3.5 Естественные и искусственные механические характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения (дпв)

Принципиальная схема ДПВ изображена на рис. 3.5.1.

Поскольку обмотка ДПВ включена последовательно с обмоткой якоря, его магнитный поток является функцией I_Я (нагрузки). Уравнение равновесия ЭДС якорной цепи и уравнение электромагнитного моменты этого двигателя можно представить в виде:

Здесь

Индуктивность рассеяния якорной цепи L_Я, значительно меньше индуктивности L_В обмотки возбуждения, связанной с главным потоком двигателя. Поэтому в ряде случаев ею можно пренебречь. В установившемся режиме . Поэтому уравнения статических электромагнитной и механической характеристик можно представить в виде:

;

Точное аналитическое выражение механической характеристики этого двигателя дать трудно, т.к. Ф≠const, так же как сложной является зависимость момента от нагрузки. При номинальном токе магнитная цепь машины насыщена. В связи с этим для получения достаточно подробного представления о характеристике двигателя можно воспользоваться кусочно-линейной аппроксимацией характеристик и намагничивания (рис. 3.5.2).

Начальный участок кривой намагничивания (I_Я≤0,3I_Н и М≤0,15М_Н) с достаточной точностью можно заменить прямой . Тогда, где α – коэффициент пропорциональности. Тогда. Подставив это в уравнение электромеханической характеристики, получим:

Отсюда следует, что при малых нагрузках механическая характеристика ДПВ имеет гиперболический характер.

Второй участок линейной аппроксимации кривой намагничивания, соответствует значениям I_Я до 1,3I_Н и М до 1,4М_Н. Для этого участка зависимости потока от тока и момента имеют вид и, где; α₁ – тоже коэффициент пропорциональности, а Ф₀ – поток остаточной индукции. Если подставить значения Ф в уравнение электромеханической характеристики, получим неявно выраженную гиперболу.

При нагрузках по току I_Я>1,3I_Н, и моменту М>1,4М_Н магнитный поток машины становится практически постоянным и механическая характеристика ее приобретает линейный характер. Скорость двигателя уменьшается лишь за счет падения напряжения в якорной цепи (рис. 3.5.3).

При практических расчетах полученным уравнением механической характеристики (если сложить ее отдельные участки, соответствующие указанным выше нагрузкам по току и моменту) пользоваться нельзя, т.к. оно получено в предположении ненасыщенной магнитной системы, а современные двигатели с такой системой не строятся. Поэтому при расчетах электроприводов с ДПВ применяют графические и графоаналитические методы с использованием экспериментальных зависимостей его скорости, момента и потока от тока якоря. Эти зависимости приводятся в каталогах для каждого типа двигателей в абсолютных, а в справочниках – в относительных единицах в виде универсальных характеристик для двигателей до 10кВт и выше 10кВт (см. рис.3.5.4).

Зная номинальные данные двигателя и пользуясь этими универсальными характеристиками, можно, задаваясь различными значениями тока якоря, найти ω и М по кривым ии построить естественную характеристику. Однако нужно помнить, что это будет зависимость скорости от момента на валу.

Обычно эти кривые для ДПВ серии ДП, Д, МП, т.е. тех двигателей, которые применяются чаще всего в магистральном электротранспорте, трамваях, самоходных вагонах, средствах внутризаводского транспорта и т.п.

Искусственные механические характеристики ДПВ можно получить тем же способом что и для ДНВ.

При изменении напряжения на зажимах двигателя характеристики перемещаются параллельно естественной вверх или вниз (см. рис. 3.5.5).

При введении сопротивления якорную цепь двигателя скорость его уменьшается, характеристики смещаются вниз, они становятся более мягкими (рис. 3.5.6).

Для получения скоростей двигателя при U=const, превышающих скорости на естественной характеристике, ослабляется магнитный поток машины шунтированием обмотки возбуждения (рис. 3.5.7).

Характеристика при ослабленном потоке располагается выше естественной, но она более мягкая (ее жесткость при каждой данной скорости меньше, чем на естественной характеристике (рис. 3.5.8)).

Рис. 3.5.8

Из приведенных графиков видно, что скорость ДПВ при работе как на естественной, так и на искусственных характеристиках, при увеличении нагрузки резко падает. Поэтому ДПВ непригодны для электроприводов, требующих постоянства скорости при меняющейся нагрузке.

При идеальном холостом ходе скорость ДПВ теоретически может возрасти до бесконечности. В действительности всегда есть трение в подшипниках, о воздух и т.п. и есть поток остаточной индукции, составляющей (0,02÷0,09)Ф_Н. Поэтому скорость не возрастает до бесконечности, но может в 5÷7 раз превышать номинальную, и во избежание опасности разноса двигателя его нельзя с приводным механизмом соединять при помощи ременной и цепной передачи. С учетом возможного резкого увеличения скорости при сбросе нагрузки ДПВ рассчитывают на .