18.3. Механическая характеристика двигателя постоянного тока независимого возбуждения при шунтировании обмотки якоря

18.4. Семейство механических характеристик при неизменном сопротивлении шунтирующего резистора и различных сопротивлениях последовательного резистора

Жесткость механической характеристики и угловая скорость идеального холостого хода зависят от соотношения сопротивлений последовательного и шунтирующего резисторов. Если изменить сопротивления этих резисторов, то можно получить другой наклон характеристики.

При неизменном шунтирующем сопротивлении резистора R_ш1 или R_ш2 и различных значениях сопротивления последовательного резистора R_п получаются семейства характеристик, имеющие соответственно общие точки А и А' (рис. 4.16).

Точка А пересечения характеристик соответствует режиму, при котором сопротивление последовательного резистора не будет влиять на ток якоря, т. е. когда через последовательный резистор не будет проходить ток. Это возможно лишь при вращении якоря с угловой скоростью, большей угловой скорости идеального холостого хода, а именно тогда, когда ЭДС якоря полностью уравновешивает приложенное напряжение сети и внутреннее падение напряжения в якоре, т. е. когда

(18.8)

В таком случае двигатель работает в режиме динамического торможения на внешний резистор R_ш. Поскольку напряжение на якоре равно U, ток в якоре

(18.9)

Подставив (18.8) в (18.9) и заменив Е и U пропорциональными им величинами w_A и w₀, получим значение угловой скорости в точке А:

(18.10)

В предельных случаях при неизменном R_ш и переменных сопротивлениях резистора R_п получаются две харак­теристики, показанные на рис. 18.4. утолщенными линиями. Если R_п = 0, то напряжение, подводимое к якорю, не за­висит от сопротивления шунтирующего резистора и оста­ется неизменным при изменении тока якоря, поэтому зна­чению R_п = 0 соответствует естественная характеристика двигателя.

Если R_п = ∞, то это означает, что двигатель не полу­чает питания от сети и работает в режиме динамического торможения на внешний резистор R_ш. Характеристика при этом проходит через начало координат. Крутизна ее зависит только от сопротивлений шунтирующего рези­стора. Из сказанного ясно, что все остальные характери­стики для любых конечных значений R_п при неизменном сопротивлении резистора R_ш образуют семейство харак­теристик, лежащих в промежутке между двумя указанными. При другом значении R_ш = const и различных R_п получается второе подобное семейство характеристик, показанное на рис. 18.4 штриховыми линиями. При этом все ха­рактеристики будут также пересекаться в одной точке А', лежащей на естественной характеристике и соответствую­щей меньшему значению R_ш = R_ш2.

Можно построить и другое семейство характеристик (рис. 16.5), соответствующих неизменному сопротивлению последовательного резистора при различных сопротивле­ниях шунтирующего резистора.

Рис. 18.5. Семейство механических характеристик при неизменном сопротивлении последовательного резистора и различных сопротивлениях шунтирующего резистора

Это семейство характеристик будет иметь общую точку В₁, где сопротивление шунтирующего резистора не будет оказывать влияния на ток якоря. Такое условие может быть осуществлено лишь при определенной отрицательной угловой скорости, когда

(18.11)

В этом случае ток не проходит через шунтиру­ющий резистор при любом значении сопротивления последнего, так как разность потенциалов между щетками якоря равна нулю.

Двигатель будет потреблять ток

(18.12)

Угловую скорость в точке В₁ можно определить, под­ставив значение тока I_я в (18.11) и заменив Е и U значе­ниями _B1 и ₀, т.е.

(18.13)

В предельных случаях при неизменном R_п2 и перемен­ных сопротивлениях резистора R_ш получаются две харак­теристики, показанные на рис. 18.15. утолщенными линиями. Если R_ш = 0, характеристика параллельна естественной и двигатель работает в режиме динамического торможе­ния. Характеристика при этом проходит через начало координат. Если R_ш = 0, то это равносильно отключению шунтирующего резистора и, следовательно, работе двигателя на реостатной характеристике с резистором R_п2. Остальные характеристики для промежуточных значений R_ш пересекаются в этой же точке и лежат между указан­ными двумя характеристиками.

При некотором другом значении R_пl = const и для различных R_ш получается новое семейство характеристик, показанное на рис. 18.15 штриховыми линиями. Эти харак­теристики пересекаются также, в одной общей точке B₂, соответствующей увеличенному сопротивлению последо­вательного резистора R_п=R_n1

Рассмотренный способ регулирования угловой скорости Двигателя постоянного тока независимого возбуждения посредством подключения его якоря к сети через резисторный делитель напряжения (шунтирование якоря) обла­дает такими же основными показателями, что и реостатное регулирование. Здесь повышенная жесткость механических характеристик несколько исправляет некоторые недостатки реостатного регулирования. Стабильность угловой ско­рости при шунтировании якоря выше, и вследствие этого больше диапазон регулирования — примерно (2÷3) : 1 до (5÷6) : 1 при малом отклонении момента нагрузки.

При малой мощности двигателя использование ползункового потенциометра позволяет получить плавное регу­лирование. Однако потери энергии при шунтировании якоря и одинаковых с реостатным способом диапазоне регулирования и нагрузке больше. Поэтому схема с шун­тированием якоря используется в приводах сравнительно небольшой мощности. Обычно она применяется при пред­варительном снижении скорости для более точной остановки привода. Длительная работа при шунтированном якоре неэкономична вследствие относительно больших потерь энергии в резисторах.