8.8 Механічні характеристики дпс

Механічною характеристикою ДПС зветься залежність частоти обертання  від момента М (U=const, R_зб=const) . Струм якоря ДПС:

Звідки U-E=R_aI_a, але Е=КФ, тоді маємо: U-КФ=R_aI_a, відносно :

враховуючи те, що М=КФІ_а знайдемо: – рівняння механічної характерис­тики:

Запишемо рівняння цієї характеристики: =₀-С₁М, де

Якщо знехтувати зміною С₁ за рахунок впливу реакції якоря, та температури обмоток, то можна вважати С₁= const. Тоді ясно, що крива =f(М) є пряма лінія для ДПС з належним або паралельним збудженням (U=const).

Якщо в колі якоря нема додаткових опорів R_д=0, то С₁ дуже невеликий і етатизм двигуна  також незначний в порівнянні з ₀. Це означає, що механічна характеристика має незначний нахил до осі абсцис (крива 1, рис.8.7). Якщо R_д >0, то коефіцієнт С₁ пропорційно зростає і  стає сумарна з ₀ або навіть може перевищувати її. В цьому випадку нахил механічних характеристик збільшується (крива 2, рис.8.7). Якщо не враховувати насичення, то ДПС послідовного збудження має залежність Ф₀=І_зб=І_а. Тоді момент машини: М=КФ₀І_а=КІ²_а, звідки тепер

Рисунок 8.7 – Механічні харак­теристики ДПС

або

де

Аналізуючи формулу (М), видно, що механічна характе­ристика ДПС з послідовним збудженням має вигляд гіперболи (крива 5, рис.8.7).

ДПС компаундного збудження має проміжну характеристику (кри­ва 4, рис.8.7), крім того вони також мають швидкість ідеального холостого ходу ₀ (не обов'язково рівну ₀ ДПС паралельного збудження). Якщо в колі якоря включаються R_д збільшується кое­фіцієнт В, що дорівнює

Це означає, що відповідна характеристика проходить нижче природ-ньої (криві 6 та 5, рис.8.7). Те ж явище має місце і в компаундних двигунів, однак ₀ у них постійна і на залежить від R_д.

8.9 Регулювання частоти обертання дпс

8.9.1 Способи регулювання

Із рівнянь електромеханічної =f(І_а) та механічної =f(М) характеристик видно, що принципово можливе регулювання частоти обертання трьома способами М_ст=const:

1) зміною струму збудження, в результаті якого міняється і потік двигуна;

2) зміною опору в колі обмотки якоря;

3) зміною напруги мережі живлення обмотки якоря.

8.9.2 Регулювання швидкості зміною струму збудження

Змінюючи величину опору резистора R_д.з (рис.8.3,а), можна регулювати струм збудження І_зб обмотки ОЗД (U=const). Зі зменшенням струму від І_зб1 і до І_зб2 (рис.8.8) буде осла­блюватись і потік збудження Ф₀.

Згідно з рівнянням електромеханічної характеристики швидкість підвищується за умови постійного навантаження. Фізично це явище ілюструється слідуючим чином: з початку зміни І_зб швидкість двигуна не міняється (вплив механічної інерції), тому зменшен­ня потоку Ф_о знижує ЕРС Е, в ре­зультаті чого струм І_а значно зростає. Причому підвивання стру­му І_а значно переважає зниження потоку Ф₀, тому що U і E дуже близькі величини Е=(0,93...0,97)U. Момент двигуна М=КФ₀І_а також зростає, що спричиняє підвищення швидкості , яка в свою чергу починає підвищувати ЕРС Е. В результаті струм І_а. спадає і момент М зменшується до настання нової рівноваги М₂=М_ст=М₁.

Рисунок 8.8 – Регулювання швидкості струмом збудження

В кінці перехідного процесу встановлюється нове значення стру­му І_а2 >І_а1, тому що послаблення потоку Ф₀ спричиняє зростання струму І_а, щоб створити теж саме значення моменту. Розглянутий спосіб досить економічний, тому що регулювання здійснюється малим струмом І_зб.

Нормальний процес регулювання підвищує швидкість вверх від основної (навпаки – не використовується).

8.9.3 Регулювання зміною додаткового опору в колі якоря

Вмикання додаткового опору R_д в коло обмотки якоря згідно з рівнянням механічної характеристики (криві 1,2, рис.8.7) зменшує частоту обертання ротора за умови М_ст=сonst.

Фізично це пояснюється слідуючим чаном: додатковий опір R_д обмежує струм, що в свою чергу знижує момент М. Швидкість обертання починає знижуватись. Це спричиняє зниження ЕРС Е і підви­вання струму якоря І_а та момен­та М. Процес падіння частоти обер­тання і підвищення момента до на­стання нової рівноваги в електро­механічній системі закінчується в режимі М₂=М₁=М та ₂₁. Потужність двигуна на валу Р₂=₂М₂ також знижується, а потужність Р₁=UI_a2=UI_a1 залишається постійною; різ­ниця Р=Р₁-Р₂ втрачається на нагрів резисторів в якір-ному колі. Тому таке регулювання не економічне. Використовують цей спосіб для регулювання частоти обертання вниз від основної.

Рисунок 8.9 – Регулювання швид­кості зміною опору

8.9.4 Регулювання швидкості зміною напруги якірного кола

Згідно з формулою ріст напруги U підвищує швидкість обертання і навпаки, зниження U зменшує її (). Фізика процесу виглядав слідуючим чином. Зниження U зменшує різко струм I_a, а також і момент M двигу­на. Частота обертання і пропор­ційна їй ЕРС зменшується відпо­відно з інерційністю системи. Це призводить до підвищення струму якоря і момента двигуна. Процес зменшення частоти обертання  і підвищення струму та момента М продовжується до тих пір поки М зрівняється з М_ст, тобто М₂=М₁=М_ст.

В новому сталому режимі І_а2=І_а1, а ₂₁. Цей спосіб також економічний, тому що зниження Р₂=₂М₂ зменшує також і Р₁=U₂І₂, що практично не знижує ККД двигуна.

Рисунок 8.10 – Регулювання швидкості напругою живлення