2416

ливается. Достоинством динамического торможения является простота его осуществления.

Торможение противовключением возникает после смены полярности напряжения, приложенного к обмотке якоря (рис. 9.25).

разгоняться в обратном направлении.

Режим торможения противовключением (режим электромагнитного тормоза) может возникнуть также при работе двигателя, если к валу двигателя приложить достаточно большой тормозной момент, при котором двигатель начинает вращаться в обратную сторону.

Двигательный режим после реверса

-n0

Рис. 9.26. Механическая характеристика двигателя при торможении противовключением

210

Торможение противовключением возникает при работе двигателя, например, в грузоподъемных механизмах при спуске тяжелых грузов. В этом случае двигатель включается на подъем, электромагнитный момент становится тормозным (рис. 9.27), а вращение осуществляется за счет сторонних сил (под действием силы тяжести груза).

Rд3 Rд2

а а' M

Режим b' электромагнитного b

тормоза

Рис. 9.27. Механические характеристики двигателя в режиме торможения противовключением

при разных сопротивлениях в цепи якоря: Rд3> Rд2> Rд1

При этом ЭДС, наводимая в якоре, меняет свое направление по отношению к двигательному режиму, а ток якоря равен

где Rдт – дополнительное сопротивление, которое необходимо включить в цепь якоря, чтобы ограничить ток.

9.11.Коэффициент полезного действия двигателя

ипотери мощности

Коэффициент полезного действия двигателя определяется по формуле

211

где Р1 – мощность, подводимая к двигателю из сети; Р2 – полезная мощность на валу двигателя.

где ∑∆Р – суммарные потери мощности.

Потери мощности можно разделить на постоянные и переменные. Постоянные потери мощности – это такие потери, величина которых не зависит от нагрузки на валу двигателя. К постоянным поте-

рям относятся:

–механические потери;

–потери в стали;

–добавочные потери.

К механическим потерям ∆Рмех относятся потери, обусловлен-

ные трением в подшипниках, трением щеток по коллектору; трением якоря в воздухе и вентиляционным действием при вращении якоря и вентилятора двигателя, если он имеется.

Потери в стали (электромагнитные потери) ∆Рст обусловлены

перемагничиванием материала сердечника (железа) якоря и вихревыми токами. Потери при перемагничивании материала сердечника пропорциональны площади петли гистерезиса, частоте перемагничивания (частоте вращения якоря) и максимальной величине индукции. Потери на вихревые токи пропорциональны частоте перемагничивания и квадрату магнитной индукции.

К добавочным потерям ∆Рдоб относятся потери в полюсных на-

конечниках, обусловленные пульсациями магнитного поля из-за наличия зубцов якоря, и другие трудноопределимые потери.

Переменные потери мощности – это потери, величина которых зависит от тока в обмотках якоря и возбуждения. К таким потерям от-

Обычно

212

Iян=Iн–Iв=20,5–0,85=19,65 А.

2. Потери в обмотке якоря и в цепи возбуждения

∆Рян = Rя I я2н = 0,75 19,652 = 290 Вт;

∆Рв = Rв Iв2 = 258 0,852 =186 Вт. 3. Магнитные и механические потери

∆Рм+∆Рмех=Р0–∆Ря0–∆Рв,

где Р0 – потребляемая двигателем мощность в режиме холостого хода; ∆Ря0 – потери в обмотке якоря в режиме холостого хода.

Р0=Uн·I0=220·2,35=517 Вт;

∆Ря0=Rя(I0–Iв)2=0,75(2,35–0,85)2=1,7 Вт; ∆Рмех+∆Рм=Р0–∆Ря0–∆Рв=517–1,7–186=329,3 Вт; ∑∆Р=290+186+329,3=805,3 Вт;

Р2н = Р1н −∑∆Р=4510–805,3=3704,7 Вт=3,71 кВт.

4. Номинальный КПД

ηн = Р2н 100% = 3,71 100% = 82,2% . Р1н 4,50

5. Номинальный вращающий момент

Мн = 9550 Р2н = 9550 3,71 = 34,6 Н·м. nн 1025

6. Пусковой ток якоря двигателя при пуске без реостата

7. Сопротивление пускового реостата Rр определим из уравнения

I яп = 2,5 I ян = RяU+нRр ,

откуда Rр = 2,5U нI ян − Rя = 2,522019,65 −0,75 = 3,73 Ом.

8. Определим пусковой момент двигателя при пуске с реостатом. Известно, что вращающий момент двигателя М=СмФIя.

Для режима номинальной нагрузки Мн=СмФIян; для режима пуска Мп=СмФIяп.

214

представляет собой прямую линию, которая строится по двум точкам с координатами: 1) М=0, n0; 2) Мн, nн.

n, об

Рис. 9.29. Механические характеристики двигателя: 1 – естественная; 2 – искусственная

Координаты первой точки относятся к режиму идеального холостого хода. Частота вращения идеального холостого хода

где Ен=Uн–Iян·Rя=220–19,65·0,75=205 В.

Координаты второй точки относятся к номинальному режиму

Мн=34,6 Н·м; nн=1025 миноб .

