Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Характеристики машин постоянного тока

Характеристики машин постоянного тока

Рассмотрим лишь основные характеристики, которые необходимы как для технической эксплуатации, так и для правильного обеспечения действующих и проектируемых электрифицированных технологических процессов.

Рабочие характеристики ДПТ — зависимости скорости вращения ω, электромагнитного вращающего момента М, тока якоря Iа и КПД η от мощности на валу — нагрузки Р со стороны рабочей машины (рис.1.4) при неизменных значениях U и IB . На рисунке представлены рабочие характеристики двигателя параллельного возбуждения. Из рисунка видно, что работа ДПТ с малой нагрузкой Рx не экономична.

Рис.1.4 Рабочие характеристики машины постоянного тока в двигательном режиме

Механические характеристики ДПТ — зависимости скорости вращения ω от вращающего момента электромагнитного происхождения на валу при неизменных напряжении сети U и токе возбуждения IB. Так как для ДПТ, например, параллельного (независимого) возбуждения

где : Rя – полное активное сопротивление якоря;

Се и См – конструктивные константы ДПТ

то скорость ДПТ в этом частном случае будет определяться зависимостью:

(1.11)

где ω — скорость идеального холостого хода.

Из аналитической зависимости механической характеристики ω(М) (1.11) видно, что при U = const., IB = const и RЯ = const для ДПТ независимого (параллельного) возбуждения она есть прямая в отрезках 1(см рис.1.5).

Она показывает три основных режима работы ДПТ: режим холостого хода — РХХ, режим номинальной работы — РНР и режим короткого замыкания — РКЗ. Эта зависимость ω(М) называется естественной механической характеристикой, если она получена при естественных условиях: U = UH, IB = IBн, RЯ = RЯ и искусственной, если получена при изменении U, СE, СM и RЯ.

Для сравнения с естественной механической характеристикой 1 на рис.1.5 показаны естественные характеристики ДПТ последовательного2 и смешанного 3 возбуждения. Видно, что ДПТ с последовательным возбуждением при холостом ходе имеет бесконечную скорость вращения, при которой якорь машины выходит из строя. Поэтому ДПТ с последовательным возбуждением можно применять в приводах таких рабочих машин и механизмов, которые постоянно нагружают двигатель, например, механизмы позиционирования транспортного оборудования, вентиляторы, компрессоры.

Рис.1.5 Механические характеристики двигателей постоянного тока

Аналитическое выражение механических характеристик ДПТ независимого или параллельного возбуждения (1.11) показывает, что регулирование скорости при неизменной нагрузке М можно осуществлять на основе трех принципов:

1. за счет изменения напряжения сети U при неизменных магнитном потоке Ф и сопротивлении якоря RЯ:

(1.12)

2. за счет изменения тока возбуждения IB при неизменных напряжении U и сопротивлении RЯ:

(1.13)

3. за счет изменения сопротивления цепи якорной обмотки при неизменных напряжении U и магнитном потоке Ф:

(1.14)

2. Пример определения параметров и естественной механической характеристики ДПТ по его каталожным данным и анализ нагрузочных режимов

Пусть необходимо определить параметры привода с одним ДПТ и приведенным моментом инерции системы ДПТ — РМ (1, 2—1,5) ЈЯ, сравнить среднюю мощность потребления энергии из сети при пуске и в режимах согласованной и номинальной нагрузки, а также исследовать нагрузочные режимы заданной системы.

