Типы возбуждения и механические характеристики двигателей постоянного тока

ЛЕКЦИЯ 24

В зависимости от способа подключения обмотки возбуждения ДПТ делятся на двигатели независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения. В двигателях независимого возбуждения обмотка возбуждения питается от отдельного источника.

Схемы ДПТ с различны­ми типами возбуждения: а – парал­лельным; б – последовательным;
в – смешанным

Основными уравнениями двигателя постоянного тока являются:

уравнение противоЭДС:

Е = С _еФ n

уравнение электромагнитного момента;

М = С _мФ I _я

уравнение цепи якоря;

Е = U - I _я R _я

уравнение динамики.

М = Jdω/dt + М_с

Важную роль в анализе двигателей играет механическая характеристика – зависимость частоты вращения n от момента M на валу при U, I _в = const.

ДПТ с независимым и параллельным возбуждением имеют общее свойство: ток возбуждения не зависит от тока якоря. Пренебрегая реакцией якоря, можно считать, что и поток Ф у них не зависит от нагрузки (момента М_с). Поэтому свойства и характеристики этих ДПТ идентичны, далее будем упоминать только ДПТ с параллельным возбуждением.

Из уравнений противоЭДС и цепи якоря выражаем частоту вращения якоря:

n = U / С _еФ – I _я R _я)/ С _еФ

Выразив I _я из формулы электромагнитного момента получаем механическую характеристику ДПТ с параллельным возбуждением:

n = (U/ С _еФ) – (МR _я/C_eC_мФ²)

которая получена из статических уравнений и задает связь между n и M в установившемся режиме (при M = M _с). Механическую характеристику называют естественной, если она получена для двигателей без реостатов в цепях якоря и возбуждения при U = U _ном, Ф = Ф_ном. Естественная характеристика является прямой. В режиме холостого хода M = M _с= 0, поэтому первое сла­гаемое в определяет частоту идеального холостого хода

.

В момент пуска двигателя n = 0 и пусковой момент

.

От коэффициента K _н = – R _я/(C _e C _мФ²) зависит угол наклона прямой.

У двигателей средней и большой мощности сопротивление якорной обмотки R _я мало (десятые и сотые доли Ом), пусковой момент велик, а коэффициент K _н мал. Естественная характеристика имеет малый наклон, поэтому с изменением нагрузки частота n изменяется незначительно. Характеристики такого типа называют «жесткими».

На рис. приведена механическая характеристика n = f (M _с) механизма на валу ДПТ. В установившемся режиме M = M _с, рабочая точка А лежит на пересечении характеристик. Обычно точку номинального режима организуют близко к точке холостого хода: n ₀ – n _ном = 3¸7% от n ₀.

Двигатели с последовательным возбуждением. Для получения механической характеристики полагаем, что в цепях возбуждения и якоря реостаты отсутствуют и I _я = I _в. При слабо насыщенной магнитной цепи можно допустить, что Ф ≈ KI _в = KI _я, где K = const. Подставив Ф в, получим M = C _м KI _я²; I _я =. Выразив n и подставив I _я, получим

n = E /C_eФ = U – R _я I _я/C_eК I _я

Механическая характеристика ДПТ с последовательным воз­ буждением

Механическая характеристика ДПТ с последовательным возбуждением нелинейна, является «мягкой», что свиде­тельствует об очень большом пусковом моменте. Из характеристики видно, что запрещается работа (пуск) двигателя без нагрузки (M _с= 0) или с очень малой нагрузкой (M _с << M _ном), так как в результате недопустимо большого нарастания частоты вращения (двигатель идет «в разнос») наступает аварийное разрушение двигателя.

Двигатель со смешанным возбуждением. Наличие параллельной и последовательной обмоток возбуждения у двигателя приводит к тому, что механическая характеристика (кривая 3 на рис.) располагается между характеристиками ДПТ с параллельным возбуждением (кривая 1) и ДПТ с последовательным возбуждением (кривая 2). Двигатель с такой характеристикой обладает значительным пусковым моментом и не допускает «разноса». Изменяя соотношение между МДС обмоток, можно приблизить характеристику к кривой 1 или 2.