接続された界磁巻線を流れます。 したがって、私は\u003d私\u003d私cです。
また、アーマチュアと直列に起動抵抗器 R p が接続されており、並列励磁モータと同様に、解放後に出力されます。
機械式特徴。 機械特性式は式(1.6)より求められます。 (0.8 - 0.9) Inom 未満の負荷電流では、モーターの磁気回路は飽和しておらず、磁束 Ф は電流 I に比例すると仮定できます。 (大電流では、係数 k は多少減少します)。 (1.2) の Φ を置き換えると、М = С m kI が得られます。
Φ を (1.6) に代入します。
n= 
(1.11)
(1.11) に対応するグラフを図 1 に示します。 1.32 (曲線 1)。 負荷トルクが変化すると、エンジン回転数が劇的に変化します。このタイプの特性は「ソフト」と呼ばれます。 アイドリング時、M » 0 の場合、エンジン速度は際限なく上昇し、エンジンは「切れて」しまいます。 
直列励磁モータの消費電流は、負荷の増加に伴い、並列励磁モータよりも増加しません。 これは、電流の増加と同時に励磁磁束が増加し、トルクがより低い電流での負荷トルクに等しくなるという事実によって説明されます。 順次励磁エンジンのこの機能は、電動車両、巻き上げおよび輸送機構、その他の装置など、エンジンの機械的過負荷が大きい場合に使用されます。
周波数制御回転。 前述のように、DC モーターの速度制御には 3 つの方法があります。
励磁を変更するには、励磁巻線と並列にレオスタット R p1 をオンにするか (図 1.31 を参照)、アーマチュアと並列にレオスタット R p2 をオンにします。 レオスタット R p1 が励磁巻線と並列にオンになると、磁束 Ф を公称値から最小 Ф min に減らすことができます。 この場合、エンジン回転数は増加します (式 (1.11) では、係数 k は減少します)。 この場合の機械的特性を図1に示します。 1.32、曲線2、3。電機子と並列にレオスタットをオンにすると、界磁巻線の電流、磁束、係数kが増加し、エンジン速度が低下します。 この場合の機械的特性を図 1 に示します。 1.32、曲線4、5。ただし、レオスタットでの電力損失とエンジンの効率が低下するため、アーマチュアと並列に接続されたレオスタットによる回転の調整はほとんど使用されません。
レオスタット R p3 を電機子回路に直列に接続すると、電機子回路の抵抗を変更して速度を変更することができます (図 1.31)。 レオスタット R p3 はアーマチュア回路の抵抗を増加させ、自然特性に比べて回転速度を低下させます。 ((1.11) では、R i の代わりに R i + R p3 を代入する必要があります。) この調整方法の機械的特性を図 1 に示します。 1.32、曲線 6、7。このような調整は、調整レオスタットでの損失が大きいため、比較的めったに使用されません。
最後に、並列励磁モーターのように主電源電圧を変更することによる回転速度の調整は、エンジンが別の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にのみ、回転速度を下げる方向でのみ可能です。 この調整方法の機械的特性を図 1 に示します。 1.32、曲線 8. 2 つのモーターが共通の負荷で動作している場合、並列接続から直列接続に切り替えることができ、各モーターの電圧 U が半分になり、それに応じて回転速度が低下します。
エンジンのブレーキモード順次励起。 回転速度 n>n x (n x = ) を得ることができないため、順次励磁モーターのネットワークへのエネルギー伝達を伴う回生制動モードは不可能です。
逆制動モードは、電機子巻線または界磁巻線の端子を切り替えることにより、並列励磁モータと同様に得ることができます。
固有速度と機械的特性、範囲
直列励磁モーターでは、電機子電流は同時に励磁電流でもあります。 私=で 私 a = 私. したがって、フロー Ф δ は広い範囲で変化し、次のように書くことができます。
  | (3) |
  | (4) |
図 1 に示すエンジンの速度特性 [式 (2) を参照] は、ソフトで双曲線的な特性を持っています。 で kФ = const 型の曲線 n = へ(私) は破線で表示されます。 小さい時 私エンジン速度が許容できないほど高くなります。 したがって、最小のものを除いて、直列励磁モーターの操作はアイドル状態では許可されておらず、ベルトドライブの使用は受け入れられません。 通常は最小許容荷重 P 2 = (0,2 – 0,25) P n.
直列励磁モータの固有特性 n = へ(M) 関係 (3) に従って、図 3 (曲線 1 ).
並列励磁モーターなので M ∼ 私、および順次励磁モーターの場合はおおよそ M ∼ 私² および起動時に許可 私 = (1,5 – 2,0) 私 n の場合、直列励磁モーターは、並列励磁モーターに比べて大幅に大きな始動トルクを発生します。 また、並列励磁モーターの場合 n≒ const であり、連続励磁モーターの場合、式 (2) および (3) によると、およそ ( R= 0)
n ∼ う / 私 ∼ う / √M .