Алгоритм расчета

1. Электрический ток в обмотке якоря при номинальном режиме двигателя (А)

(2.1)

2. Номинальный коэффициент полезного действия

(2.2)

3. Электрическое сопротивление эквивалентного якоря (Ом)

(2.3)

4. Основной параметр при номинальной нагрузке (с -1 )

(2.4)

где n – скорость вращения якоря, об/мин

5. Величина противоЭДС (В), индуктируемая в обмотке якоря при номинальном основном параметре

(2.5)

6. Номинальная электромагнитная мощность (Вт)

(2.6)

7. Вращающий момент электромагнитного происхождения при номинальной нагрузке (Н • м)

(2.7)

8. Второй основной параметр — скорость идеального холостого хода (c -1 )

(2.8)

9. Основной параметр при номинальном моменте сопротивления рабочей машины (с -1 )

(2.9)

10. Естественная механическая характеристика — прямая в отрезках с координатами [М = 0; ω = ω]; [М = МН; ω = ωН]. Характеристику следует построить в масштабе на миллиметровой бумаге и проверить, с какой точностью точка [ω = ω2; M = 2MH] ложится на полученную характеристику (см. рис.2.1).

Рис.2.1 Результаты расчета естественной механической характеристики ДПТ по его каталожным данным

11. По естественной механической характеристике определить момент короткого замыкания М = MK и найти третий основной параметр — электромеханическую постоянную времени (с) системы по соотношению

(2.10)

где J – момент инерции ДПТ

12. Время разгона привода (с) с принятым двигателем от скорости покоя ω = 0 до скорости номинального режима ω = ωH

(2.11)

13. Кинетическая энергия (Дж) вращающихся частей привода при номинальном режиме

(2.12)

14. Потери электроэнергии (Дж) в приводе при пуске системы ДПТ –

РМ от ω = 0 до ω = ωH

(2.13)

15. Электрическая энергия (Дж), поступающая из сети к ДПТ за время пуска,

(2.14)

16. Средняя мощность потребления энергии из сети при пуске, (Вт)

(2.15)

17. Сопоставление средней пусковой мощности с мощностью номинального режима:

(2.16)

Примечание. Здесь целесообразно остановиться и сделать выводы в направлениях:

• оценки момента короткого замыкания по сравнению с номинальным вращающим моментом;

• сопоставления скоростей ω, ωH и ω1 , а также напряжения и противоЭДС;

• сравнения мощности пуска с номинальной установленной мощностью потребления энергии ДПТ из сети.

Анализ режимов

Анализ нагрузочных режимов можно осуществить по графикам технико — экономических показателей привода с заданным ДПТ, например: двигатель типа П-71 с паспортными (каталожными) данными РН = 10 кВт; nН = 1000 мин -1 ; UH = 220 В; IH = 63 А; GД 2 = 1,3 кГ • м 2 .

Расчет параметров и построение естественной механической характеристики выполнены с результатами:

Зависимости Р(М, ω) и ηC(М, ω) по данным графика естественной ме­ханической характеристики ДПТ получаются также при использовании аналитического выражения (1.11)

(2.17)

где: Р2 — мощность на валу ДПТ — нагрузка с учетом граничных условий естественной механической характеристики двигательного режима

(2.18)

ηс — коэффициент полезного действия системы ДПТ-РМ, работающей в естественных электромеханических условиях при равенстве коэффициентов СE и СM, в зависимости от момента на валу — нагрузки со стороны рабочей машины Р

(2.19)

график η (М,ω) есть прямая, пересекающая оси координат ω – ηС — М в точках РХХ и РКЗ;

графическая зависимость Р(М, ω) по данным расчета является квадратичной функцией и представляет собой параболу с осью симметрии, параллельной оси Р и расположенной примерно на расстоянии 0,5 • МК от точки Р = 0 . Функция имеет два нуля при РХХ к РКЗ.

