3. Электромеханические характеристики двигателей.

1. Электромеханические характеристики двигателей постоянного тока.

Схема включения двигателя постоянного тока независимого возбуждения приведена на рисунке 3.1.

П

оложительные направления токов и ЭДС показаны стрелками. Из второго закона Кирхгофа следует:

, (3.1)

где R_Я – полное сопротивление якорной цепи двигателя, R_Я = R_P + r_Я,

R

Рис. 3.1

_P – сопротивление внешнего реостата, r_Я – внутреннее сопротивление двигателя, включающее сопротивление обмотки якоря r_ОЯ, - сопротивление щёточного контакта r_Щ, сопротивление добавочных полюсов r_доп , и сопротивление последовательной обмотки возбуждения Rв (при смешанном и последовательном возбуждении).

Из теории электрических машин известно:

Е_Я = с Ф  (3.2)

М = с Ф I_Я (3.3)

где с, Ф- конструктивный коэффициент и магистральный поток двигателя

Подставляя (3.2) и (3.3) в 3.1 получаем:

; (3.4)

; (3.5)

Уравнение (3.4) – скоростная характеристика, (3.5) – механическая характеристика.

Уравнения (3.1) – (3.5) определяют электромеханические характеристики двигателя постоянного тока с любым способом возбуждения.

2. Электромеханические характеристики двигателя независимого возбуждения.

Д

ля двигателя с независимым возбуждением можно принять =const, т.е магнитный поток не зависит от тока якоря. Тогда уравнения (3.4) и (3.5) будут уравнениями прямых линий (рис.3.2)

- скорость идеального холостого хода

- статическое падение скорости.

- жесткость механической характеристики.

Рис. 3.2

Различают характеристики естественные и искусственные.

Естественные характеристики имеют место при:

U_Z = U_ЯН ; =Ф_Н; R_Я = r_Я (R_P = 0).

3.2.1 Построение естественной характеристики по паспортным данным двигателя.

Дано: P_H, n_H, U_H, I_ЯН.

Находим: ;

Для построения характеристик необходимо определить координаты ещё одной точки. Обычно находят

;

При отсутствии каталожных данных относительно r_Я, приближённо определяем:

.

3.2.2. Искусственные характеристики двигателя.

а) Изменение U_Я

П

оскольку , то , так как , характеристики параллельны друг другу

Рис. 3.3

Искусственные характеристики при изменении U_Я параллельной естественной характеристики.

в

) Изменение R_Я

= const

- изменяется прямо

пропорционально R_Я.

От сюда:

Рис. 3.4

При любом произвольно взятом токе якоря или моменте отрезки, изображающие на графике статистическое падение скорости, прямо пропорциональны сопротивлениям.

с) Изменение

И

з-за насыщения магнитной системы машины магнитный поток можно только уменьшать.

Скоростные и механические характеристики показаны на рисунках для естественных характеристик

, ,

Ток I_K в 10 – 20 превышает номинальный

Из приведенных соотношений вытекает:

Ослабление потока используется для повышения скорости двигателя сверх номинальной . Степень уменьшения потока ограничивается механической прочностью якоря при увеличении скорости. Для двигателя нормального исполнения

Рис. 3.5

3.2.3 Пуск в ход двигателя независимого возбуждения. Расчет пусковых реостатов

Первой включается обмотка возбуждения и устанавливается номинальный магнитный поток.

При прямом включении якоря пусковой ток равен:

, что недопустимо.

Ограничение пускового тока до допустимого значения возможно путём путём понижения напряжения на якоре (в системах преобразователем) или путём включения в цепь якоря пускового реостата.

Исходные данные для расчета реостата: параметры двигателя U_H, I_H, r_Я, величина M_C.

Построение пусковой диаграммы (рис 3.6а).

Р

ассчитывается величина , определяется пусковой ток I₁ и момент М₁:

Определяется ток I₂ и момент М₂ переключения

Проводятся вертикальные линии через абсциссы I₁ и I₂.

П

Рис. 3.6

ервая пусковая характеристика проводится через точки (0,) и (I₁,0). Эта характеристика пересекает в т. в вертикаль I₂. Через точку в проводится горизонталь до пересечения в точки В вертикали I₁.

Через точки В и проводится вторая пусковая характеристика, на ней находится точка пересечения а с вертикалью I₂, через которую проводятся горизонтальные линии до пересечения с вертикалью I₁ в точке А. Через точки А и проводиться следующая реостатная характеристика и т.д. Построение заканчивается, когда последняя горизонталь пересечет естественную характеристику в точке где . В правильно построенной диаграмме выход на естественную характеристику должен произойти при , что достигается подбором тока I₂.

Сопротивление ступеней находятся по методу отрезков:

; ; .

Из геометрических соотношений можно получить формулу для аналитического расчета реостата:

,

где - кратность изменения пускового тока,

m - число ступеней реостата.

Порядок применения: задаются током I₁ и величиной m, определяют и вычисляют I_2. Этот ток должен удовлетворять условию , если условие не выполняется увеличивают m на 1 и повторяют расчет. Или задаются величиной I₂, вычисляют I₁ и проверяют по условию .

Далее находят сопротивления:

,

3.2.4 Тормозные режимы двигателя независимого возбуждения.

а) Торможение с возвратом энергии в сеть (рекомендуется)

Н

аправление токов и ЭДС этого режима показано на рис. 3.7 а) и б). Характеристики показаны на рисунке. Торможение возможно при . Характеристики определяются уравнениями (3.4) и (3.5).

б) Динамическое торможение

Якорь двигателя отключается от сети и замыкается на реостат, в этом случае

.

Х

Рис. 3.7

арактеристики проходят через начало координат.

в) Противовключение.

Рис. 3.8

В этом режиме направление вращения якоря противоположно вращению в точке идеального холостого хода (рис. 3.8) Направление токов и ЭДС показано на рис. 3.7 а) и г). Согласно рисункам в двигательном режиме , в режиме противовключения , поэтому для ограничения до безопасного уровня

тока якоря при противовключении в якорную цепь обязательно включается реостат. При торможении потребляется значительная энергия из сети.