Искусственная механическая характеристика (см. рис. 106), как и естественная, строится по двум точкам с координатами: 1) М=0, n0; 2)

Мн, nн.

215

Для построения искусственной механической характеристики необходимо рассчитать частоту вращения якоря при введенном в цепь якоря дополнительном сопротивлении и номинальном моменте на валу. Этот расчет можно произвести по уравнению скоростной характеристики

9.12.2.Пример расчета двигателя постоянного тока

споследовательным возбуждением

Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением работает от сети напряжением Uн=220 В. Номинальный вращающий

момент Мн=75 Н·м, номинальная частота вращения nн=1020 миноб ; со-

противление обмотки якоря Rя=0,4 Ом; сопротивление обмотки возбуждения Rв=0,3 Ом; номинальный КПД ηн=81,5%.

Определить: 1) номинальную мощность на валу двигателя и мощность, потребляемую из сети при номинальной нагрузке; 2) номинальный ток двигателя; 3) противоЭДС и электромагнитную мощность (мощность, передаваемую на якорь); 4) потери в двигателе при номинальной нагрузке и сопротивление пускового реостата, при котором пусковой ток превышает номинальный в 2 раза.

Решение.

1.Номинальная мощность на валу двигателя

Р2н = М9550н nн = 7595501020 = 8 кВт.

2.Потребляемая мощность

3. Номинальный ток двигателя

216

Найденный ток является током обмоток якоря и возбуждения

Iя н=Iв=44,5 А.

4. ПротивоЭДС, наводимая в обмотке якоря,

Е=Uн– (Rя+Rв)·Iн=220–(0,4+0,3)·44,5=188,8 В. 5. Электромагнитная мощность

Рэм=Е·Iн=188,8·44,5=8400 Вт=8,4 кВт. 6. Магнитные и механические потери

∆Рм+∆Рмех=Рэм–Р2н=8,4–8=0,4 кВт. 7. Потери в обмотках якоря и возбуждения:

∆Рян = Rя I я2н = 0,4 44,52 = 792Вт;

∆Рв = Rв Iв2 = 0,3 44,52 = 595 Вт.

8.Суммарные потери мощности в двигателе

∑∆Рн = Р1н − Р2н = 9,8 −8 =1,8 кВт.

9.Сопротивление пускового реостата

Контрольные вопросы

1.В чем преимущество двигателей постоянного тока перед асинхронными двигателями:

1) возможность плавного регулирования частоты вращения и наличие большого пускового момента;

2) наличие малого пускового момента;

3) более простые в эксплуатации?

2.Найти ЭДС, наводимую в обмотке якоря двигателя постоянного тока, если частота вращения двигателя n=1000 миноб , магнитный

поток Ф=2,0·10-2 Вб, а постоянная машины Се=10. 1) 100 В; 2) 20 В; 3) 200 В; 4) 10 В.

3. Ток якоря двигателя постоянного тока увеличился в 2 раза. Как изменился вращающий момент двигателя с параллельным возбуждением:

1) не изменился; 2) увеличился в 2 раза; 3) уменьшился в 2 раза?

217

4.Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением

имеет следующие паспортные данные: напряжение Uн=220 В; номинальный ток Iн=10 А; ток возбуждения Iв=2 А; сопротивление якоря Rя=1,0 Ом. Чему равна ЭДС якоря Е:

1) 212 В; 2) 100 В; 3) 424 В; 4) 112 В?

5.При постоянном напряжении магнитный поток обмотки возбуждения двигателя постоянного тока уменьшился. Как изменилась частота вращения двигателя?

1) увеличилась; 2) не изменилась; 3) уменьшилась?

6.Как изменится частота вращения двигателя постоянного тока с увеличением сопротивления R2:

Rя R1

7. Как изменится частота вращения двигателя постоянного тока при уменьшении сопротивления R1:

Rя R1

8. Частота вращения двигателя постоянного тока уменьшилась с 3000 миноб до 1500 миноб . Как изменилась ЭДС обмоток якоря, если магнитный поток остался неизменным:

1)уменьшилась в 2 раза;

2)увеличилась в 2 раза;

3)осталась неизменной?

218

9.Ток в обмотке якоря двигателя постоянного тока изменился от тока холостого хода до номинального значения. В каком случае ЭДС, наводимая в обмотке якоря машины, имела максимальное значение:

1) в режиме холостого хода;

2) в номинальном режиме;

3) ЭДС не зависит от режима работы?

10.Почему в момент пуска двигателя постоянного тока пусковой ток двигателя в несколько раз превышает номинальный ток:

1) ЭДС, наводимая в якоре в момент пуска, равна 0; 2) сопротивление якоря при пуске меньше, чем в номинальном режиме?

11.Определить пусковой ток двигателя параллельного возбуждения, если двигатель работает при U=110 В; Rя=2,5 Ом; Iв=1 А.

12. Какое из приведенных уравнений соответствует уравнению механической характеристики двигателя постоянного тока:

13. Какому режиму работы соответствует участок вг механической характеристики двигателя постоянного тока с параллельным

возбуждением:

n