4.1. Схемы включения и статические характеристики двигателя

Основная схема включения ДПТ НВ приведена на рис. 4.1 [1; 9; 10; 14].

Рис. 4.1. Схема включения ДПТ НВ

В этой схеме: U – напряжение питания якоря;

U_в – напряжение питания обмотки возбуждения;

I – ток якоря;

I_в – ток возбуждения;

R_я= R_обмя + R_дп+ R_ко + R_щк, сопротивление якорной цепи двигателя;

R_обмя – сопротивление обмотки якоря;

R_дп– сопротивление добавочных полюсов;

R_ко– сопротивление компенсационной обмотки;

R_щк– сопротивление щеточного контакта;

R_д – добавочное сопротивление;

R_в – сопротивление обмотки возбуждения;

R_р – регулировочный резистор в цепи возбуждения;

E – ЭДС якоря.

Для упрощения будем считать, что момент на валу двигателя равен электромагнитному моменту (пренебрегаем механическими потерями) и пренебрегаем реакцией якоря.

ЭД описываются тремя основными уравнениями, определяющими работу двигателя:

, (4.1)

, (4.2)

, (4.3)

где ,

- магнитный поток в Веберах;

- подводимое напряжение к якорю, В;

- конструктивный коэффициент двигателя,

где p – число пар полюсов;

N – число активных проводников обмотки якоря;

a – число параллельных ветвей обмотки якоря.

На практике используется электромеханическая характеристика двигателя, показывающая зависимость частоты вращения от тока якоря. Из уравнений (4.1) и (4.2) получим

. (4.4)

Используя уравнение (4.3), получим механическую характеристику двигателя:

. (4.5)

При постоянном магнитном потоке Ф =const механические и электромеханические характеристики отличаются лишь масштабом по оси абсцисс (рис. 4.2) и представляют собой семейство параллельных прямых.

Рис. 4.2. Механические характеристики ДПТ НВ:

А – точка холостого хода , I=0, M=0;

B – точка короткого замыкания , I=Iкз, M=Мкз

4.2. Энергетические режимы работы двигателя

Электрическая машина обладает свойством обратимости, то есть может работать как генератором, так и двигателем, переход из одного режима в другой происходит без изменения схемы включения [9; 14].

Энергетический режим работы машины может быть определен, исходя из направления двух переменных: электрических ЭДС (Е) и тока (I) или механических момента (М) и скорости (ω). При одинаковом направлении скорости и момента и разных направлениях ЭДС и тока имеет место двигательный режим. При противоположном направлении скорости и момента и одинаковом направлении ЭДС и тока имеем генераторный режим.

Граничными между генераторным и двигательным режимами являются режимы холостого хода и короткого замыкания, которых одна из электрических или механических переменных равна нулю. При холостом ходе М=0 и I=0, а при коротком замыкании ω=0 и Е=0.

Рассмотрим основные режимы работы электрической машины (рис. 4.2)

1. Двигательный режим М>0, , момент и направление вращения совпадают (характеристика I);

2. Режим холостого хода М=0, , двигатель не получает энергию из сети, за исключением энергии на возбуждение I=0 (с вала двигателя энергия тоже не снимается), (т. А - на характеристике);

3. Генераторный режим при работе машины параллельно с сетью (торможение с рекуперацией энергии в сеть) М<0, , (ток совпадает с ЭДС по направлению), ток и момент меняют свои направления, момент становится тормозным. Двигатель получает энергию от рабочей машины и отдает её в сеть. (характеристика II);

4. Режим короткого замыкания , I=Iкз, М=Мкз, Е=0, Iкз = , электрическая энергия поступает из сети и рассеивается в виде тепла в якорной цепи, механическая энергия с вала не отдаётся. (т. В - на характеристике);

5. Режим работы генератора последовательно с сетью (торможение противовключением) М>Мкз, за счет изменения направления скорости ЭДС также меняет свою полярность, ток в якоре совпадает по направлению с приложенным напряжением и ЭДС . Электрическая энергия, поступающая из сети и вырабатываемая самой машиной, рассеивается в виде тепла в якорной цепи. (характеристика III)

6. режим автономного генератора (рис. 4.3) (динамическое торможение), якорь двигателя отключается от сети и замыкается на тормозной резистор. Механическая энергия, накопленная в системе, выделяется в виде тепла в якорной цепи. Этот режим используется на практике как тормозной. (характеристика IV).

Рис. 4.3. Схема включения ДПТ НВ в режиме автономного генератора

Из уравнения механической характеристики очевидны основные способы регулирования частоты вращения ДПТ НВ:

- механическая характеристика

- электромеханическая характеристика

1. изменением сопротивления якорной цепи R,

2. изменением магнитного потока Ф,

3. изменением приложенного напряжения U.