Методическое пособие 469

ные времени нагревания электрических машин в десятки раз превышают электромеханические и электромагнитные постоянные времени, поэтому электромеханические переходные процессы обычно анализируют при условии постоянства температуры двигателя. В случае, когда электромагнитные постоянные времени существенно меньше электромеханических, отдельно рассматривают механические переходные процессы, считая равными нулю электромагнитные постоянные времени.

Рассмотрим процессы прямого пуска и реверса ДПТ при наличии постоянного потока возбуждения и допущении о равенстве нулю индуктивности якорной цепи и соответственно, равенстве нулю электромагнитной постоянной времени. В этом случае ДПТ представляется апериодическим звеном и при скачкообразном изменении напряжения якоря ток также изменяется скачком. При выбранном допущении система уравнений (4.12) выглядит как

где C K .

Процессы пуска и реверса ДПТ при активном моменте нагрузки MC иллюстрирует рис. 4.17.

На рис. 4.17, а изображены графики механической характеристики нагрузки 1 и электромеханических и механических характеристик двигателя 2, 3, соответствующие двум напряжениям якоря, имеющим разные знаки. На рис. 4.17, б приведены графики изменения во времени скорости , тока якоря

Iи электромагнитного момента M .

Вмомент t0 на якорь ДПТ подается напряжение, ток

якоря изменяется скачком до IКЗ и ДПТ развивает момент

МКЗ (точку А на рис. 4.17, а). В этом случае М MC и в соответствии с уравнением движения (4.46) d /dt 0, то есть

81

ветственно уменьшаются и угловое ускорение и ток. Устано-

В момент t1 изменяется знак напряжения якоря, ток якоря скачкообразно изменяется до значения IP и ДПТ созда-

ет момент MP (точка С на рис. 4.17, а). Разность M MC от-

рицательна и скорость уменьшается. После реверса установившееся значение скорости 2 определяется точкой D пересечения характеристик 1 и 3. Точке D соответствует режим рекуперативного торможения.

Для получения уравнений, описывающих переходные процессы, преобразуем систему (4.44) – (4.46) к виду

где TM Jr/C2 - электромеханическая постоянная времени. Выражение (4.48) – неоднородное дифференциальное

уравнение первого порядка. Решение такого уравнения

82

Уравнение для тока якоря при пуске

времени ТМ .

Теоретически переходный процесс длится бесконечно, однако практически считают, что время переходного процесса tП (3 4)TM . При t 3TM скорость 0,95 1 .

Значения токов при прямом пуске и реверсе могут многократно превышать номинальный ток.

4.4. Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения

В рассматриваемом двигателе якорь и обмотка возбуждения ОВ включены последовательно и ток якоря I равен току возбуждения Iв (рис. 4.18, а). Магнитный поток и ток возбуждения связаны кривой намагничивания (рис. 4.18, б), соответственно - функция тока якоря I .

U

ОВ Iв

-

I=Iв

Iгр Iном

Рис. 4.18. Схема включения ДПТ последовательного возбуждения (а) и кривая намагничивания (б)

84

С учетом (4.8), (4.10) для установившегося режима работы запишем:

U rI k I ;

(4.52)

M k I I,

где r - сопротивление цепи якоря.

Отсюда уравнения статических электромеханической

Для упрощения анализа аппроксимируем кривую намагничивания двумя прямыми (рис. 4.18, б). При I Iгр

(Iгр - граничный ток) магнитный поток пропорционален току

Уравнения (4.55), (4.56) аналогичны уравнениям статических характеристик ДПТ независимого возбуждения.

Когда I Iгр , имеем

Графики статических характеристик приведены на рис. 4.19.

85

Рис. 4.19. Электромеханическая (а) и механическая (б) характеристики ДПТ последовательного возбуждения

В области малых нагрузок характеристики имеют гиперболический характер. При принятой модели двигателя скорость идеального холостого хода 0 . Реально скорость

0 UK ост , где ост - поток остаточного намагничивания.

Эта скорость очень велика и недопустима по условиям механической прочности. В связи с этим ДПТ последовательного возбуждения нельзя включать при малых нагрузках.

Когда I Iном , магнитный поток можно увеличить на

(10 - 15) % относительно ном (рис. 4.18,б). В связи с этим при допустимых перегрузках по току I 2 2,5 перегрузоч-

ная способность по моменту M Mдоп Мном 2,5 3,0. Изменение полярности напряжения U в схеме

рис. 4.18, а приводит кодновременномуизменению знаков тока якоря и магнитного потока, то есть знак электромагнитного момента не меняется и реверса не происходит. Для осуществления реверса необходимо изменить полярность лишь одного из токов.

Форма механической характеристики определяет области применения ДПТ последовательного возбуждения – механизмы, где с уменьшением момента желательно повышение скорости.

86

4.5. Двигатели постоянного тока смешанного возбуждения

Рассматриваемые двигатели имеют обмотки независимого и последовательного возбуждения ОНВ и ОПВ

(рис. 4.20, а).

Зависимость магнитного потока от тока якоря приведена на рис. 4.20, б. Поток НВ создается обмоткой незави-

симого возбуждения. Обычно НВ 0,7 0,85 ном . При пре-

дельном токеI Iпр потоки, создаваемые ОНВ и ОПВ, взаим-

но компенсируются.

Графики электромеханической и механической характеристик приведены на рис. 4.21.

Рис. 4.20. Схема включения (а) и характеристика намагничивания (б) ДПТ смешанного возбуждения

Скорость идеального холостого хода определяется потоком обмотки независимого возбуждения 0 Uном К НВ .

Обычно 0 1,3 1,6 ном .

87

Рис. 4.21. Статические характеристики ДПТ смешанного возбуждения

При I Iпр скорость , электромагнитный мо-

мент М 0. Максимальное значение момента в режиме рекуперативного торможения Мmax 0,3 0,7 Мном .

Перегрузочная способность двигателя по моменту

М 2,2 2,7 .

4.6. Универсальные коллекторные двигатели

Как уже отмечалось, изменение полярности напряжения в схеме рис. 4.18, а не приводит к реверсу ДПТ последовательного возбуждения, откуда можно сделать вывод о возможности питания двигателя переменным напряжением. В универсальных коллекторных двигателях (УКД) также как и в ДПТ

последовательного возбуждения якорь и обмотка возбуждения включены последовательно (рис. 4.22). Двигатели могут питаться

как постоянным, так и однофазным переменным напряжением. В отличие от классических ДПТ

88

магнитопровод статора УКД выполняется шихтованным, так как при питании переменным током поток возбуждения пульсирующий.

Основной недостаток УКД обусловлен тем, что пульсирующий поток наводит в якоре трансформаторную ЭДС. Так как в моменты коммутации щетки закорачивают катушки якоря, наличие трансформаторной ЭДС приводит к повышенному искрению под щетками и радиопомехам.

Для уменьшениярадиопомехУКДоснащаютсяфильтрами. Универсальные коллекторные двигатели широко при-

меняются в бытовых приборах.

89