Обобщение и выводы

Из графиков ω (М), ηС (М,ω) и Р(М,ω) (см. рис. 2.1) видно, что при естественных электромеханических условиях ДПТ типа П-71 в приводе может иметь, кроме режима холостого хода РХХ и режима номинальной работы РНР, и другие двигательные режимы, при которых мощностная нагрузка на валу двигательного устройства не может быть более 24,2 кВт — режим согласованной работы РСР, а моментная нагрузка не мо­жет быть выше 793, 6 Н • м — режим короткого замыкания РКЗ. При возрастании момента сопротивления РМ сверх 400Н . м — автоматически начинает падать механическая мощность, развиваемая ДПТ. Режим со­гласованной работы и режим короткого замыкания можно сравнить с РНР по таким относительным технико-экономическим показателям:

Читать еще:  Шаговый двигатель как генератор ветрогенератора

которые показывают, что с увеличением моментной нагрузки на ДПТ более, чем в 3,5 раза по сравнению с номинальной, наблюдается снижение скорости вращения системы ДПТ-РМ в 1,75 раза, а ее КПД — в 1,44 раза.

В качестве выводов следует указать, что заданную систему ДПТ-РМ можно длительно использовать в пределах режимов РХХ-РНР, а в РСР — кратковременно с целью получения значительной мощности преобразования механической энергии вращения и крутящего момента на валу при низких технических (ω) и экономических (ηС) показателях. Кратковременность использования системы диктуется опасностью перегрева обмоток ДПТ за счет значительных токов РСР и особенно РКЗ и выхода его из строя, поэтому в процессе технической эксплуатации электродвигателей необходимо постоянно следить за их нагрузкой, не допуская перегрева.

В машинах постоянного тока ЭДС и токи в якорной обмотке являются переменными, а во внешней цепи — выпрямленными одной полярности. Такие машины обратимы, они могут работать как генератором, так и двигателем с независимым возбуждением, параллельным, последовательным и смешанным самовозбуждением. При постоянном магнитном потоке их вращающие моменты и ЭДС соответственно пропорциональны току и скорости.

Технические возможности МПТ определяются их электромеханическим состоянием и статическими характеристиками: внешними, регулировочными, рабочими и механическими. Зависимость КПД от нагрузки определяется скоростью постоянных (магнитных) и переменных (электрических и механических) потерь в машине, а ее вид подобен графику (см. рис.1.4 ) и понятен из соотношений (1.11).

Работа МПТ в системе ДПТ-РМ, где рабочая машина является потре­бителем активной энергии, а двигатель — ее источником, может харак­теризоваться четырьмя режимами: холостого хода РХХ, номинальным РНР, согласованным РСР и режимом короткого замыкания РКЗ. При этом КПД системы и ее основной параметр ω прямолинейно (для систем параллельного или независимого возбуждения) зависят от нагрузки М со стороны рабочей машины.

Механические характеристики электродвигателей постоянного тока

Характерной особенностью электродвигателя с независимым возбуждением, является то, что его ток возбуждения Iв не зависит от тока Iя в обмотке якоря (тока нагрузки). Поэтому, пренебрегая размагничивающим действием реакции якоря, можно приближенно считать, что и поток возбуждения двигателя Ф не зависит от нагрузки. При этом условии получим, что зависимости электромагнитного момента М и частоты вращения n от тока Iя будут линейными. Следовательно, линейной будет и механическая характеристика двигателя — зависимость n (М) (рис.).

У двигателя с параллельным возбуждением в цепь обмотки возбуждения включен регулировочный реостат Rрв, а в цепь обмотки якоря — пусковой реостат Rп. В рассматриваемом электродвигателе имеет место, по существу, раздельное питание цепей обмоток якоря и возбуждения, вследствие чего ток возбуждения Iв не зависит от тока обмотки якоря Iв. Поэтому электродвигатель с параллельным возбуждением будет иметь такие же характеристики, как и двигатель с независимым возбуждением. Однако двигатель с параллельным возбуждением работает нормально только при питании от источника постоянного тока с неизменным напряжением. Двигатели с параллельным возбуждением применяются для привода станков и различных механизмов, требующих широкой, но жесткой регулировки скорости.

У двигателя последовательного возбуждения якорная обмотка и обмотка возбуждения включены последовательно. Ток возбуждения двигателя одновременно является током якоря. Магнитный поток индуктора пропорционален току якоря.

где k — коэффициент пропорциональности.
Момент на валу двигателя пропорционален квадрату тока якоря.

