Библиотека / Красовский основы электропривода

2. 3. Характеристики МПТприразличных способах возбуждения 61

ветвей и числе Ри пар главных полюсов общее выражение для это­

го коэффициента имеет вид

Как видно, коэффициент k выражается через конструктивные

параметры МПТ, поэтому его обычно называют конструктивным

коэффициентом.

Свойства МПТ в значительной степени зависят от суммарного

сопротивления якорной цепи Rя. Из рассмотренного выше следует,

что оно обусловливается в общем случае сопротивлениями трех последовательно соединенных обмоток - якорной, компенсаци­

онной и дополнительных полюсов. В нем также учитывают пере­

ходное сопротивление щеточно-коллекторного узла. В общепро­

мышленных МПТ обычного исполнения суммарное сопротивле­

ние якорной цепи Rя невелико, как правило, его значение состав­

ляет менее 1 Ом, причем значение Rя тем меньше, чем больше

мощность машины.

2.3. Характеристики машин постоянного тока при различных способах возбуждения

Один из важнейших признаков в классификации МПТ, кото­ рый коренным образом влияет на их свойства, - способ соедине­ ния между собой электрических цепей якорной обмотки и обмотки возбуждения. Различают МПТ с независимым (параллельным), последовательным и смешанным возбуждением.

В наиболее общем случае якорная цепь МПТ на схеме замеще­ ния может быть представлена тремя последовательно соединен­ ными элементами: источником ЭДС Е, активным сопротивлением Rя и индуктивностью якорной обмотки Lя (рис. 2.19, а). Однако наиболее часто якорную обмотку изображают так, как показано на рис. 2.19, б. При этом взаимные направления ЭДС и тока могут быть разными и зависят от режима работы МПТ. Обмотка возбуж­ дения обычно представляется катушкой индуктивности.

У машин с независимым возбуждением (рис. 2.20, а) обмотка якоря 1 и обмотка возбуждения 2 электрически не связаны между

62 Глава 2. Принцип действия, элементы конструкции...

собой и питаются от разных источников питания: Ия и Ив соответ­

ственно. Как правило, напряжение Ия, к которому подключается якорная обмотка, больше, чем напряжение обмотки возбуждения

Ив, Это характерно для электрических машин средней и большой

мощности.

Рис. 2.19. Полная (а) и упрощенная (б) схемы замеще­

ния якорной цепи машины постоянного тока

Электрические машины относительно небольшой мощности обычно изготавливают на одинаковые напряжения якоря и воз­ буждения. В этом случае обмотки якоря и возбуждения соединяют между собой параллельно и подключают к общему источнику пи­

тания. Такие МПТ называют машинами параллельного возбужде­

ния. Если мощность источника питания значительно превышает

мощность электрической машины, то процессы в якорной обмотке

и в обмотке возбуждения протекают независимо. Такие машины являются частным случаем МПТ независимого возбуждения, по­

скольку свойства их одинаковы.

Рис. 2.20. Варианты подключения обмотки возбуждения к источ­

нику питания:

а - с независимым; б - с последовательным; в - со смешанным воз­ буждением

66 Глава 2. Принцип действия, элементы конструкции...

В соответствии с (2.14) и (2.17)

мабсолютные значения скорости

идеального холостого хода lmol и

момента короткого замыкания

потоке момент и ток якоря связа­

ны линейно, поэтому графическое изображение электромеханиче­ ской характеристики m(Iя) отличается от графика механической характеристики m(М) лишь изменением масштаба по оси абсцисс.

Участки этих характеристик при одинаковых знаках m и Мили m и

Iя соответствуют двигательному режиму работы МПТ, а при раз­

ных знаках - тормозному режиму.

2.3.2. Машины постоянного тока с последовательным возбуждением

Обычная схема включения МПТ последовательного возбужде­

ния показана на рис. 2.23, на котором взаимные направления напряжения источника питания И, ЭДС движения Е и тока Iя соот­

ветствуют двигательному режиму работы. Поскольку обмотки якоря и возбуждения соединены последовательно и по ним проте-

виде аналогичны соответствующим

Рис. 2.23. Схема МПТ с послеуравнениям для МПТ независимо-

68 Глава 2. Принцип действия, элементы конструкции...

А

со=---В (2.23)

М '

где А= _!!__· В= (Rя1:, + Rв)

!ro' ka

Таким образом, даже при сделанном допущении из (2.21) и (2.23) следует, что электромеханическая и механическая характе­

ристики нелинейны и представляют собой гиперболические зави­

симости. Одной из асимптот для обеих зависимостей является ось ординат, а другой - прямая, параллельная оси абсцисс, уравнение

которой имеет вид

со= -В.

Следует особо отметить, что полученные уравнения являются идеализированными и дают лишь самое общее представление о характеристиках МПТ последовательного возбуждения. В частно­ сти, из уравнений (2.21) и (2.23) видно, что отличительной особен­

ностью характеристик этой машины является отсутствие точки

идеального холостого хода. При снижении момента и тока снижа­

ется магнитный поток и скорость существенно возрастает, теоре­

тически стремясь к бесконечности. Однако реально она ограни­

ченна на некотором максимальном уровне из-за наличия остаточ­

ного потока намагничивания ФостОстаточный поток определяет

скорость идеального холостого хода:

и

СОо = kФОСТ

Тем не менее, если учесть, что обычно Фост не превышает 2 . .. 9 %

от номинального значения потока, значение со0 может в десятки

раз превышать номинальную скорость двигателя. Приняв во вни­

мание, что такие значения скорости обычно недопустимы по усло­

виям прочности механической конструкции двигателя, оказывает­

ся, что в действительности режим идеального холостого хода дви­

гателя находится далеко за пределами его рабочей зоны.

Кроме того, в действительности магнитная система машины насыщена и кривая намагничивания далека от прямой. Реальные

2. 3. Характеристики МПТприразличных способах возбуждения 69

характеристики заметно отличаются от кривых, получаемых со­

гласно уравнениям (2.21) и (2.23).

В качестве примера сопоставим идеализированную электроме­

ханическую характеристику (кривая 1 на рис. 2.24) с реальной

(кривая 2 на рис. 2.24). Номинальный ток возбуждения lв.н, равный якорному току lя.ш соответствует примерно колену усредненной

кривой намагничивания Ф(Jя) (рис. 2.25), поэтому можно считать,

что реальная электромеханическая характеристика близка к идеа­

лизированной только в области токов (::::; lя < О,51я.н), поскольку

в этой зоне практически линейная связь между током и потоком

(см. рис. 2.25).

ф

(J)

1

2

Реальная и идеализированная характеристики совпадают также

в точке короткого замыкания (lя = lк.з), так как положение этой

точки не зависит от потока. Для определения положения реальной

характеристики в областях О,51я.н < lя < lк.з и lя > lк.з перепишем

выражение (2.21) в виде

ro=-1(И-(Rш:,+~)J.

ka lя

Из рис. 2.25 видно, что по мере насыщения магнитной системы двигателя при увеличении тока lя замедляется темп увеличения по­

тока Ф, поэтому коэффициент пропорциональности а между током и потоком в выражении (2.21) не остается постоянным, как бьшо при­

нято для идеализированной характеристики, а снижается по мере ро-