2020-10-12
662
Механические характеристики предназначены для исследования и анализа совместной работы электродвигателя и рабочего механизма; скоростные – для исследования токов электродвигателя при его загрузке. Эти характеристики взаимосвязаны, так как электромагнитный момент электрической машины определяется ее током и магнитным потоком.
Схема включения двигателя постоянного тока независимого возбуждения имеет вид, приведенный на рис.2.4.
Рис.2.4. Схема включения электродвигателя постоянного тока
независимого возбуждения
ДП – обмотка дополнительных полюсов;
КО – компенсационная обмотка;
Rдп, Rко – активные сопротивления обмотки добавочных полюсов и
компенсационной соответственно;
Rдоб – добавочное сопротивление якорной цепи;
Rя – активное сопротивление обмотки якоря;
Rов, Rвд – активные сопротивления обмотки возбуждения и
добавочного в цепи возбуждения соответственно;
Uс, Е – напряжение питания и ЭДС электродвигателя соответственно;
Uв – напряжение питания обмотки возбуждения;
|
|
|
Iя, Iв – токи якоря и возбуждения соответственно.
Если существует необходимость включения в якорную цепь двигателя добавочного сопротивления, то для электроприводов малой мощности используются резисторы со скользящими контактами, позволяющие реализовать плавное изменение активного сопротивления. В приводах средней и большой мощности используются шунтирующие контакторы, при помощи которых осуществляется дискретное изменение активного сопротивления якорной цепи.
В связи с тем, что мощность цепи возбуждения сравнительно невелика (3 – 5% от мощности электродвигателя), здесь возможно применение резисторов со скользящими контактами в приводах практически любой мощности.
В установившемся режиме двигатель независимого возбуждения (рис.1.4) описывается следующими уравнениями:
Uс = Е + Iя Rяц, (2.6)
Uв = Iв Rв, (2.7)
где Rяц = Rя + Rдп Rко + Rдоб – активное сопротивление якорной цепи;
Rв = Rов Rвд – активное сопротивление цепи возбуждения.
Е = (р N / 2 p а) Ф w = К Ф w, (2.8)
где N, а – число активных проводников и параллельных ветвей обмотки якоря соответственно;
Ф – магнитный поток возбуждения, Вб;
К = р N / 2 p а – конструктивная постоянная электродвигателя.
Если скорость электродвигателя приведена во внесистемных единицах n[об/мин], то угловая частота вращения определяется как
|
|
|
w = 2 p n / 6о. (2.9)
Из (2.6) получаем уравнение скоростной характеристики
w = Uс / КФ – Rяц Iя /КФ. (2.10)
Известно, что электромагнитный момент электродвигателя равен
М = КФ Iя. (2.11)
Подставим в (2.10) вместо тока якоря его значение из (2.11) и получим уравнение механической характеристики электродвигателя:
w = Uс / КФ – Rяц М / (КФ)2. (2.12)
Построенные в соответствии с (2.10) и (2.12) скоростная (а) и механическая (б) характеристики двигателя независимого возбуждения приведены на рис.2.5.
а) б)
Рис. 2.5. Скоростная и механическая характеристики двигателя
независимого возбуждения
Точка пересечения каждой характеристики с осью ординат при
М = 0;
Iя = 0
называется точкой идеального холостого хода, а соответствующая ей угловая скорость w 0 – скоростью идеального холостого хода. Из (2.10) и (2.12) определяем
w0 = Uс / КФ. (2.13)
Точки пересечения характеристик с осями абсцисс при w = 0 называются точками короткого замыкания, а ток и момент – током (Iякз) и
моментом (Мкз) короткого замыкания. Из уравнений скоростной и механической характеристик при w = 0 определяем
Iякз = Uс / Rяц; (2.14)
Мкз = Uс КФ / Rяц. (2.15)
Из (2.14) и (2.15) следует, что ток короткого замыкания не зависит от магнитного потока электродвигателя и определяется только напряжением питающей сети и активным сопротивлением якорной цепи, а момент короткого замыкания пропорционален магнитному потоку Ф, напряжению сети и обратно пропорционален Rяц.
Из (2.10) и (2.12) видно, что при изменении какого-либо из параметров системы изменяется вид характеристик, то есть для каждого электродвигателя можно построить семейство скоростных и механических характеристик при различных параметрах электрической цепи. Из этого семейства выделяются естественная скоростная и естественная механическая характеристики. Все остальные характеристики называются искусственными и будут показаны ниже.
Естественными являются характеристики, полученные при номинальном напряжении сети, номинальном магнитном потоке и добавочном сопротивлении в якорной цепи, равном нулю. Номинальные данные электрической машины – это совокупность параметров, определяющих номинальный режим ее работы, то есть режим, для которого машина предназначена заводом-изготовителем.
Жесткость механических характеристик рассматриваемого электродвигателя можно определить из следующих соображений: так как характеристики в данном случае являются линейными, то от бесконечно малых приращений момента и угловой скорости можно перейти к конечным, то есть жесткость равна
b = DМ / Dw.
При изменении момента от нуля до момента короткого замыкания
|
|
|
DМ = Мкз – 0;
Dw = 0 - w0,
то есть b = - Мкз / w0. (2.16)
Подставляем в (2.16) вместо Мкз и w 0 их значения из (2.13) и (2.15) и получаем
b = - (КФ)2 / Rяц, (2.17)
то есть жесткость механических характеристик двигателя независимого возбуждения является отрицательной и определяется его магнитным потоком и активным сопротивлением якорной цепи.
Статическое падение скорости Dwс в данной точке характеристики при М = Мс называется ее крутизной, является величиной, обратной жесткости, и определяется следующим образом:
Dw с = w 0 - w с = Мс Rяц / (КФ)2. (2.18)
Одним из важнейших показателей электрических машин является их перегрузочная способность l, равная отношению допустимого момента Мдоп к номинальному Мн:
l = Мдоп / Мн. (2.19)
У машин постоянного тока допустимый момент регламентируется условиями их нагрева (которые будут описаны ниже) и условиями коммутации.