.

Уравнение механической характеристики двигателя последовательного возбуждения выглядит следующим образом:

.

Механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения является мягкой и имеет гиперболический характер (рис. ниже ). При малых нагрузках магнитный поток Ф сильно уменьшается, частота вращения n резко возрастает и может превысить максимально допустимое значение (двигатель идет вразнос). Работа двигателя последовательного возбуждения без нагрузки недопустима. Поэтому такие двигатели нельзя применять для привода механизмов, работающих в режиме холостого хода и при небольшой нагрузке (различные станки, транспортеры и пр.).

Несмотря на указанный недостаток, двигатели с последовательным возбуждением широко применяют, особенно там, где имеют место изменения нагрузочного момента в широких пределах и тяжелые условия пуска: во всех тяговых приводах (электровозы, тепловозы, электропоезда, электрокары, электропогрузчики и пр.), а также в приводах грузоподъемных механизмов (краны, лифты и пр.). Объясняется это тем, что при мягкой характеристике увеличение нагрузочного момента приводит к меньшему возрастанию тока и потребляемой мощности, чем у двигателей с независимым и параллельным возбуждением; поэтому двигатели с последовательным возбуждением лучше переносят перегрузки. Кроме того, эти двигатели имеют большой пусковой момент, чем двигатели с параллельным и независимым возбуждением, так как при увеличении тока обмотки якоря при пуске соответственно увеличивается и магнитный поток.

Электродвигатель со смешанным возбуждением. В этом электродвигателе (рис.) магнитный поток Ф создается в результате совместного действия двух обмоток возбуждения — параллельной (или независимой) и последовательной, по которым проходят токи возбуждения Iв1 и Iв2 = Iя. Поэтому

где Фпосл — магнитный поток последовательной обмотки, зависящий от тока Iя; Фпар — магнитный поток параллельной обмотки, который не зависит от нагрузки (определяется током возбуждения Iв1).

Механическая характеристика электродвигателя со смешанным возбуждением (рис.) располагается между характеристиками двигателей с параллельным (прямая 1) и последовательным (кривая 2) возбуждением. В зависимости от соотношения магнитодвижущих сил параллельной и последовательной обмоток при номинальном режиме можно приблизить характеристики двигателя со смешанным возбуждением к характеристике 1 (кривая 3 при малой м. д. с. последовательной обмотки) или к характеристике 2

Двигатель смешанного возбуждения имеет механическую характеристику, представляющую собой нечто среднее между механическими характеристиками двигателя параллельного и последовательного возбуждения.

(кривая 4 при малой м. д. с. параллельной обмотки). Достоинством двигателя со смешанным возбуждением является то, что он, обладая мягкой механической характеристикой, может работать при холостом ходе, когда Фпосл = 0. В этом режиме частота вращения его якоря определяется магнитным потоком Фпар и имеет ограниченное значение (двигатель не идет вразнос).

