Учебное пособие 800401

вившийся режим, как это видно на рис 2.8.

Рис. 2.8. Изменение частоты и тока в обмотка якоря при прямом пуске двигатель постоянного тока [2]

Вследствие больших пусковых токов наблюдается сильное искрение на коллекторе, которое может перейти в круговой огонь; возникают большие моменты на валу. Поэтому прямой пуск применяется в двигателях, мощностью до сотен ватт, у которых пусковой ток не превышает (5 10)Iном , а время пуска

1-2 с [2].

2. Реостатный пуск

Этот способ пуска является наиболее распространенным. Для уменьшения пускового тока в цепь обмотки якоря включают добавочное сопротивление – пусковой реостат (см. рис. 2.9). Тогда выражение для определения пускового тока примет следующий вид

Iп (1,4 2,5)Imax. Регулировочный реостат при пуске не ис-

81

пользуется R р =0.

Рис. 2.9. Схема реостатного пуска и регулирования двигателя постоянного тока [2]

Пусковые реостаты выполняются секционными. Это значит, что сопротивление R П изменяется дискретно, ступенчато. Зависимость ia и n от времени при двухступенчатом пуске представлена на рис. 2. 10.

Рис. 2.10. Двухступенчатый реостатного пуска двигателя постоянного тока[2]

82

Здесь временем, за которое ток достигает Iп,max , из-за

его малости, пренебрегаем. С увеличением частоты вращения n ток в обмотке якоря ia уменьшается и при достижении за-

данной величины Ia,min (1,1 1,3)Imax сопротивление R П

уменьшается на одну ступень. Величины сопротивлений ступеней пускового реостата выбираются так, чтобы Iп,max и Iп,m in

на всех ступенях реостата были одинаковыми, как это показано на рис. 2.10.

По условиям нагрева пусковой реостат рассчитывается на кратковременную работу под током. Остановка двигателя производится отключением от сети. Схема должна быть такой, что цепь обмотки возбуждения при этом не размыкалась, а оставалась замкнутой на обмотку якоря [2].

3. Пуск при пониженном напряжении

В установках большой мощности пусковой реостат становится очень громоздким и в нем возникают большие потери энергии, особенно при частых пусках. В этом случае обычно прибегают к без реостатному пуску уменьшением напряжения, подводимого к обмотке якоря от отдельного источника с регулируемым напряжением (отдельный генератор постоянного тока, регулируемый выпрямитель).

Обмотку возбуждения при этом необходимо подключить к независимому источнику постоянного тока. Наибольшее распространение получила система генератор-двигатель (Г-Д). Она применяется обычно не только для пуска, но для регулирования частоты вращения двигателя.

Для изменения направления вращения двигателя необходимо изменить направление тока в обмотке якоря или направление магнитного потока, что достигается изменением направления тока в обмотке возбуждения.

83

КПД И ПОТЕРИ МОЩНОСТИ, ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Потери в электрических машинах делят на основные и добавочные. К основным потерям относят электрические, магнитные и механические.

Электрические потери Рэл или потери в меди обмоток, состоят из потерь в активных сопротивлениях обмоток и потерь в переходном сопротивлении щеточного контакта. Они

определяются, как суммарные потери в обмотке якоря

Рэла = Rа · Iа2,

где Rа – полное сопротивление цепи обмотки якоря с учетом переходного сопротивления щеточного контакта.

Магнитные потери или потери в стали обозначают Рс. В процессе работы сердечник якоря машины постоянного тока перемагничивается. Поэтому в сердечнике якоря возникают потери на вихревые токи и гистерезис.

Механические потери Рмех состоят из потерь на трение в подшипниках, потерь на трение щеток о коллектор, потерь на трение вращающихся частей машины о воздух, а также потерь вентиляционных.

Все потери, неучтенные как основные, называются добавочными. Добавочные потери возникают в стали сердечника и обмотке якоря. В стали – из-за искажения основного поля реакцией якоря, вследствие зубчатого строения сердечника якоря, потери в стяжных болтах и в проволочных бандажах и т.п. В обмотке якоря - в коммутирующих секциях, от вихревых токов в обмотке, в уравнительных соединениях.

Суммарные потери равны

Р Рэл РС Рмех Рдоб .

Врежиме холостого хода электрические потери незначительны, мощность потребляемая машиной из сети

Р0 = Рмех+ РС.

Потери холостого хода называют постоянными потерями, 84

так как они не зависят от нагрузки.

Электрические потери называют переменными потерями, так как они изменяются в зависимости от величины тока в обмотках.

Коэффициент полезного действия (КПД) определяется как отношение полезной, или отдаваемой, мощности P2 к потребляемой мощности P1

Электрическая мощность, потребляемая двигателем из

сети

P1 = Pа + Pв,

где Pа = UнIа – мощность якорной цепи,

Pв = UнIв – мощность цепи возбуждения. Для двигателя параллельного возбуждения

P1 = UIд = Uн(Iа + Iв) .

