Вопрос 9 Объясните характеристики двигателя: характеристику холостого хода , рабочие характеристики , , , , механическую и регулировочную .

Ответ 9.1 Характеристика холостого хода представляет собой зависимость скорости вращения от тока возбуждения при постоянном номинальном напряжении и холостом ходе двигателя (Мн=0).

При холостом ходе когда падение напряжения в якоре Rя· Iя мало можно считать, что скорость вращения n=1/Ф . Магнитный поток в зависимости от тока возбуждения изменяется по кривой намагничивания (близкой к параболе), то скорость вращения n будет изменятся по кривой близкой к гиперболе (рис.54).

Ответ 9.2 Рабочая характеристика -это зависимость скорости вращения n от полезной мощности на валу двигателя Р₂ при постоянном номинальном напряжении и постоянном токе возбуждения.

Частота вращения двигателя параллельного возбуждения определяется по выражению

При постоянном номинальном напряжении и постоянном токе возбуждения увеличение нагрузки на валу Р₂ приводит ( в силу процесса саморегулирования) к увеличению тока якоря и скорость должна уменьшиться, однако из-за реакции якоря магнитный поток уменьшается . Второе обстоятельство приводит к возрастанию скорости. Поэтому обычно скорость вращения двигателя от нагрузки незначительно уменьшается (рис.55).

Ответ 9.3 Рабочая характеристика это зависимость тока двигателя Iд от полезной мощности на валу двигателя Р₂ при постоянном номинальном напряжении и постоянном токе возбуждения.

Ток якоря двигателя , где - ток двигателя, - ток возбуждения двигателя.

С увеличением нагрузки ток якоря растет, растет и ток двигателя . Мощность на валу Р₂ пропорциональна моменту М , а она в свою очередь пропорциональна току якоря I_Я . Поэтому зависимость I_д от Р₂ должна быть близкой к линейной (рис.56).

Ответ 9.4 Рабочая характеристика это зависимость вращающего момента М от полезной мощности на валу двигателя Р₂ при постоянном номинальном напряжении и постоянном токе возбуждения.

Вращающий момент М связан с полезной мощности на валу двигателя Р₂ линейным соотношением М=ωР₂=2π/(60·n·Р₂). Поэтому зависимость должна быть линейной. Однако т.к. с увеличением нагрузки скорость вращения немного уменьшается , то для получения той же мощности на валу момент должен быть больше. Поэтому кривая с увеличением нагрузки немного отклониться от линейной вверх ( рис. 57)

Ответ 9.5 Рабочая характеристика это зависимость скорости вращения от вращающего момента М при постоянном номинальном напряжении и постоянном токе возбуждения. Ее называют механической характеристикой двигателя.

Скорость вращения и электромагнитный момент двигателя связаны уравнением механической характеристики: , поэтому зависимость линейная (рис.58):

***)Эту характеристику называют естественной. Если последовательно с якорной обмоткой включен регулировочный реостат c сопротивлением Rр, то мы получим искусственную механическую характеристику.

Если нагрузки на валу нет то М =0, при этом . Это скорость вращения двигателя в режиме холостого хода.

Изменение скорости вращения двигателя при увеличении нагрузки М от 0 до М_ном обычно составляет 3÷8%. Поэтому естественную механическую характеристику можно считать жесткой.

Ответ 9.6: Регулировочная характеристика - это зависимость тока возбуждения от тока якоря при постоянном номинальном напряжении и постоянной скорости вращения .

Регулировочная характеристика показывает, как надо изменять ток возбуждения, для того что бы при изменении нагрузки (т.е. при изменении тока якоря I_Я) скорость вращения n оставалась постоянной.

С увеличением нагрузки, ток якоря увеличивается, скорость вращения падает. Для увеличения скорости необходимо увеличить тяговый момент. Момент пропорционален магнитному потоку и току якоря. М=с_М·Ф·I_я . Увеличивая ток возбуждения I_В мы увеличиваем магнитный поток Ф, а следовательно и тяговый момент, скорость ращения возрастает (рис. 59).

Рис. 59

Ответ 9.7 зависимость КПД двигателя от мощности нагрузки на валу при постоянном номинальном напряжении и постоянной скорости вращения .

КПД двигателя η=Р₂/Р₁

где Р₁ =U·Iд электрическая мощность потребляемая двигателем из сети, Р₂ – мощность на валу (полезная мощность).

,

где - суммарная мощность потерь; сумма потерь на возбуждение, магнитных и механических потерь, которые для двигателя параллельного возбуждения принимается постоянной и определяется из опыта холостого хода. КПД удобно записать в виде:

ΔР_В=U·I_В мощность потерь в цепи обмоток возбуждения,

ΔР_Я=R_Я· I²_Я-мощность потерь в цепи якоря.

При малых нагрузках с увеличением нагрузки числитель растет быстрее знаменателя и КПД растет линейно, но по мере увеличения тока якоря, потери в цепи якоря растут квадратично току якоря ΔР_Я=R_Я· I²_Я . Это приводит к замедлению роста КПД (рис.60):