Механические характеристики электродвигателей постоянного тока независимого возбуждения в двигательном режиме

Механические характеристики электродвигателей постоянного тока независимого возбуждения

 

Механические характеристики электродвигателей постоянного тока независимого возбуждения в двигательном режиме

 

Cхема включения двигателя постоянного тока независимого возбуждения представлена на рис. 3.1. Якорь двигателя М и его обмотка возбуждения ОВ обычно получают питание от разных, независимых друг от друга источников напряжения и . В этом случае ток возбуждения не зависит от тока якоря двигателя. Кроме того это позволяет отдельно регулировать напряжение на якоре двигателя и на обмотке возбуждения и выполнять их на разное номинальное напряжение.

Рис. 3.1. Схема включения двигателя постоянного тока независимого возбуждения.

 

Направления тока и ЭДС вращения двигателя , показанные на рис. 3.1, соответствуют двигательному режиму работы, когда электрическая энергия потребляется двигателем из сети (от источника напряжения ) и преобразуется в механическую энергию, мощность которой равна . Зависимость между и двигателя определяется его механической характеристикой.

Аналитическое выражение механической характеристики двигателя может быть получено из уравнения равновесия напряжений, составленного для якорной цепи. При установившемся режиме работы двигателя приложенное напряжение уравновешивается падением напряжения в якорной цепи и наведенной в якоре ЭДС вращения

, (3.1)

где – ток в якорной цепи двигателя, A;

– суммарное сопротивление якорной цепи, Ом, включающее внешнее сопротивление резистора и внутреннее сопротивление якоря двигателя

ЭДС вращения двигателя определяется по выражению

, (3.2)

где – коэффициент, зависящий от конструктивных данных двигателя, ( – число пар полюсов двигателя; – число активных проводников обмотки якоря; – число пар параллельных ветвей обмотки якоря);

–магнитный поток, Вб;

– угловая скорость двигателя, рад/с.

Подставим в (3.1) значение из (3.2)и получим уравнение для скорости двигателя

. (3.3)

Уравнение (3.3) представляет собой зависимость скорости двигателя от тока якоря и называется электромеханической характеристикой двигателя.

Для получения уравнения механической характеристики необходимо найти зависимость скорости от момента двигателя. Момент, развиваемый двигателем, связан с током якоря и магнитным потоком следующей зависимостью

. (3.4)

Подставим в (3.3) значение тока из (3.4) и получим выражение для механической характеристики:

. (3.5)

Коэффициент можно считать постоянным для двигателей с компенсационной обмоткой, а для обычных двигателей, если пренебречь реакцией якоря.

Механическая характеристика двигателя при неизменных параметрах , и представляется прямой линией. Изменяя тот или иной параметр механической характеристики можно при определенном моменте сопротивления на валу двигателя получать различные скорости двигателя, т. е. регулировать скорость электропривода.

Рассмотрим влияние сопротивления якорной цепи. На рис. 3.2 представлены механические характеристики двигателя независимого возбуждения для различных сопротивлений якорной цепи. Как видно из (3.5), при все характеристики проходят через одну точку, лежащую на оси ординат. Угловая скорость в этой точке имеет вполне определенное значение, не зависящее от сопротивления якорной цепи. Эта скорость носит название скорости идеального холостого хода и определяется выражением

. (3.6)

При скорости идеального холостого хода ток в якорной цепи равен нулю, ЭДС якоря направлена навстречу приложенному напряжению и равна ему по абсолютному значению. Если двигатель до приложения нагрузки работал с угловой скоростью , то при появлении на его валу момента сопротивления угловая скорость будет снижаться. Следствием этого будет уменьшение ЭДС вращения согласно (3.2) и увеличение тока якоря в соответствии с (3.1) и момента двигателя по (3.4). Угловая скорость будет снижаться до тех пор, пока момент двигателя не сравняется с моментом сопротивления. Разность значений установившихся скоростей электропривода до и после приложения заданной статической нагрузки называется статическим падением скорости электропривода.

Рис. 3.2. Естественная и реостатные характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения.

 

Второй член (3.5) характеризует собой статическое падение угловой скорости относительно угловой скорости идеального холостого хода:

. (3.7)

Таким образом, уравнение для скорости двигателя может быть записано так:

. (3.8)

Верхняя характеристика на рис. 3.2 называется естественной.

Естественной характеристикой называется такая характеристика двигателя, которая получается при отсутствии внешних резисторов в якорной цепи и номинальных значениях напряжения и магнитного потока двигателя. Жесткость естественной характеристики зависит от внутреннего сопротивления якорной цепи двигателя . Внутреннее сопротивление якорной цепи включает собственное сопротивление якорной обмотки, сопротивление обмотки дополнительных полюсов, компенсационной обмотки и щеток.

Искусственными или реостатными называют характеристики, получаемые в том случае, когда в якорную цепь двигателя включен дополнительный резистор. Эти характеристики пересекаются все в одной точке . Реостатные характеристики линейны, как и естественная характеристика, но имеют значительно больший наклон к оси моментов, т. е. обладают меньшей жесткостью. Чем больше введенное в цепь якоря сопротивление резистора, тем круче идет характеристика, тем меньше ее жесткость.