Механическая мощность на валу двигателя, отдаваемая приводному механизму P2=ωМ.

Современные машины постоянного тока имеют высокий КПД, который в зависимости от мощности, колеблется в пределах ηн = 0,75÷0,96. Высшее значение КПД относится к машинам большей мощности.

РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Рабочие характеристики двигателя представляют собой зависимости скорости вращения n, потребляемого тока I и мощности P1, момента на валу двигателя M, коэффициента полезного действия η от полезной мощности P2 при неизменном значении напряжения питания Uн = const, тока обмотки возбуждения Iвн=const и отсутствии добавочного сопротивления в якорной цепи Rд а = 0. Они дают возможность судить об эксплуатационных свойствах двигателей и определять наиболее экономичные их режимы работы в условиях производства.

85

Рабочие характеристики ДПТ параллельного возбуждения малой мощности приведены на рис. 2.11.

Рис. 2.11. Рабочие характеристика двигателя постоянного тока параллельного возбуждения

МЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Механическими характеристиками двигателя называются зависимости установившейся частоты вращения от момента на валу двигателя – n=f1(M) или ω=f2(M).

Характеристики называют естественными, если они получены при номинальных условиях питания (при номинальном напряжении), номинальном возбуждении и отсутствии добавочных сопротивлений в цепи якоря.

Характеристики двигателя называются искусственными

86

при изменении любого из перечисленных выше факторов. Подставим в уравнение Uд Ea R a Ia , выражения для

определения тока и ЭДС ДПТ

Еа = СЕnФ,

Iа CM

M

Механическая характеристика двигателя постоянного тока с независимым и параллельным возбуждением имеет вид:

где Rа = Rя + Rдоб – полное сопротивление цепи якоря, Ом; RЯ – сопротивление обмотки якоря, Ом;

– добавочное сопротивление в цепи якоря, Ом. Анализируя выражение для построения механической ха-

рактеристики, видим, что математически это уравнения прямой линии, пересекающей ось скоростей в точке n0 скорость холостого хода, где

n0 = U/( СE ·Ф).

где Pн – номинальная мощность двигателя, Вт; ωн – номинальная частота вращения, рад/сек.

Естественная механическая характеристика показана на рис. 2.12. Для построения естественной механической характеристики (ЕМХ) необходимо найти две точки. Одна из них определяется из паспортных данных двигателя для номинальных значений nн и Мн:

Мн = Pн/ωн ,

ωн = π·nн/30 = 0,105·nн,

где Pн – номинальная мощность двигателя, Вт; ωн – номинальная частота вращения, рад/сек .

Вторая точка соответствует идеальному холостому ходу, когда I = 0 и М=0.

Скорость холостого хода можно найти из следующего уравнения при подстановке паспортных данных двигателя:

87

Рис. 2.12. Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока [3]

РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Существует три основных способа регулирования частоты вращения машин постоянного тока: реостатное регулирование, регулирование изменением магнитного потока, регулирование изменением напряжения сети.

Реостатное регулирование частоты вращения осуществ-

ляется путем введения в цепь якоря дополнительных активных

сопротивлений – резисторов, т.е. Rа = (Rя + Rдоб) = var при U = Uн, Ф = Фн. Как видно из уравнения механической характе-

при изменении величины добавочного сопротивления Rдоб в цепи якоря скорость идеального холостого хода n0 остается постоянной изменяется лишь жесткость характеристики.

Искусственные механические характеристики (ИМХ)

88

при введении добавочного сопротивления в цепь ротора двигателя постоянного тока независимого возбуждения показаны на рис. 2.13.

Рис. 2.13 [3]

Регулирование частоты вращения при изменении магнитного потока осуществляется преимущественно за счет ослабления магнитного потока Ф возбуждения двигателя, т.е. за счет уменьшения тока возбуждения iв.

При уменьшении магнитного потока обычно соблюдаются условия: U = Uн; Rдя= 0. В этом случае для скорости идеального холостого хода имеем

механической характеристики;

n0e - скорость холостого хода для естественной ме-

ханической характеристики.

Искусственные механические характеристики при уменьшении магнитного потока представлены на рис. 2.14.

Для регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока независимого возбуждения изменением питающего

89

напряжения необходимы регулируемые источники напряжения. n

Из уравнения механической характеристики видно, что с регулированием напряжения связано изменение скорости идеального холостого хода n0 = Uн/( СE ·Фн) при сохранении жест-

кости характеристик. Это позволяет существенно расширить диапазон регулирования. Регулирование частоты вращения идет, как правило, вниз от основной характеристики. Искусственные характеристики при изменении (уменьшении) напряжения будут иметь вид прямых. Механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения при изменении напряжения питания показаны на рис. 2. 15.