Электродвигателей. 3.1. Механические характеристики сериесного электродвигателя постоянного тока и их построение

3.1. Механические характеристики сериесного электродвигателя постоянного тока и их построение

3.1.1. Двигательный режим

Схема включения двигателя сериесного или последовательного возбуждения постоянного тока представлена на рис. 3.1.

Аналитическое выражение механической характеристики может быть получена из уравнения равновесия напряжений для якорной цепи схемы. При установившемся режиме работы приложенное напряжение U уравновешивается падением напряжения в якорной цепи I я(R я + + R о.в + R д.я) и наведенной в якоре ЭДС вращения Е = ωсФ, т.е.

U = I я(R я + R о.в + R д.я) + Е, (3.1)

где I я – ток в якорной цепи;

R я – внутреннее сопротивление якоря;

R о.в – внутреннее сопротивление обмотки возбуждения;

R д.я – добавочное сопротивление резистора, включенного в цепь двигателя;

ω – скорость вращения якоря;

с – коэффициент, зависящий от конструктивных данных двигателя;

Ф – магнитный поток обмотки возбуждения;

сФ – коэффициент ЭДС.

Рис. 3.1. Схема включения сериесного двигателя постоянного тока

Вращающий момент сериесного двигателя постоянного тока

М дв = кФI я, (3.2)

где к – коэффициент, зависящий от конструктивных данных двигателя;

кФ – коэффициент момента.

В системе СИ коэффициент ЭДС равен коэффициенту момента, т.е. сФ = кФ.

Из выражения (3.1) имеем уравнение скоростной характеристики

, (3.3)

и уравнение электромеханической характеристики

, (3.4)

Магнитный поток Ф сериесного двигателя является функцией тока якоря I я(Ф = f (I я)) (рис. 3.2) и эта зависимость носит название кривой намагничивания. Принимается линейная зависимость между магнитным потоком Ф и током якоря I я.

Ф = α⋅ I я, (3.5)

Тогда с учетом (3.5) вращающий момент двигателя М дв = кα I я²,

, (3.6)

Так как по обмотке сериесного двигателя течет полный рабочий ток, то квадратичная зависимость М дв от Iя сохраняется (принято считать) при нагрузке, равной 75% от номинальной и ниже. С увеличением нагрузки 75% от номинальной и выше зависимость М дв= f (I я) наближается к прямой линии, происходит полное насыщение стали магнитопровода.

Рис. 3.2. Кривая намагничивания сериесного двигателя постоянного тока

Подставив в равенство для скорости вращения (3.3) значение тока (3.6), получим выражение для механической характеристики двигателя, то есть

или

, (3.7)

где , - постоянные величины.

Уравнение (3.7) представляет собой аналитическое выражение механической характеристики сериесного двигателя постоянного тока (рис. 3.3). Из него следует, что при ненасыщенной магнитной цепи двигателя механическая характеристика изображается кривой (гиперболой), для которой ось абсцисс – скорость вращения, является асимптотой. Как и в шунтовом двигателе механическая характеристика, соответствующая Rд.я=0, называется естественной, остальные искусственными или реостатными. Из механических характеристик видно, что сериесный двигатель снижает частоту вращения, способен принимать большие перегрузки (мягкая механическая характеристика).

Рис. 3.3. Механическая характеристика сериесного двигателя постоянного тока

Уравнение скоростной характеристики (3.3) и вид механических характеристик (рис. 3.3) показывают, что при холостом ходе и при малых нагрузках, когда ток в якоре, а следовательно и магнитный поток невелики, сериесный двигатель идет «вразнос», то есть его скорость вращения увеличивается до недопустимых пределов.

Механические характеристики сериестного двигателя постоянного тока (характеристики имеют криволинейную линию) строят или по экспериментальным рабочим характеристикам ω = f (I я), М = φ (I я), η = ψ (I я), приводимых в каталогах или пользуются универсальными характеристиками, построенными в относительных единицах и обычно даваемые в справочниках (рис 3.4). За масштаб относительных единиц тока, момента и скорости вращения приняты их номинальные значения ().

Зная каталожные величины Р н, I н, w _н можно от универсальных характеристик перейти к характеристикам в абсолютных единицах. Для построения естественной механической характеристики необходимо задаваться рядом значений тока и по универсальной каталожной кривой находить значения момента и скорости вращения. Для построения искусственных характеристик используется пропорциональная зависимость между скоростью (w _и, w _е) и ЭДС (Е и, E e) при неизменном магнитном потоке, то есть при одном и том же токе якоря

, (3.8)

Откуда с учетом выражения (3.1)

, (3.9)

Задаваясь рядом значений I я, по характеристике ω = f (I я) находят значение ω_е, подставляя в (3.9) заданное сопротивление R д.я, определяют ω_и.