Двигатели постоянного тока момент характеристика

Главное меню

  • Главная
  • Паровые машины
  • Двигатели внутреннего сгорания
  • Электродвигатели
  • Автоматическое регулирование двигателей
    • Автоматические регуляторы непрямого действия
    • Автоматические регуляторы прямого действия
    • Автоматическое регулирование
    • Двигатель как регулируемый объект
      • Угол опережения впрыска топлива в двигателе
      • Автоматическое регулирование температуры в системах охлаждения и смазки двигателя
      • Регулируемый наддув в двигателе
      • Установка автоматического регулятора угловой скорости в двигателе
      • Установка на двигателях автоматических регуляторов и устройств
      • Дифференциальное уравнение дизеля без наддува
      • Дифференциальное уравнение дизеля с автономным газотурбинным наддувом
      • Расчет циклов подачи топлива
      • Дифференциальное уравнение выпускного коллектора
      • Дифференциальное уравнение впускного коллектора
      • Дифференциальное уравнение турбокомпрессора
      • Передаточная функция двигателя
      • Дифференциальное уравнение двигателя
      • Переходные процессы в работе двигателя
      • Неустановившиеся режимы работы двигателей
      • Устойчивость режимов работы двигателей
      • Выработка энергии двигателем для потребителей
      • Статические характеристики двигателя
      • Режимы работы двигателя
      • Схема комбинированного двигателя
      • Особенности двигателя как регулируемого объекта
    • Двухимпульсные автоматические регуляторы
    • Динамические свойства элементов системы двигателя
    • Компоновка регулятора с двигателем
    • Параллельная работа двигателя
    • Переходные процессы в системах авто. регулирования
    • Синтез систем автоматического регулирования
    • Системы автоматического регулирования двигателей
    • Устойчивость систем автоматического регулирования
  • Восстановление и ремонт двигателей СМД
  • Топливо для двигателей
  • Карта сайта
Читать еще:  Что такое перезагрузка двигателя

Судовые двигатели

  • Судовые двигатели внутреннего сгорания
  • Судовые паровые турбины
  • Судовые газовые турбины
  • Судовые дизельные установки

Работа электропривода характеризуется в первую очередь механической характеристикой двигателя ? = f (М) или n = f (М). Для двигателя постоянного тока также часто исполь­зуют электромеханические характеристики ? = f ( я ) или n = f ( I я ), где ?, n, I я , М — соответственно угловая скорость, частота вращения, сила тока якоря и вращающий момент двига­теля. Механические характеристики можно рассчитывать как в абсолютных, так и в относительных единицах. Для двигателей постоянного тока наибольшее распространение получил расчет характеристик в относительных единицах.

При расчетах в относительных единицах за базисные величины принимают номинальные данные двигателя I я , М ном , U ном , n ном . Иногда в качестве базисных принимают величины, отличающиеся от номинальных (например, момент статической нагрузки). Вели­чины, выражаемые в относительных единицах, в дальнейшем будут обозначены знаком.

Сопротивления главной цепи в относительных единицах опре­деляют в долях номинального сопротивления.. Под номинальным понимают такое сопротивление цепи якоря, которое при непо­движном якоре и номинальном расчетном напряжении U ном обусловливает номинальную силу тока в якоре:

Сопротивление цепи якоря складывается из внутреннего и внешнего сопротивлений. Значения внутреннего сопротивления обмоток двигателей серий ДП и Д в долях номинального при ПВ = 25 % приведены в табл. 2.23. В графе r я * указано сопроти­вление якоря и дополнительных полюсов двигателей, а в графе rn * — сопротивление обмотки двигателей последовательного воз­буждения. Сопротивление стабилизирующих обмоток двигателей параллельного возбуждения настолько мало, что им можно пре­небречь. При расчете типовых характеристик для группы двига­телей сопротивление обмоток следует определять как среднее арифметическое значений, приведенных в соответствующих стро­ках табл. 2.23.

Расчет механических характеристик двигателей в относитель­ных единицах приведен ниже и является универсальным. Этот метод расчета пригоден для различных способов возбуждения и соединения обмоток.

Схема включения двигателя изображена на рис. 2.12, на кото­ром показаны три варианта (1, 2, 3) включения обмоток после­довательного возбуждения. Сила тока в этих обмотках обозна­чена через I п1 , I п2 , I п3 . Обмотка параллельного возбуждения в общем случае получает питание от независимого источника с напряжением U в .

При расчете механических характеристик, как правило, используют известные схему включения обмотки последова­тельного возбуждения, сопро­тивления последовательной и шунтирующей цепей R п и R ш , напряжение источника пита­ния цепи якоря (главной цепи) U г , МДС обмотки параллель­ного возбуждения и соотно­шение между МДС обмоток последовательного и параллельного возбуждения при номиналь­ной нагрузке. Напряжение U г может иметь независимое от на­грузки значение U г — const (сеть постоянного тока). При приме­нении вращающихся или статических преобразователей энергии задают внешнюю характеристику этих преобразователей U г = f (I) (I — сила тока нагрузки).

