Электромеханические и механические характеристики ДПТ НВ

МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА (ДПТ) НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ (НВ)

Схема подключения ДПТ НВ приведена на рис. 2.9. Напряжение U_я на якорь двигателя М с электромагнитным возбуждением подается от подключенного к сети переменного тока преобразователя (выпрямителя) П1.

Рис.2.9

(предполагается, что он нерегулируемый). Обмотка возбуждения LM двигателя может быть подключена к другому преобразователю П2 или к точкам а, в первого преобразователя. При наличии сети постоянного тока якорь и обмотка возбуждения так же получают питание от одного источника.

Для подключения машины с возбуждением от постоянных магнитов (см. рис. 2.10) достаточно одного преобразователя. В цепь якоря при питании его от неуправляемого преобразователя обычно включается добавочное сопротивление R_д (его назначение поясняется ниже).

В двигательном режиме электрическая энергия потребляется машиной из сети и преобразуется в механическую энергию.

Направление тока якоря I_я и ЭДС Е рис.2.9, 2.10 показано для двигательного режима.

Напряжение U_я (В), приложенное к якорю, в установившемся режиме уравновешивается ЭДС Е ( В), наведенной в якоре (ее называют также противоЭДС), и падением напряжения в якорной цепи

U_я = Е + I_я(R_я+R_д), (2.12)

где R_я – сопротивление якорной цепи двигателя, Ом, включающее сопротивления обмотки якоря, щеточного контакта, дополнительных полюсов и компенсационной обмотки; R_д – добавочное сопротивление.

ЭДС машины определяется соотношением

Е= сФw_д, (2.13)

здесь конструктивный коэффициент

с = рN/ 2pа,

р – число пар полюсов;

N – число активных проводников обмотки якоря;

а – число пар параллельных ветвей обмотки якоря;

Ф – магнитный поток, Вб, создаваемый обмоткой возбуждения или постоянными магнитами.

Подставляя выражение (2.13) для Е в уравнение (2.12) и решая его относительно w_д, получим:

w_д = . (2.14)

Это уравнение устанавливает связь между частотой вращения и током якоря w_д = f(Iя) и называется электромеханической характеристикой двигателя.

Электромагнитный момент двигателя (Н×м), определяется током якоря и магнитным потоком:

М = сФI_я. (2.15)

Момент на валу двигателя меньше электромагнитного на значение, определяемое потерями в стали и механическими потерями. Для инженерных расчетов этими потерями можно пренебречь, и принять, что момент на валу равен электромагнитному моменту. Тогда, определив из (2.15) ток якоря и подставив его в соотношение (2.14), получим уравнение механической характеристики двигателя:

w_д = . (2.16)

Полученные выражения (2.14), (2.16) для характеристик двигателя представляют собой уравнение прямой. Они справедливы, если пренебречь реакцией якоря.

В уравнениях (2.14), (2.16) первое слагаемое представляет собой угловую скорость идеального холостого хода (при этом ток якоря и момент равны 0)

w₀ = . (2.17)

Второй член в этих уравнениях характеризует статическое падение угловой скорости от нагрузки

или (2.18)

На рис. 2.11 падение скорости показано для номинального значения момента M_ном (тока I_ном). При неизменном магнитном потоке момент и ток якоря, как следует из соотношения (2.15) пропорциональны. Поэтому механическая и электромеханическая характеристики двигателя (см. рис. 2.11) отличаются только масштабом по оси ординат. Характеристика, полученная при номинальном значении напряжения на якоре U_ном, номинальном магнитном потоке Ф_ном и отсутствие внешних резисторов в якорной цепи, называется естественной. Жесткость естественной характеристики определяется только сопротивлением якорной цепи двигателя:

или . (2.19)

Снижение скорости w_д под нагрузкой объясняется следующим. При увеличении момента сопротивления механизма угловая скорость начинает снижаться. В результате уменьшается ЭДС Е согласно (2.13). Ток якоря при этом, как следует из (2.12) увеличивается. Соответственно возрастает момент двигателя (см. уравнение (2.15)). Этот процесс продолжается до тех пор, пока момент двигателя не сравняется с моментом сопротивления. После достижения равенства М=М_с наступит новый установившийся режим с меньшей угловой скоростью w _д.

При инженерных расчетах коэффициенты, входящие в уравнения характеристик двигателя, могут быть определены через номинальные параметры двигателя, приводимые в каталогах. При номинальном магнитном потоке

(2.20)

Здесь коэффициент К_д - коэффициент передачи двигателя, его размерность . С использованием этого понятия уравнения (2.14), (2.16) могут быть переписаны в виде:

(2.21)

(2.22)

В этих уравнениях, как и в (2.14, 2.16), первый член представляет собой угловую скорость идеального холостого хода, а второй – падение скорости от нагрузки:

, (2.23)

или

(2.24)

Пример. Известны номинальные данные двигателя:

Рассчитать естественную характеристику двигателя.

Находим номинальную угловую скорость

Коэффициент передачи двигателя по (2.9)

.

Угловая скорость на холостом ходу при номинальном напряжении с учетом (2.23)

Полученных результатов () достаточно для построения характеристики (см. рис. 2.11). Для проверки находим по (2.13) падение угловой скорости при номинальном токе

а так же вычислим по очевидному соотношению

Совпадение результатов подтверждает правильность вычислений.

Для построения механической характеристики необходимо дополнительно рассчитать с учетом (2.2) номинальный момент двигателя

Дата добавления: 2014-01-06