1.10 Моменты на валу и частота вращения двигателя постоянного тока. Классификация двигателей.

Свойства двигателей постоянного тока как генераторов в основном определяются способом питания обмотки возбуждения. В связи с этим различают двигатели с параллельным, независимым, последовательным и смешанным возбуждением.

Моменты на валу двигателей.

На вал двигателя действуют следующие моменты:

1. Вращающий (электромагнитный) момент Мэм, который приводит якорь двигателя во вращение, передаваемое через вал исполнительному механизму.

2. Момент холостого хода Мхх, обусловленный механическими (включая вентиляционные) и магнитными потерями в двигателе. Величина Мхх не зависит от нагрузки и в двигателях нормального исполнения она не превышает 2…6% от номинального значения вращающего момента Мном.

3. Полезный момент М₂, т. е. противодействующий момент механизма, приводимого в действие данным двигателем.

4. Динамический момент Мд, возникающий при всяком изменении частоты вращения якоря двигателя и обусловленный инерцией вращающихся частей двигателя и нагрузки.

Обычно моменты Мхх и М₂ рассматривают совместно как статический момент сопротивления вращению вала двигателя

Мхх + М₂ = Мст

В общем случае уравнение моментов двигателя

Мэм = Мхх + М₂ ± Мд

или

Мэм = Мст ± Мд

При неизменной скорости вращения якоря Мд = 0, тогда

Мэм = Мст

Вращающий момент двигателя пропорционален электромагнитной мощности, поэтому

Аналогично полезный момент

Уравнение мощности для якорной цепи.

Для контура «обмотка якоря — сеть», согласно второму закону Кирхгофа,

Iа = (E - U)/ΣRа .

Если Е > U, то ток Iа совпадает по направлению с ЭДС Е, и машина работает в генераторном режиме (рис.а). При этом электромагнитный момент М противоположен направлению вращения п, т. е. является тормозным.

Для генераторного режима

U = E - Iа ΣRа

Если Е < U, то ток Iа изменяет знак и направлен против ЭДС Е. В соответствии с этим изменяет знак и электромагнитный момент М, т. е. он действует по направлению вращения n. При этом машина работает в двигательном режиме (рис.б) и уравнение принимает вид

U = E + Iа ΣRа,

если за положительное направление тока Iа для двигательного режима принять его направление, встречное с ЭДС Е.

Умножив обе части этого уравнения на ток якоря, получим уравнения мощности якорной цепи

U∙Iа = E∙Iа + Iа²∙ΣRа,

где U∙Iа мощность в цепи обмотки якоря, Iа^2∙ΣRа мощность электрических потерь в цепи якоря, E∙Iа электромагнитная мощность двигателя.

Но электромагнитная мощность

E∙Iа = Рэм = Мэм ∙ω

Тогда уравнение мощности

U∙Iа = Мэм ∙ω + Iа²∙ΣRа,

где Мэм электромагнитный момент двигателя, ω = 2πn/60 угловая скорость вращения якоря.

С увеличением нагрузки на вал двигателя, т. е. с увеличением электромагнитного момента Мэм, возрастает мощность в цепи обмотки якоря U∙Iа. Но так как напряжение, подводимое к двигателю, поддерживается неизменным, то увеличение нагрузки двигателя сопровождается ростом тока в обмотке якоря Iа.

Частота вращения.

На основании формулы определения ЭДС

n = Ea/(ce∙Ф)

или

n = (U - Iа∙ΣRа)/(ce∙Ф),

где се электрическая постоянная машины.