МДС главных полюсов двигателя обусловлена суммарным действием электрического тока в обмотках возбуждения, рас­положенных на этих полюсах. Поскольку номинальная МДС, принятая за базисную, складывается из МДС обмотки параллель­ного возбуждения и МДС обмотки последовательного возбуждения или стабилизирующей обмотки, то можно принять, что МДС обмотки параллельного возбуждения в относительных единицах будет составлять 0,5 для двигателей серий ДП и Д смешанного возбуждения и 0,9 для двигателей серий ДП и Д параллельного возбуждения. На долю обмотки последовательного возбуждения или стабилизирующей обмотки будет приходиться остальная часть МДС. Учитывая, что эта часть соответствует МДС при протека­нии номинального тока, для любой силы тока МДС обмотки после­довательного возбуждения можно выразить следующими форму­лами:

для двигателей серий ДП и Д смешанного возбуждения,

где I* п — сила тока, протекающего по обмотке последовательного возбуждения;

для двигателей параллельного возбуждения со стабилизиру­ющей обмоткой серий ДП и Д

Полная МДС главных полюсов выражается в виде алгебраиче­ской суммы МДС обмоток последовательного и параллельного возбуждения:

В некоторых случаях для реализации повышенных (понижен­ных) частот вращения двигателей МДС обмотки параллельного возбуждения берут меньше (больше) номинальной.

Общий метод расчета механической характеристики двигате­лей постоянного тока в рассматриваемой схеме (см. рис. 2.12) включения заключается в нахождении зависимостей F* = f (I я * ) и I п * = f (I я *) и последующем переходе к зависимости n* = f (М*).

Зависимость силы тока в последовательной обмотке от силы тока якоря двигателя устанавливают по одному из следующих уравнений:

каждое из которых справедливо при наличии обмотки последова­тельного возбуждения только в одной цепи.

Соответственно зависимость ЭДС от силы тока якоря определяют по одной из следующих зависимостей:

Частоту вращения п при заданной силе тока якоря находят по формуле n = Ес E , где Ф — магнитный поток двигателя; с Е — коэффициент пропорциональности напряжения.

Для получения уравнений в относительных единицах введем следующие базисные величины: n б = n ном ; I б = I ном ; Е б = U ном ; Ф б = Ф ном ; R б = R ном . Используя соотношения

Тогда формулу для определения частоты вращения в относи­тельных единицах запишем так:

так как в относительных единицах Ф* = (Е/п)*.

Магнитный поток Ф* для соответствующей силы тока якоря при известной МДС главных полюсов (F* = F* пар + F* п ) опреде­ляют по универсальным нагрузочным характеристикам. Нагру­зочной характеристикой называют зависимость (Е/n)* = f (F*) при постоянной силе тока якоря I* я . Так как вид нагрузочных характеристик зависит от силы тока якоря, то они изображаются в виде семейства кривых, построенных при различных значе­ниях I я . Характеристика при I я = 0 является кривой намагни­чивания двигателя.

На рис. 2.13 показаны универсальные характеристики двига­телей серий ДП и Д. Характеристики изображены в относитель­ных единицах. За базисные величины приняты номинальная МДС главных полюсов двигателя при ПВ = 25 % и номинальный магнитный поток Ф главных полюсов при протекании по якорю двигателя тока номинальной силы при ПВ — 25 % в направле­нии, соответствующем двигательному режиму. Типовые нагрузоч­ные характеристики соответствуют действительным нагрузоч­ным характеристикам конкретных двигателей серий ДП и Д, отличаясь от характеристик, полученных на основе опыта, на 2—3 %.

Электромагнитный момент двигателя (в Н?м)

где c M — коэффициент момента.

