Теория электропривода учебное пособие

–по формуле (4.25) при заданном ρ (для которого строится искусственная характеристика) и том же i определяется искомое значение ν;

–в том же порядке для ряда других значений i определяют искомые величины скорости ν и т.д.

На рис. 4.16 показаны естественная и искусственная электромеханические характеристики, построенные по граничному методу.

Рис. 4.16. Электромеханические характеристики ДПТ ПВ в относительных единицах

Пользуясь кривой µ = f (i) на рис. 4.15 и построенными

электромеханическими характеристиками, легко получить по точкам кривые ν = f (µ), т.е. механические характеристики

двигателя.

4.3.2. Искусственные электромеханические и механические характеристики ДПТ ПВ

Искусственные характеристики машины постоянного тока с последовательным возбуждением можно получить следующими способами:

101

1)введением в цепь якоря добавочного сопротивления Rд (реостатные характеристики);

2)изменением подводимого напряжения сети U;

3)изменением магнитного потока Ф.

4.3.2.1. Реостатные характеристики ДПТ ПВ

Статическая жесткость механической характеристики двигателя с последовательным возбуждением зависит от нагрузки. При малых нагрузках двигатель имеет мягкую характеристику, с возрастанием нагрузки модуль жесткости увеличивается и при М > Мн стремится к постоянному значению, которое определяется по формуле

При Iя > Iгр магнитная цепь машины насыщается и при принятом допущении Ф = Фнас = const. В этой области характеристики двигателя практически линейны, подобно аналогичным характеристикам двигателя с независимым возбуждением.

Реостатные механические и электромеханические характеристики показаны на рис. 4.17 вместе с естественными характеристиками, соответствующими Rд = 0.

Введение добавочных сопротивлений в цепь якоря уменьшает жесткость механических характеристик, и можно установить по рис. 4.17, что введение сопротивлений в цепь якоря позволяет ограничивать момент и ток короткого замыкания двигателя.

Сильная положительная связь по току, создаваемая последовательной обмоткой возбуждения, практически устраняет влияние размагничивающего действия реакции якоря и приводит в области допустимой перегрузки к возрастанию потока сверх номинального значения на 10–15 %. Поэтому

102

при том же коэффициенте допустимой перегрузки по току λI = 2...2,5 перегрузочная способность по моменту у двигателей с последовательным возбуждением выше, чем при независимом возбуждении, и лежит в пределах λI = 2,5...3.

Рис. 4.17. Реостатные характеристики ДПТ ПВ

Диапазон реостатного регулирования скорости при номинальной нагрузке D = 1:(3...4). Регулирование скорости сопровождается потерями мощности в добавочных сопротивлениях цепи обмотки якоря.

Рассмотрим графический метод построения искусственных электромеханических характеристик ДПТ ПВ по известным естественным характеристикам.

Из уравнения электромеханической характеристики

ω= U −kФR I следует, что при I = const (M = const) скорость двигателя описывается линейной функцией сопротивления

цепи якоря, т.е. ω = a – b · R, где а = kUФ и b = kIФ, используемой в построениях c известными ω = f(I) или

ω = f(М) и M = f(I).

На оси абсцисс (рис. 4.18) откладывается в выбранном масштабе сопротивление обмотки якоря Rобм и проводится

103

вертикаль ab. Затем, задаваясь токами I1, I2, …Ii, находят на естественной характеристике ω = f(I) скорости ω1, ω2, …, ωi, соответствующие выбранным токам, и переносят эти скорости на вертикаль ab (т. 1, 2, …, i). Для выбранных токов I1,

Рис. 4.18. Графический расчет искусственной ω = f(I)

Это величины сопротивлений якорной цепи (включая и величину обмоток якорной цепи), обеспечивающие протекание выбранных токов I1, I2, …, Ii при ω = 0. После этого строят в координатах ω – R линейные функции ω = f(R) при соответствующих постоянных значениях токов. Теперь для любого сопротивления цепи якоря Rx = Rобм + Rд, откладываемого по оси R, находят точки пересечения вертикали cd с характеристиками ω = f(R) при I = const. Далее, как показано на рис. 4.18, от этих точек пересечения проводят горизонтали до пересечения с вертикалями соответствующих токов, находя

104

точки m, n, k, l, q, для искомой искусственной электромеханической характеристики при Rд = Rx – Rобм.

4.3.2.2.Расчет пусковых сопротивлений

вцепи якоря ДПТ ПВ

Реостатное регулирование скорости, как правило, ступенчатое и только с двигателями малой мощности. Возможно плавное регулирование скорости при включении в цепь якоря двигателя переменного реостата.

Пуск двигателей с последовательным возбуждением осуществляется, как и для двигателей с независимым возбуждением, по нормальной пусковой диаграмме. Физические процессы при пуске также аналогичны процессам в двигателе с независимым возбуждением, действуют реакция якоря и ЭДС самоиндукции.

Расчет пусковых сопротивлений в цепи якоря можно выполнить графическим, графоаналитическим методами или по семейству универсальных искусственных характеристик.

