методические указания по лабораторным работам / Метод_расчет ДПТ (2)

4.2 Расчет характеристик двигателей постоянного тока

4.2.1 Расчет механических характеристик электроприводов с ДПТНВ в основном режиме.Механические характеристики – зависимость частоты вращения n или угловой скорости w от электромагнитного момента двигателя или при неизменных значениях других параметров, способных влиять на частоту вращения и величину момента двигателя (напряжение питания, величины тока и так далее).

Рисунок 19 – Схема двигателя постоянного тока

Без учета индуктивности якорной цепи следует что . Электромагнитный момент , тогда

.

- скорость идеального холостого хода;

- изменение угловой скорости относительно скорости холостого хода, вызванное изменением нагрузки двигателя (момента на его валу).

Все механические характеристики ДПТНВ пересекаются в точках .

Регулирование частоты вращения ДПТНВ осуществляется:

- изменением сопротивления реостата в цепи якоря (только в сторону ее уменьшения от номинальной)

- изменением магнитного потока возбуждения с помощью реостата в цепи обмотки возбуждения (при двухзонном регулировании)

- изменением подводимого к цепи якоря напряжения (только в низ от номинальной частоты вращения, так как подавать на двигатель напряжение выше номинального недопустимо по условиям коммутации и электрической прочности изоляции).

- импульсное регулирование (цепь якоря периодически подключается к сети). Если же хотя бы один из перечисленных параметров двигателя изменен, то механические характеристики называются искусственными.

Для ДПТ – механические характеристики прямолинейны и определяются двумя точками:

Точка А – точка холостого хода , .

Точка Б – соответствующая номинальной нагрузке двигателя с координатами и .

1 – естественная характеристика при

2; 3 – искусственные характеристики при , и при

Рисунок 20– естественная и искусственные механические характеристики

Для естественной характеристики точка Б определяется из каталога ; .

Для точки А скорость холостого хода ; .

Для построения искусственной характеристики точки Б рассчитывается число оборотов .

При расчете механических характеристик обычно решают одну из двух задач:

1. По заданным координатам точки на искусственной механической характеристики при номинальной нагрузке с координатами и определяют сопротивление резистора , в соответствующее этой искусственной характеристики.

2. По заданным значениям сопротивления резистора и тока якоря , соответствующего номинальной нагрузке двигателя, определяют частоту вращения якоря двигателя и строят искусственную механическую характеристику.

Задача: ДПТНВ имеет номинальные данные:

- мощность ;

- напряжение ;

- частота вращения ;

- сопротивление обмоток цепи якоря ;

- КПД .

Требуется определить сопротивление резистора , который следует включить последовательно в цепь якоря, чтобы при номинальном моменте нагрузки частота вращения была .

Решение:

1. Ток якоря в номинальном режиме:

2. Пограничная частота вращения:

3. Номинальный момент на валу двигателя:

4. Координаты точки номинального режима на естественной механической характеристики:

;

5. Номинальное сопротивление двигателя:

6. Сопротивление резистора , соответствует искусственной механической характеристике с координатой частоты вращения:

7. Механические характеристики ЭП с рассматриваемым двигателем на рисунке:

Рисунок 21. – естественная и искусственная механические характеристики

На рисунке 21 цифрой 1 обозначена естественная характеристика, а цифрой 2 искусственная характеристика. В режиме искусственной механической характеристики вводится понятие номинального сопротивления, представляющего собой сопротивление , каким должна обладать цепь якоря двигателя, чтобы при подведенном к неподвижному якорю напряжении ток в цепи якоря был бы номинальным :

Задача: Рассчитать координаты необходимые для построения естественной и искусственной механической характеристики ДПТНВ типа ПБС-62, если внешнее сопротивление в цепи якоря .

Номинальные данные двигателя:

- мощность ;

- напряжение ;

- частота вращения ;

- КПД .

Решение:

1) Номинальный ток якоря:

2) Номинальное сопротивление двигателя:

3) Сопротивление обмоток в цепи якоря:

4) Пограничная частота вращения:

5) Номинальный момент:

6) Частота вращения в режиме искусственной механической характеристики при номинальном моменте нагрузки:

7) По координатам , и строят естественную механическую характеристику; а по координатам , и строят искусственную механическую характеристику.

4.2.2 Расчет механических характеристик ДПТ последовательного возбуждения.

Рисунок 22 – схема ДПТ последовательного возбуждения

Отличительный признак – ток нагрузки двигателя (ток якоря) является током возбуждения , поэтому магнитный поток Ф зависит от нагрузки: , где С – коэффициент пропорциональности.

При том вращающий момент , то есть пропорционален квадрату тока, тогда ток .

Число оборотов: , следовательно механическая характеристика ДПТ криволинейна.

Особенности характеристики:

1. Механическая характеристика не пересекает ось координат, так как при отсутствии нагрузки двигателя частота вращения возрастает неограниченно. По той причине не допускается работа ДПТПВ при нагрузке .

2. При малых нагрузках частота вращения значительна (характеристика мягкая). При нагрузках близких к номинальной, характеристика становится более жесткой (пологой). Объясняется это тем, что при токе нагрузки магнитная система насыщается и магнитный поток возбуждения остается практически неизменным.

Для построения естественной механической характеристики ДПТПВ по универсальным характеристикам поступают следующим образом:

1) Определяют фактические номинальные значения тока , момента и частоты вращения n об/мин.

2) Задаются рядом относительных значений тока нагрузки и по универсальной характеристики определяют относительные значения момента М* и частоты n*

3) Сроят естественную механическую характеристику, пересчитав через номинальное и относительное значения требуемых параметров с целью определения текущих.

Задача: Построить естественную механическую характеристику для ДПТПВ с техническими данными:

- ;

- ;

- ;

- .

Решение:

1) Номинальное значение момента

2) По полученным данным строим естественную механическую характеристику (график проходящий через точку А1)

При расчете искусственных характеристик решают так же одну из двух задач:

1. Либо по заданным координатам точки на искусственной механической характеристики определяют сопротивление резистора , необходимое для получения требуемой искомой характеристики.

Рисунок 23 - универсальная естественная характеристика.

Рисунок 24 – график построенной естественной и искусственных механических характеристик.

2. Либо по заданным сопротивлениям определяют координаты точек искусственной характеристики.

3) Задаемся относительными значениями тока нагрузки и по универсальным естественным характеристикам определяем величины, необходимые для построения естественной характеристики двигателя сначала в относительных единицах, затем в именованных.

Задача: Для двигателя последовательного возбуждения (см задача выше) определить сопротивление резистора , при включении которого в цепь якоря искусственная механическая характеристика пройдет через т А2 с координатами: , .

Решение:

1) Номинальное сопротивление двигателя:

2) КПД в номинальном режиме:

3) Сопротивление обмоток в цепи якоря:

4) Сопротивление резистора