Вращающий момент на валу двигателя отличается от электро­магнитного на величину, определяемую механическими потерями и потерями в железе якоря. Таким образом, вращающий момент на валу двигателя может быть представлен в следующем виде:

где ?Р — потери мощности на трение; ?Р ст — потери мощности в стали; k M — коэффициент пропорциональности моментов.

Параметр ?M* = k M * (?P* + ?Р* ст )/n* определяют по кривым, выражающим зависимость ?M* = f (Е/n)* при различ­ных постоянных значениях частоты вращения n*. Такие кривые, построенные в относительных единицах, показаны на рис. 2.14.

Читать еще:  Что такое двигатель первой комплектации

Пользуясь этими кривыми, нетрудно найти момент ?М* при раз­личных магнитных потоках главных полюсов и частотах враще­ния. Коэффициент момента с M можно определить, исходя из того, что при базисных силе тока, магнитном потоке и частоте вращения вращающий момент на валу двигателя также должен быть равен базисному (номинальному). Следовательно, пользуясь выражением (2.39), можно написать, что при М дв = М б = М ном т. е.

Определив по рис. 2.14, что для (Е/n)* = 1 и n* = 1 ?М* = 0,03, найдем

Окончательно формула для определения вращающих моментов на валу имеет вид

Характеристики двигателей постоянного тока. Обычно рассматривают три основные характеристики двигателей постоянного тока:

Обычно рассматривают три основные характеристики двигателей постоянного тока:

Все характеристики, отражающие взаимосвязь между током якоря, механическим моментом на валу двигателя и частотой вращения якоря зависят от способа возбуждения двигателя, поэтому они рассматриваются отдельно для каждой схемы возбуждения двигателя.

3.4.1. Характеристики двигателей с независимым
и параллельным возбуждением

Скоростной характеристикой называют зависимость частоты вращения якоря от тока якоря двигателя при постоянном напряжении питания U = const, равном номинальному напря­же­нию, и постоянном токе возбуждения Iв = const.

Для получения функциональной зависимости скорости вращения якоря от тока воспользуемся уравнением электрического равновесия двигателя

.

Из этого уравнения получаем выражение для частоты вращения

.

В полученной формуле от тока якоря зависят две составляющие: произведение Rя Iя и результирующий магнитный поток машины .

Рис. 3.4

Произведение RяIя, равное падению напряжения на сопротивлении цепи якоря, приводит к пропорциональному уменьшению частоты вращения при увеличении тока якоря. Магнитный поток машины при увеличении тока якоря из-за реакции якоря несколько уменьшается. Эта зависимость магнитного потока от тока якоря нелинейная, поэтому и скоростная характеристика двигателей с независимым и параллельным возбуждением нелинейная (рис. 3.4).

В зависимости от соотношения влияния на частоту вращения падения напряжения Rя Iя и изменения магнитного потока двигателя характеристика скорости может иметь различный вид. На рис. 3.4 кривая 1 представляет собой характеристику скорости двигателя, у которого влияние Rя Iя преобладает перед влиянием потока , кривая 3 представляет собой скоростную характеристику двигателя, у которого влияние потока преобладает перед влиянием падения напряжения на сопротивлении цепи якоря Rя Iя .

Чаще всего встречаются двигатели, у которых уменьшение частоты вращения за счет падения напряжения на сопротивлении цепи якоря преобладает перед влиянием реакции якоря, приводящей к уменьшению магнитного потока.

Характеристикой момента называют зависимость механического момента на валу двигателя от тока якоря при постоянном номинальном напряжении питания U = Uн = const и при постоянном номинальном токе возбуждения Iв= Iвн = const.

Ток якоря ненагруженного двигателя не равен нулю. Это объясняется наличием потерь в двигателе, работающем без нагрузки. Такой ток называется током холостого хода Iяо двигателя.

Используя ранее полученную формулу для определения механического момента на валу двигателя, получаем для двигателя, работающего в режиме холостого хода, формулу: .

Нагруженный двигатель при токе якоря Iя развивает механический момент . Этот развиваемый момент называют электромагнитным.

