Основные характеристики и принципы регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока

1. Цель работы

Практическое изучение электромеханических свойств, механических характеристик и принципов регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока с независимым возбуждением

2. Указания к самостоятельной работе

При подготовке к лабораторной работе необходимо по учебникам, конспектам лекций изучить тему «Схемы включения, механические характеристики и принципы регулирования скорости вращения двигателя постоянного тока с независимым возбуждением» и подготовить ответы на контрольные вопросы, а также изучить порядок включения стенда и выполнения лабораторной работы №1.

3. Характеристики, принципы регулирования частоты вращения и описание лабораторного стенда

3.1 Схема включения и характеристики двигателя

Рис. 3.1. Схема включения ДПТ с НВ

В зависимости от способа возбуждения двигателя постоянного тока (ДПТ) подразделяют на ДПТ с независимым, последовательным и смешанным возбуждением. Иногда встречаются ДПТ с параллельном возбуждением, но это является частным случаем

Схема включения двигателя постоянного тока с независимым возбуждением (ДПТ с НВ) представлена на рис. 3.1.

Для ДПТ с НВ справедлива система уравнений описывающая его статические режимы работы:

;

, (3.1)

где напряжение на якорной цепи, В;– суммарное сопротивление якорной цепи, Ом;электромагнитный момент, Нм;- ток якоря, А;угловая скорость, рад/с;коэффициент пропорциональности, постоянная ДПТ(рчисло пар полюсов,число активных проводников обмотки якоря ОЯ),число параллельных ветвей ОЯ,– магнитный поток, Вб.

Решая уравнение (3.1) относительно можно получить уравнение электромеханической характеристики ДПТ

(3.2)

Подставляя зависимость в уравнение(3.2), получаем уравнение механической характеристики двигателя

, (3.3)

где - угловая скорость холостого хода ДПТ.

Так как, в статическом режиме вращающий момент равен моменту сопротивления , то уравнение (3.3) определяет зависимостьотСледует отметить, что электромагнитный моментМ превышает выходной момент на валу ДПТ на величину, соответствующую потерям в стали и механическим потерям от трения.

Механические характеристики изображены на рис. 3.2. Характеристики имеют вид прямых линий. Если ,, имеханическая характеристика называется естественной. При изменении хотя бы одного из указанных параметров механическая (электромеханическая) характеристика называется искусственной. Таким образом можно отметить, что ДПТ с НВ обладает лишь одной естественной характеристикой и множеством искусственных.

Рис. 3.2.Механичекие характеристики ДПТ с НВ

3.2 Анализ уравнений электромеханической характеристики

Из уравнения (3.3) следует, что в случае если имеет место режим идеального холостого хода и при этом

(3.4)

С увеличением нагрузки на валу ДПТ возрастает и ток якоря , так как, что ведет к падению. В случае еслии напряжение к якорю подведено, имеет место режим короткого замыкания. В этом случае из (3.3) следует, что

, (3.5)

Максимальное значение тока короткого замыкания имеет место при , когда(– собственное сопротивление обмотки якоря) и оно может превышать в десятки раз величинудвигателя, т.к.величина достаточно малая. Реально режим короткого замыкания имеет место при пуске двигателя и при стопорении двигателя моментом сопротивления.

(3.6)

При прямом пуске двигателя ударные значения тока >>, поэтому якорная обмотка может быстро перегреться и выйти из строя, кроме того большие токи негативно влияют на работоспособность щеточноколлекторного узла. Сказанное обуславливает необходимость ограничениядо какой –либо приемлемой величины, либо введением дополнительного сопротивления в якорную цепь, либо уменьшением питающего напряжения.

Величина максимально допустимого тока определяется коэффициентом перегрузки по току , обычно принимающем значения от 2 до 5, в зависимости от типа двигателя.

Максимально допустимый ток короткого замыкания должен соответствовать неравенству I_кз ≤ К_Т I_H .

Уравнение механической характеристики двигателя можно переписать в виде

(3.7)

где перепад скорости

Величину принято называть модулем жесткости механической характеристики. С учетом пропорциональной связи между токомI и моментом М следует, что механические и электромеханические характеристики отличаются только масштабом.