Механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Классификация механических характеристик.

Рис. 1-1. Структура электропривода

Электроприводом называется машинное устройство, осуществляющее преобразование электрической энергии в механическую и обеспечивающее электрическое управление преобразованной механической энергией.

Электропривод состоит из двух основных частей:

1) силовой части, включающей электродвигатель и устройство для передачи механической энергии рабочему органу;

2) системы управления, содержащей командные органы, устройства для формирования свойств электропривода и защитные средства.

Основная функция электропривода — приводить в движение рабочий механизм. Однако современный автоматизированный электропривод выполняет более широкие функции по оптимизации технологического процесса.

Электроприводы, применяемые в производстве, можно разделить на три основных типа.

1) Групповым электроприводом называется такой привод, в котором от одного электродвигателя с помощью одной или нескольких трансмиссий движение передается группе рабочих машин. Такой привод иногда называют трансмиссионным приводом.
Вследствие своего технического несовершенства этот тип привода в настоящее время почти не применяется и представляет интерес лишь с точки зрения истории развития электропривода, так как он уступил место одиночному и многодвигательному приводам.

2) Одиночным электроприводом называется привод, который с помощью одного электродвигателя приводит в движение отдельную машину. Примерами применения одиночного электропривода являются одношпиндельный сверлильный станок, многочисленные электроинструменты, а также другие простые металлообрабатывающие станки и различные несложные механизмы. Во многих случаях привод осуществляется от электродвигателя специального исполнения, конструктивно представляющего одно целое с самим механизмом.

3) Многодвигательным электроприводом называется привод, состоящий из нескольких одиночных электроприводов, каждый из которых предназначен для приведения в действие отдельных рабочих элементов производственного агрегата. Такие электроприводы применяются, например, в сложных металлообрабатывающих станках, в бумагоделательных машинах, в металлургических прокатных станах и других машинных устройствах. Многодвигательные электроприводы получают все большее применение в современной промышленности.

Зависимость между скоростью вращения и моментом сопротивления механизма называется механической характеристикой механизма.

Для рассмотрения свойств механических характеристик можно воспользоваться упрощенной формулой, справедливой для большинства механизмов:

Исходя из этой формулы можно выделить четыре типа механических характеристик:

1) не зависящая от скорости механическая характеристика

,

2) линейно возрастающая механическая характеристика

,

3) нелинейно возрастающая характеристика (параболическая)

— вентиляторная характеристика,

4) нелинейно спадающая характеристика

, — обратно пропорционален скорости.

Рис. 1-4. Основные типы механических характеристик.

Механической характеристикой электродвигателя называется зависимость его скорости от вращающего момента, т. е. .

Почти все электродвигатели обладают тем свойством, что скорость их является убывающей функцией момента двигателя. Это относится почти ко всем обычным электродвигателям, применяемым в промышленности. Однако степень изменения скорости с изменением момента у разных двигателей различна и характеризуется так называемой жесткостью их механических характеристик.

Механические характеристики электродвигателей можно разделить на три основные категории:

1. Абсолютно жесткая механическая характеристика, при которой скорость с изменением момента остается неизменной. Такой характеристикой обладают синхронные двигатели (прямая 1 на рис. 1-5).

2. Жесткая механическая характеристика, при которой скорость с изменением момента хотя и уменьшается, но в малой степени. Жесткой механической характеристикой обладают двигатели постоянного тока независимого возбуждения, а также асинхронные двигатели в пределах рабочей части механической характеристики (кривая 2 на рис. 1-5). Для асинхронного двигателя степень жесткости в различных точках механической характеристики различна (рис. 1-6). Между наибольшими (критическими) значениями моментов в двигательном и генераторном режимах характеристика асинхронного двигателя оказывается сравнительно жесткой.

3. Мягкая механическая характеристика отличается значительным изменением скорости с изменением момента. Такой характеристикой обладают двигатели последовательного возбуждения, особенно в зоне малых моментов (кривая 3 на рис. 1-5). Для этих двигателей степень жёсткости не остаётся постоянной для всех точек характеристики. Двигатели смешанного возбуждения могут быть отнесены ко второй или третьей группе в зависимости от степени жёсткости механической характеристики.

Рис. 1-7. Схема включения двигателя постоянного тока

независимого возбуждения.

В установившемся режиме работы двигателя приложенное напряжение U определяется последующему выражению:

(1.1)

где I_я — ток якорной цепи,

— суммарное сопротивление якорной цепи, .

Мгновенное значение ЭДС:

, отсюда

, (1.2)

где С — конструктивный коэффициент,

N — число активных проводников обмотки якоря,

а — число пар параллельных ветвей обмотки якоря.

Подставив 1.2 в 1.1 получим:

(1.3)

Выражение 1.3 (зависимость угловой скорости вращения от тока в якоре) принято называть скоростной характеристикой двигателя.

Для получения уравнения механической характеристики необходимо найти зависимость скорости вращения от момента двигателя.

Момент, развиваемый двигателем, связан с током якоря и магнитным потоком следующей зависимостью:

(1.4)

отсюда (1.5)

Подставив формулу 1.5 в 1.3, получим:

(1.6)

Выражение 1.6 — механическая характеристика двигателя.

На рис. 1-8 представлены механические характеристики двигателя независимого возбуждения для различных сопротивлений в якорной цепи. При М = 0 все характеристики проходят через одну точку, расположенную на оси ординат. Скорость в этой точке называется скоростью идеального холостого хода (обозначается ) и определяется по формуле:

(1.7)

Верхняя характеристика из всех, изображённых на рис. 1-8 принято называть естественной.

Естественной характеристикой называется такая характеристика двигателя, которая получается при отсутствии внешних сопротивлений в якорной цепи и номинальных значениях напряжения и магнитного потока.

Если в цепь якоря двигателя включено дополнительное сопротивление (реостат), то механические характеристики, получаемые при этом, называются искусственными или реостатными.

Реостатные характеристики имеют значительно больший наклон к оси моментов, чем у естественной характеристики, т.е. обладают меньшей жёсткостью. Чем больше введённое в цепь якоря сопротивление, тем круче идёт характеристика, тем меньше её жёсткость.