Механический момент на выходе двигателя равен разности электромагнитного момента и момента холостого хода .

Рис. 3.5

При неизменной величине магнитного потока зависимости и являются прямыми линиями. Однако магнитный поток машины несколько уменьшается при увеличении тока якоря Iя из-за реакции якоря, поэтому характеристики и не являются прямолинейными (рис. 3.5). Максимальное значение тока якоря, при котором якорь ненагруженного двигателя (М2 = 0) начинает вращаться, называют током трогания. Электромагнитный момент в этом случае равен моменту холостого хода.

Особый интерес представляет график зависимости КПД машины от тока якоря (см. рис. 3.5). КПД равен нулю при токах, меньших тока холостого хода или тока трогания (М2 = 0 и Р2 = 0). При дальнейшем увеличении тока КПД увеличивается и достигает максимального значения при токе якоря, равном примерно 0,75Iян. При больших токах КПД начинает уменьшаться. КПД двигате-
лей средней и большой мощности при номинальном токе достига-ет 85 – 95 %.

Основной характеристикой двигателя постоянного тока является механическая характеристика.

Механической характеристикой называют зависимость частоты вращения якоря n от механического момента на валу двигате-
ля M2 при постоянном напряжении питания и постоянном токе возбуждения, т. е. . В дальнейших рассуждениях будем предполагать, что электромагнитный момент равен механическому моменту на выходе двигателя .

Особую роль играет механическая характеристика двигателя при номинальном напряжении питающей сети U = Uн = const и номинальном токе возбуждения Iв = Iвн = const. Такую механическую характеристику называют естественной. Рассматривают и другие механические характеристики, выражающие ту же зависимость , но при других условиях работы, т. е. при других значениях напряжения, при других токах возбуждения и при различных сопротивлениях реостатов, включенных последовательно с якорем. Такие механические характеристики называют искусственными.

Найдем аналитическое уравнение, описывающее механическую характеристику.

В уравнении электрического равновесия . ПротивоЭДС обмотки якоря . Следовательно,
=
. Из полученного уравнения . Но из уравнения для определения момента и .
Тогда .

Обозначим и . Можно написать .

Полученное уравнение является уравнением прямой линии.

Уравнение состоит из двух слагаемых. Первое слагаемое не зависит от момента, а второе слагаемое прямо пропорционально механическому моменту М.

Очевидно то, что механическая характеристика (рис. 3.6) двигателя постоянного тока выражается прямой линией. Такую прямую можно провести через две точки, положение которых на графике можно найти следующим образом: в режиме идеального холостого хода момент двигателя равен нулю , и якорь вращается с частотой , а при номинальном напряжении .

Это первая точка механической характеристики. Положение другой точки определяется из условий пуска двигателя. При подключении двигателя в сеть в начальный момент времени из-за инерционности якоря частота вращения равна нулю n= 0. Противо-ЭДС обмотки якоря тоже равна нулю, и тогда приложенное напряжение падает только на сопротивлении якорной цепи. Ток якоря в этом случае достигает больших величин из-за малости Rя. Его называют пусковым током Iяп. Сила пускового тока определяется из уравнения .

Рис. 3.7

Механический момент, развиваемый двигателем, в этом случае называют пусковым моментом Мп , и его величина определяется формулой

.

Общий вид естественной механической характеристики показан на рис. 3.7.

Двигатели с параллельным возбуждением имеют пусковой момент в 10…20 раз больше номинального, поэтому рабочая часть механической характеристики, ограниченная режимом холостого хода (М = 0) и номинальным значением момента на валу , занимает лишь начальную часть полной характеристики (см. рис. 3.6), в пределах которой частота вращения изменяется незначительно. Такая механическая характеристика, когда при изменении механического момента от нулевого значения до номинального значения частота вращения изменяется незначительно, называется жесткой (см. рис. 3.7). Величина весьма невелика.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector