Лекция 5 Механические характеристики электропривода постоянного тока с двигателем независимого возбуждения

План лекции:

1. Электромеханические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения.

2. Механические характеристики электропривода постоянного тока независимого возбуждения.

Схема включения двигателя постоянного тока независимого возбуждения представлена на рис 6.1. Якорь двигателя и его обмотка возбуждения ОВ получают питание источников напряжения U и U_В

Рис.6.1. Схема включения двигателя постоянного тока

независимого возбуждения

Направления тока I и ЭДС вращения двигателя Е, показанные на рис. 6.1, соответствуют двигательному режиму работы, когда электрическая энергия потребляется двигателем из сети и пре­образуется в механическую энергию, мощность которой равна Р = М . Зависимость между М и двигателя определяется его механической характеристикой.

Выражение для механической характеристики двигателя может быть получено из уравнения равновесия напряжений, составленного для якорной цепи схемы:

(6.1)

где I - ток в якорной цепи двигателя, А; R - суммар­ное сопротивление якорной цепи, Ом, включающее внеш­нее сопротивление резистора R_p и внутреннее сопротивле­ние якоря двигателя R_я (при наличии дополнительных полюсов учитывается и их сопротивление);

(6.2)

где k — коэффициент, зависящий от конструктивных данных двигателя, k=pN/2πа (р — число пар полюсов двигателя; N — число активных проводников обмотки якоря; а — число пар параллельных ветвей обмотки якоря); Ф и — соответственно магнитный поток, Вб, и угловая скорость двигателя, рад/с.

Подставим в (6.1) значение Е из (6.2), и получим выражение для скорости двигателя

(6.3)

Такую зависимость =f(I) называют электромеханической ха­рактеристикой двигателя.

Для получения механической характеристики необходимо учесть, что момент, развиваемый двигателем, связан с током якоря и магнитным потоком зависимостью:

(6.4)

Подставив в (3.3) значение тока I, найденное из (6.4), получим выражение для механической харак­теристики двигателя:

(6.5)

или (6.6)

где (6.7)

Коэффициент с принимается постоянным, не зависящим от нагрузки, если у двигателя с независимым возбужде­нием имеется компенсационная обмотка. Он может счи­таться неизменным, если для обычных двигателей прене­бречь реакцией якоря.

Механическая характеристика двигателя при неизменных параметрах U, Ф и R является прямой линией. На рис. 6.2 представлены механические характеристики двигателя независимого возбуждения для различных сопротивлений якорной цепи.

Рис. 6.2. Естественная и реостатные механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Как видно из (6.5), при М = 0 все характеристики проходят через одну точку, лежащую на оси ординат. Угловая скорость в этой точке имеет вполне определенное значение, не зависящее от со­противления якорной цепи. Эта скорость носит название скорости идеального холостого хода и определяется выражением

(3.8)

При скорости идеального холостого хода, когда ток в якорной цепи равен нулю, ЭДС якоря, направленная навстречу приложенному напряжению, равна ему по абсолютному значению. Если двигатель до приложения на­грузки работал с угловой скоростью , то при появлении на его валу момента сопротивления угловая скорости будет снижаться. Следствием этого будет уменьшение ЭДС вращения Е согласно (6.2) и увеличение тока якоря в соот­ветствии с (6.1) и момента двигателя по (6.4).

Угловая скорость будет снижаться до тех пор, пока момент двига­теля не сравняется с моментом сопротивления. Разность значений установившихся скоростей электропривода до и после приложения заданной статической нагрузки назы­вается статическим падением скорости электропривода.

Второй член (3.6) характеризует собой статическое падение угловой скорости относительно угловой скорости идеального холостого хода:

(6.9)

Таким образом, уравнение для скорости двигателя может быть записано так:

(6.10)

Верхняя характеристика на рис. 3.2, носит название естественной. Она получается при отсутствии внеш­них резисторов в якорной цепи и но­минальных значениях напряжения и магнитного потока двигателя. Жесткость естественной характеристики зависит от внутреннего со­противления якорной цепи двигателя R_я. Внутреннее сопротивление якорной цепи включает собственное сопро­тивление якорной обмотки, сопротивление обмотки допол­нительных полюсов, компенсационной обмотки и щеток. Соответственно перепад скорости для естественной харак­теристики

(6.11)

При дополнительно включенном реостате, имеющем сопротив­ление R_р, статическое падение скорости определится из соотношения

(6.12)

Разделив (6.10) на , получим статическое падение скорости в относительных единицах:

(6.13)

Статическое падение скорости в относительных единицах аналогично скольжению асинхронного двигателя, хотя имеет другой смысл.

Построение естественной механической характеристики удобно производят по двум точкам, одна из которых соответствует но­минальному электромагнитному моменту двигателя и номи­нальной скорости (М = М_ном и = _ном), а другая — скорости идеального холостого хода (М = 0 и = ). Но­минальная скорость двигателя определяется по паспортным данным.

Номинальный электромагнитный момент вычисляется по формуле

(6.14)

Скорость идеального холостого хода может быть получена из (6.8), если числи­тель и знаменатель ее умножить на и учесть, что

(6.15)

Тогда (6.16)

Так как в каталогах внутреннее сопротивление якоря R_я обычно не указывается, то его ориентировочно определяют, принимая, что половина всех потерь в двигателе при номи­нальной нагрузке связана с потерями в меди якоря. Поэ­тому . Отсюда

(6.17)

Пользуясь естественной механической характеристикой, легко построить и реостатную характеристику при любом со­противлении реостата R_p. Угловая скорость _ном,р определяется по формуле

. (6.18)

Механическая характеристика может быть построена также по точке идеального холостого хода и точке, соответ­ствующей режиму короткого замыкания, где М = M_K3, а скорость = 0. Угловую скорость определяем по (6.15,6.16), а момент М_кз, пренебрегая реакцией якоря, - по формуле

, (6.19)

где I_кз = U/R —ток короткого замыкания; R = R_Я + R_p.

С учетом сказанного уравнение механической характе­ристики представляется в следующем виде:

. (6.20)