したがって、並列励磁モーターの場合
P 2＝Ω× M= 2π × n × M ∼ M ,
および直列励磁モーター用
P 2 = 2π × n × M ∼ √ M .
このように、直列励磁モータの場合、負荷トルクが変化すると M st = M広い範囲で、電力は並列励磁モーターの変動よりも少ない範囲で変動します。
したがって、直列励磁モーターの場合、トルクの過負荷はそれほど危険ではありません。 この点で、直列励磁モータは、始動条件が困難な場合や負荷トルクが広範囲に変化する場合に大きな利点があります。 それらは、電気牽引（路面電車、地下鉄、トロリーバス、鉄道の電気機関車およびディーゼル機関車）、および持ち上げおよび輸送設備で広く使用されています。
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| 図 2. 励磁巻線をシャントして直列励磁モーターの回転速度を制御する方式 ( あ)、アーマチュア シャント ( b）および電機子回路に抵抗を含める（ Ⅴ) |
回転速度が上昇すると、逐次励磁エンジンは発電機モードに切り替わりませんので注意してください。 図1では、これは特性が n = へ(私) は y 軸と交差しません。 物理的には、これは、発電機モードに切り替えると、特定の回転方向と特定の電圧極性で、電流の方向が反対に変化し、起電力（emf）の方向が変わるという事実によって説明されます。 え a と極の極性は変更しないでおく必要がありますが、励磁巻線の電流の方向が変わると、後者は不可能です。 したがって、順次励磁モータを発電機モードに移行するには、励磁巻線の両端を切り替える必要があります。
弱め界磁によるスピードコントロール
規制 n磁場を弱めることによって、励起巻線を抵抗で分路することによって生成されます R w.h (図 2、 あ）、またはワークに含まれる励磁巻線の巻数を減らすことによって。 後者の場合、励磁巻線から適切な出力を提供する必要があります。
励磁巻線の抵抗 Rその両端の電圧降下が小さい場合、 R w.v も小さくする必要があります。 抵抗の損失 Rしたがって、sh.v は小さく、シャント中の合計励起損失はさらに減少します。 その結果、エンジンの効率は高いままであり、この調整方法は実際に広く使用されています。
励磁巻線をシャントする場合、値からの励磁電流 私に減少します
とスピード nそれに応じて増加します。 この場合、式 (2) と (3) を置き換えると、速度と機械的特性の式が得られます。 kオン kふ k o.v、どこで
励起減衰係数です。 速度を調整する場合、界磁巻線の巻数の変化
k OV = w v.slave / w c.フル
図 3 に示す (曲線 1 , 2 , 3 ) 特徴 n = へ(M) いくつかの値での速度制御のこの場合 k o.v (値 k r.v = 1 は自然特性に対応します 1 , k r.v = 0.6 - 曲線 2 , k r.v = 0.3 - 曲線 3 ）。 特性は相対単位で与えられ、次の場合に対応します。 k f = const および R* = 0.1。
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| 図 3. さまざまな速度制御方法を持つ直列励磁モーターの機械的特性 |
アーマチュアのシャントによる速度制御
アンカーをシャントする場合 (図 2、 b) 電流と励磁磁束が増加し、速度が低下します。 電圧が下がったので R×で 私小さいので受け入れられる R≈ 0 の場合、抵抗 R sh.aは実質的にネットワークの全電圧下にあり、その値は重要であり、その損失は大きくなり、効率は大幅に低下します。
また、アーマチュアシャントは磁気回路が飽和していない場合に有効です。 この点で、アーマチュア シャントが実際に使用されることはめったにありません。
図 3 曲線 4 n = へ(M） で
私 w.a≒ う / R w.a = 0.5 私 n.
電機子回路に抵抗を含めることによる速度制御
電機子回路に抵抗を含めることによる速度制御 (図 2、 Ⅴ）。 このメソッドを使用すると、調整できます n公称値よりダウン。 同時に効率が大幅に低下するため、この調整方法は使用が制限されます。
この場合の速度と機械的特性の式は、式 (2) と (3) を置き換えると得られます。 Rそして R+ Rら。 特性 n = へ(M) この種の速度制御の場合 R pa* = 0.5 は、曲線として図 3 に示されています。 5 .
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| 図 4. 回転速度を変更するための直列励磁モーターの並列および直列接続 |
電圧速度制御
このように、あなたは調整することができます n高効率を維持しながら公称値からダウン. 考慮された調整方法は、輸送設備で広く使用されており、各駆動軸に個別のモーターが取り付けられており、モーターをネットワークへの並列接続から直列接続に切り替えることによって調整が実行されます (図4)。 図 3 曲線 6 特徴です n = へ(M) この場合の う = 0,5う n.
