2.1.4 Механическая характеристика двигателя постоянного тока:

Механическая характеристика двигателя с постоянными магнитами – зависимость между электромагнитным моментом и скоростью вращения n = f(M)при различных напряженияхU₁U₂ U₃на якоре, изображена на рис. 2.9.

Т.к. согласно (2.6) и (2.7)

(2.9)

где – конструктивный коэффициент.

Так как для конкретного двигателя K_k = const, то вид, аналогичный механической характеристике, имеет электромеханическая характеристикаn = f(I).

Понятно, что статический (не зависящий от ускорения) электромеханический момент в точности равен моменту статической нагрузки на валу двигателя (действие равно противодействию) и не зависит от мощности двигателя. От мощности двигателя зависит т.н. номинальный момент при номинальной нагрузке, номинальной скорости, номинальном напряженииU_H=U_ЗНи номинальном токе. Параметры– номинальная мощность на валу двигателя,U_Hуказывают в паспорте двигателя.Мнлегко вычислить т.к.

При пуске двигателя на номинальном напряжении, скорость , а момент на валу равен пусковому моменту(см. рис 2.9, характеристика 3). По мере разгона двигателя скорость растет, а момент уменьшается. Когда момент двигателя сравняется со статическим моментом нагрузкиMст, разгон прекращается, наступает установившееся движение со скоростью.

Максимальное ускорение наблюдается в момент пуска, оно может быть найдено исходя из основной формулы динамики

откуда

где Mст– статическая составляющая момента нагрузки (технологический момент , момент сил трения и т.п.)

Mдин– динамическая составляющая.

Для исключения перегрева двигателя и искрения на коллекторе, ток Iн нельзя превышать, кроме кратковременного (несколько секунд) превышения во время пуска.

Для изменения скорости, при номинальном или меньшем токе (моменте), следует изменить напряжение на якоре.

На рис. 2.9 при U₁иIнполучим, приU₂иполучим.

Напряжение можно менять плавно или ступенчато, соответственно получим плавное или ступенчатое изменение скорости. В двигателях с электромагнитным возбуждением (с электромагнитами) скорость можно также менять, регулируя магнитный поток. Обычно до скорость меняют, изменяяU, вышескорость меняют ослабляя магнитный поток. Пределnопределяется условиями коммутации токов на коммутаторе и механической прочностью якоря.

При пуске двигателя, пусковой ток может существенно превышать допустимый. Поэтому, пуск часто осуществляют при пониженном напряжении и токе, например приU₂и.

Двигатели с электромагнитамиможно включить по двум основным схемам:

схеме с независимым возбуждением, когда катушки электромагнитов подключают к отдельному (независимому) источнику питания и схеме с последовательным возбуждением, когда катушки электромагнитов включают последовательно с обмотками якоря (включают в цепь питания якоря). В первом случае получают «жесткую» механическую характеристику, такую же как при постоянных магнитах (рис 2.9). Во втором случае имеют «мягкую» характеристику (рис 2.10), т.е. при уменьшении нагрузки двигатель развивает очень большую скорость, а при увеличении нагрузки скорость резко падает.

Это свойство используется в транспортных устройствах для обеспечения плавного разгона.

Однако лучшими регулировочными свойствами обладают двигатели независимого возбуждения и с постоянными магнитами, поэтому они имеют преимущественное применение. Практически все современные электродвигатели малой мощности, т.н. микродвигатели имеют систему возбуждения с постоянными магнитами.

Двигатели средней мощности делаются с постоянными магнитами и электромагнитами (более дешевый вариант).

Двигатели большой мощности делаются с электромагнитами.