3.2.2 Расчет и построение характеристик двигателей постоянного

тока независимого (параллельного) возбуждения (ДПТ НВ)

Общая электрическая схема включения двигателя независимого (параллельного) возбуждения представлена на рисунке 3.20.

Рис. 3.20

Запишем баланс мощности, потребляемой цепью якоря из электрической сети :

, Вт (3.50)

где	– переменные потери электрической мощности в цепи якоря, которые определяются нагрузкой на валу и покрываются электрической сетью, Вт; – электромагнитная мощность, развиваемая внутри двигателя, которая может быть выражена как через механические, так и электрические переменные, Вт; – электромагнитный момент якоря, Нм; – ток в цепи якоря, характеризует нагрузку на валу, А; – ЭДС вращения якоря, характеризует реакцию на его движение, В; – магнитный поток, создаваемы обмоткой независимого (параллельного) возбуждения, которая располагается на статоре, Вебер = В∙с; – безразмерный конструктивный коэффициент машины, здесь р – число пар полюсов статора, N – число активных проводников, а – число параллельных ветвей обмотки якоря.

Разделив (5.6) на получим уравнение баланса приложенного к цепи якоря напряжения :

, В (3.51)

где	– полное сопротивление цепи якоря, Ом; – внутреннее сопротивление якорной цепи двигателя, Ом, здесь – сопротивление обмотки якоря, Ом, – сопротивление обмотки дополнительных полюсов, Ом, – сопротивление компенсационной обмотки (обычно у крупных машин), Ом, – сопротивление щёточного контакта на коллекторе, Ом.

Переписав (5.11) относительно угловой скорости якоря получим уравнение электромеханической статической характеристики :

, рад/с, (3.52)

а, выразив получим уравнение статической механической характеристики :

, рад/с (3.53)

где		–	угловая скорость идеального холостого хода, рад/с,;
	и	–	падение угловой скорости под действием статической нагрузки на валу, соответственно, по электромеханической и механической характеристикам, рад/с;

Для построения естественных характеристик, в соответствии с (3.52) и (5.13), должны быть обеспечены следующие условия: и , то есть , , – внутреннее сопротивление якорной цепи, когда . Для их построения ориентируются на каталожные или паспортные данные на заводской табличке машины. Однако не все необходимые данные там приводятся. В такой связи приходится изыскивать способы их определения.

Поскольку статические характеристики ДПТ НВ линейны, то для построения их естественных характеристик достаточно выбрать координаты двух точек. Рационально ориентироваться на режим идеального холостого хода с координатами:

, ,

и двигательный режим с номинальной нагрузкой, координаты которого:

, , .

Для построения структурной схемы используем уравнение движения электропривода (для одномассовой системы):

. (3.54)

Простейшая структурная схема ДПТ НВ, построенная по приведенным выше уравнениям показана на рисунке 3.21.

Рис. 3.21

Рис. 3.22

Под номинальным сопротивлением цепи якоря понимается сопротивление цепи, включающей в себя, помимо , внешнее добавочное сопротивление , что соответствует искусственной характеристике, проходящей через ось абсцисс в точке , то есть ограничивает ток короткого замыкания до номинальной величины, рисунок 3.22.

(3.55)

При изменении величины добавочного сопротивления реализуется возможность регулирования скорости вращения якоря ДПТ и получения искусственных характеристик. Структурная схема ДПТ НВ, достроенная для исследования искусственных характеристик при изменении сопротивления якорной цепи показана на рисунке 3.23.

Рис. 3.23

Другой способ регулирования скорости вращения якоря ДПТ и получения искусственных характеристик – изменение потока возбуждения. Структурная схема ДПТ НВ, достроенная для исследования искусственных характеристик при изменении магнитного потока показана на рисунке 3.24.

Рис. 3.24

Основной способ регулирования скорости вращения якоря ДПТ – изменение напряжения питания якорной цепи. Семейство искусственных характеристик для этого способа показано на рисунке 3.25. Структурная схема ДПТ НВ, достроенная для исследования искусственных характеристик при изменении напряжения питания якорной цепи показана на рисунке 3.21.

Рис. 3.25

Промоделируем реостатный пуск ДПТ НВ в функции ЭДС. В этом случае переключения ступеней пусковых реостатов происходят при достижении определенной скорости вращения якоря. Поскольку скорость вращения пропорциональна ЭДС, данный способ называется “в функции ЭДС”.

Основным условием пуска ДПТ является поддержание момента двигателя в диапазоне от до . При будет происходить снижение скорости, а при возможен выход двигателя из строя.

Количество ступеней пуска зависит, в основном от ширины указанного диапазона. Для диапазона, показанного на рисунке 3.26 требуется две ступени пуска.

Рис. 3.26

Структурная схема пуска ДПТ показана на рисунке 3.27. Датчиками на переключение являются два блока Relational Operator. Управление процессом переключения производится с помощью блока Multiport Switch.

Рис. 3.27

Для расчета схемы пуска используется уравнение механической характеристики, которое используется при расчете четырех точек:

Точка 1. Уравнение механической характеристики имеет вид:

, (3.55)

откуда определяется пусковое сопротивление первой ступени .

Точка 2. Уравнение механической характеристики имеет вид:

, (3.56)

откуда определяется пусковое сопротивление первой ступени .

Точка 3. Уравнение механической характеристики имеет вид:

, (3.57)

откуда определяется пусковое сопротивление второй ступени .

Точка 4. Уравнение механической характеристики имеет вид:

, (3.58)

откуда определяется пусковое сопротивление первой ступени .

Построения для получения искусственных характеристик ДПТ НВ предлагается произвести самостоятельно.