Механическая характеристика электрической машины постоянного тока с независимым возбуждением

Классификация электрических машин

Электрические машины

Электрические машины делят на две группы: машины постоянного тока и машины переменного тока.

Машины постоянного тока сравнительно редко используют в сельском хозяйстве из-за их высокой стоимости и сложной эксплуатации (наличие скользящих контактов). Тем не менее, с их помощью возможно реализовать глубокое и плавное регулирование угловой скорости. Поэтому они получили широкое применение в устройствах автоматики (электропривод исполнительных механизмов). Их широко используют на мобильных агрегатах в качестве стартерных двигателей, двигателей привода стеклоочистителей и т. п., в грузоподъемных механизмах (башенные краны), сварочных генераторах постоянного тока и т.п.

Машины переменного тока получили более широкое применение. Их в свою очередь также делят на две группы: синхронные машины и асинхронные машины.

Синхронные машины в сельском хозяйстве используют сравнительно редко. Тем не менее, они показывают хорошие свойства в качестве привода мощных насосов, вентиляторов и др. рабочих машин, работающих в продолжительном режиме. Свойство постоянства скорости вращения широко используется в автоматике (электропривод исполнительных механизмов).

При подаче в обмотку возбуждения синхронной машины тока возбуждения больше номинального можно перевести машину в режим генератора реактивной энергии. Поэтому в практике широкое применение нашли синхронные компенсаторы реактивной мощности.

Синхронные трехфазные и однофазные машины используют в качестве трехфазных и однофазных генераторов электрической энергии (дизельные электростанции).

Асинхронные машины – наиболее распространенные машины в сельском хозяйстве. Их число составляет более 95%. Их делят на две группы: машины с фазным ротором и машины с короткозамкнутым ротором.

Машины с фазным ротором редко применяют в сельском хозяйстве из-за их более высокой стоимости, наличия скользящих контактов. Их применяю в тех случаях, когда требуется обеспечить значительные пусковые моменты двигателей при ограниченных пусковых токах. Кроме этого, они позволяют осуществлять более глубоко и плавное регулирование скорости по сравнению с асинхронными. В практике их применяют в качестве электроприводов грузоподъемных устройств (козловые краны) и др. машин, где требуются значительные пусковые моменты.

Асинхронные машины с короткозамкнутым ротором наиболее просты, дешевы, не имеют скользящих контактов, поэтому получили самое широкое применение. Однако до недавних пор их недостатком считали ограниченность регулирования скорости. В последние годы развитие технологий позволило реализовать частотное регулирование скорости машин, что позволило им выгодно конкурировать с машинами постоянного тока.

Для двигателя постоянного тока с независимым возбуждением (ДПТ НВ) (рис. 55, а) уравнение электрического равновесия цепи якоря на основании второго закона Кирхгофа имеет вид

(1)

где U — напряжение питания; r_Я — сопротивление обмотки якоря; R_Я — сопротивление реостата в цепи якоря; I_Я - ток обмотки якоря.

При вращении обмотки якоря ДПТ в магнитном поле полюсов в ней в соответствии с законом электромагнитной индукции наводится ЭДС

Е=сФ ω (2)

где с — конструктивная постоянная машины; Ф — магнитный поток полюсов; ω — угловая скорость вращения якоря.

Вращающий моментДПТ равен

М=сФI_Я. (3)

Подставляя (2) и (3) в (1) и решая полученное выражение относительно угловой скорости, получим уравнение механической характеристики ω= f (M) ДПТ НВ

(4)

Рис. 55. Схема включения а и механические характеристики г двигателя постоянного тока с независимым возбуждением

При отсутствии нагрузки на валу двигателя (М= 0) якорь в соответствии с (4) имеет наибольшую угловую скорость вращения ω₀, которую называют скоростью идеального холостого хода

Из анализа уравнения (4) следует, что механическая характеристика ДПТ НВ линейна, график (рис. 55, г) начинается в точке ω₀ (при М = 0) и при увеличении момента М убывает угловая скорость вращения ω якоря.

Поведение механической характеристики определяется параметрами R_Я, Ф и U (рис. 55, г).

При U=U_H, Ф=Ф_Н и R_Я =0 механическую характеристику называют естественной. При других параметрах U, Ф и R_Я характеристики называют искусственными.

Наименьший наклон имеет естественная механическая характеристика. Включение реостата R_Я в цепь якоря ведет к увеличению угла наклона механической характеристики электродвигателя, и тем значительнее, чем больше значение сопротивления R_Я.

Перегрузочная способность двигателя достаточно высока и определяется соотношением

где M_max – максимально допустимый момент двигателя.

Двигатели допускают кратковременную перегрузку в 2,0 – 2,5 раза. Перегрузки более 2,5 раз ограничены условиями коммутации на коллекторе (сопровождающейся сильным искрением).