Рассмотрим порядок расчета графическим методом, основанным на свойстве линейности функции ω = f(R) при I = const в ДПТ ПВ. На рис. 4.19 показаны графические построения для двухступенчатого пуска при известной естественной электромеханической характеристике двигателя.

Принимают значения максимального пускового тока I1 = (2…3)Iн и тока переключения I2 ≥ (1,1…1,2)Iс и на естественной характеристике наносят их соответствующие значения и точки е и ж. Переносят эти точки на вертикаль, отстоящую от оси ординат на величину Rобм. Масштаб по оси R

таким, чтобы в координатной системе ω = f(R) можно было построить нормальную пусковую диаграмму а–б–с–д–е–ж. Если построение не получается, то надо варьировать током I2

105

или током I1 и повторять расчеты R1 и R2 до удовлетворительного построения пусковой диаграммы. Сопротивление R2 > R1 – это абстрактная величина, которой нет в якоре дви-

гателя. Такое сопротивление потребовалось бы в цепи якоря двигателя, чтобы при токе I2 не было противоЭДС, т.е. двигатель был неподвижен (ω = 0, точка к на рис. 4.19).

з

жж

Рис. 4.19. К расчету пускового реостата ДПТ ПВ

После построения нормальной пусковой диаграммы по ее отрезкам считывают величины ступеней пускового сопротивления (в масштабе, принятом по оси R): r1 = бс, r2 = де.

4.3.3. Характеристики ДПТ ПВ при изменении напряжения питания

Статические механические характеристики ДПТ ПВ, соответствующие различным напряжениям питания, приведены на рис. 4.20. Их вид свидетельствует о том, что уменьшение

106

напряжения приводит к снижению скорости при данной нагрузке без существенного изменения соответствующей этой нагрузке жесткости механической характеристики (например, при М = Мс, как видно по рис. 4.20, наклон искусственных механических характеристик практически не изменяется).

Рис. 4.20. Механические характеристики ДПТ ПВ при изменении напряжения питания

При больших нагрузках (I > Iн) жесткость искусственных характеристик возрастает. Предельное значение характеристик определяется по уравнению (4.21) значением B = = Rя / k kн. При изменении моментов в пределах перегрузоч-

ной способности двигателя характеристики имеют линейный характер и практически параллельны.

Механическая характеристика при U = 0 соответствует режиму динамического торможения двигателя при замкнутой накоротко его якорной цепи.

Показатели регулирования скорости ДПТ ПВ близки к показателям двигателя независимого возбуждения, однако диапазон регулирования скорости существенно меньше и редко превышает D = 1:100 даже в замкнутых системах автоматического регулирования.

107

При изменении полярности напряжения U меняются направления как тока якоря двигателя I, так и тока обмотки возбуждения, последнее приводит к изменению направления потока Ф, созданного обмоткой возбуждения ОПВ. Знак электромагнитного момента остается прежним. Это свойство двигателя последовательного возбуждения позволяет включать его в цепь однофазного переменного тока, направление вращения двигателя при этом будет всегда одного знака. Для изменения направления вращения двигателя последовательного возбуждения необходимо изменить знак его электромагнитного момента. Это возможно, если изменить направление тока только через обмотку якоря или только через обмотку возбуждения двигателя. Двигатель последовательного возбуждения успешно применяется в электроинструментах, включаемых в сеть однофазного переменного тока: электродрелях, электрорубанках, электропилах и др.

4.3.4. Характеристики ДПТ ПВ при изменении магнитного потока

Регулирование магнитного потока ДПТ ПВ возможно применением потенциометрических схем включения двигателя – путем шунтирования обмотки возбуждения или якоря. Варианты шунтирования ДПТ ПВ приведены на рис. 4.21, где сопротивлением Rя обозначено суммарное сопротивление собственно обмотки якоря и щеток (Rя и rщ), обмоток дополнительных полюсов (ДП) и компенсационной обмотки (КО), Е – якорь двигателя как источник противоЭДС. Сопротивление обмотки возбуждения ОВ в расчетах входит по вариантам: а) в сопротивление Rя; б) сопротивление Rс; в) сопротив-

ление Rш.

Составим уравнение электромеханической характеристики ω = f(Iя), которую можно перестроить в механическую ω = f(М), если ток якоря равен току возбуждения (Iв).

108

Рис. 4.21. Схемы ДПТ ПВ при шунтировании: а – Я и ОВ; б – Я; в – параллельное соединение Я и ОВ

Исходные уравнения, описывающие приведенные на рис. 4.21 схемы:

U = Rя · Iя + Rc · Iс,

U = Rш · Iш + Rc · Iс, (4.27)

Iс = Iя + Iш.

Ток возбуждения двигателя (обозначаемый в общем случае через Iв) для различных вариантов включения ОВ будет:

–для варианта а – Iв.а = Iя;

–варианта б – Iв.с = Ic;

–варианта в – Iв.ш = Iш.

Выразив из системы уравнений (4.27) значения токов Iш и Iс через ток якоря Iя и выполнив небольшие преобразования, получим решение системы:

Решая это уравнение относительно ЭДС, получим

или, разделив на U,

109