Электромеханические характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

Механические характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения в двигательном режиме

Механические характеристики двигателя постоянного тока последовательного и смешанного возбуждения

Механические характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения в двигательном режиме

Для электродвигателя последовательного возбуждения, принципиальная схема включения которого представлена на рис. 4.1, уравнение электромеханической характеристики, так же как и для двигателя независимого возбуждения, имеет вид

, (4.1)

где – суммарное сопротивление якорной цепи, состоящее из сопротивления обмотки якоря, обмотки возбуждения и сопротивления внешнего резистора х.

Рисунок 4.1 – Схема включения двигателя постоянного тока последовательного возбуждения.

В отличие от двигателя независимого возбуждения здесь магнитный поток является функцией тока якоря . Эта зависимость носит название кривой намагничивания (рис. 4.2). Так как нет точного аналитического выражения для кривой намагничивания, то трудно дать и точное аналитическое выражение для механической характеристики двигателя последовательного возбуждения.

Если для упрощения анализа пренебречь насыщением магнитной системы и предположить линейную зависимость между потоком и током якоря , то момент двигателя

. (4.2)

Подставив в равенство для угловой скорости двигателя значение тока из (4.2), получим выражение для механической характеристики

. (4.3)

Отсюда следует, что при ненасыщенной магнитной цепи двигателя механическая характеристика изображается кривой (рис. 4.3), для которой ось ординат является асимптотой. Особенностью механической характеристики двигателя последовательного возбуждения является ее большая крутизна в области малых значений момента.Значительное увеличение угловой скорости при малых нагрузках обусловливается соответствующим уменьшением магнитного потока.

Рисунок4.2 – Кривая намагничивания двигателя постоянного тока последовательного возбуждения.

Рисунок 4.3 – Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока последовательного возбуждения.

Уравнение (4.3) дает лишь общее представление о механической характеристике двигателя последовательного возбуждения. При расчетах этим уравнением пользоваться нельзя, так как машин с ненасыщенной магнитной системой обычно в современной практике не строят. Вследствие того, что действительные механические характеристики сильно отличаются от кривой, выраженной уравнением (4.3), построение характеристик приходится вести графо-аналитическими способами. Обычно построение искусственных характеристик производится на основании данных каталогов, где приводятся естественные характеристики и .

Для серии двигателей определенного типа эти характеристики могут быть даны в относительных единицах и . Такие характеристики, называемые универсальными, представлены на рис. 4.4.

В каталогах дается зависимость момента па валу двигателя от тока. При построении механических характеристик принимается зависимость угловой скорости от электромагнитного момента. Это практически допустимо ввиду небольшой разницы между электромагнитным моментом и моментом на валу.

Рисунок 4.4 – Зависимость момента и угловой скорости от тока якоря двигателя постоянного тока последовательного возбуждения (в относительных единицах).

Для построения искусственных (реостатных) характеристик можно воспользоваться следующим методом.

Уравнение естественной характеристики

, (4.4)

где , или

. (4.5)

В случае включения в якорную цепь дополнительного резистора двигатель будет работать на реостатной характеристике, для которой

. (4.6)

При делении (4.5) на (4.4) получим

, (4.7)

. (4.8)

или в относительных единицах

, (4.9)

где – суммарноесопротивление якорной цепи в относительных единицах; ; и .

Порядок построения реостатной характеристики сводится к тому, что, задаваясь некоторыми произвольными значениями тока , по имеющейся естественной характеристике находят . Затем по (4.9) при определенном (для которого строится реостатная характеристика) и том же определяют искомое значение . Таким же образом для других значений определяют искомые значения скорости , и т. д. На рис. 4.5 показаны естественная характеристика двигателя последовательного возбуждения и реостатная , построенные по указанному методу.Пользуясь кривой (рис. 4.4) и электротехническими характеристиками, легко построить механические характеристики двигателя .

На рис. 4.6 приведены естественная и реостатные — механические характеристики двигателя последовательного возбуждения, построенные в относительных единицах. С увеличением сопротивления скорость двигателя при том же моменте уменьшается и характеристика смещается вниз. Жесткость характеристики уменьшается с ростом дополнительного сопротивления в якорной цепи.

Рисунок 4.5 – Естественная и реостатная электромеханические характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения (в относительных единицах).

Рисунок 4.6 – Естественная и реостатные механические характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения (в относительных единицах).

Особенностью механических характеристик рассматриваемого двигателя является невозможность получения режима идеального холостого хода.При нагрузке ниже 15-20 % номинальной работа двигателя практически недопустима из-за чрезмерного увеличения скорости якоря.

Двигатели постоянного тока с последовательным, параллельным, со смешанным возбуждением.

Наличие обмотки возбуждения (ОВ) у двигателя постоянного тока позволяет осуществлять различные схемы подключения. В зависимости от того как включена ОВ, различают двигатели с независимым возбуждением, с самовозбуждением, которое делится на последовательное, параллельное и смешанное.

ДПТ с параллельным возбуждением

По сути, схема подключения ОВ с параллельным возбуждением(рис.2) аналогична схеме с независимым возбуждением. Свойства двигателя при подключении по обеим схемам одинаковы. Плюсом данного вида подключения является то, что отпадает необходимость в отдельном источнике питания.

ДПТ с последовательным возбуждением

При подключении по данной схеме ОВ соединена последовательно цепи якоря (рис.3), при этом ток якоря равен току возбуждения. В связи с этим ОВ изготавливают из провода толстого сечения. Данную схему используют, если требуется обеспечить большой пусковой момент. При уменьшении нагрузки на валу меньше 25% от номинальной, частота вращения резко увеличивается и достигает опасных для двигателя значений. Характеристика ДПТ с последовательным возбуждением “мягкая”.

ДПТ со смешанным возбуждением

ДПТ со смешанным возбуждением (рис.4) имеет две ОВ, одна из которых соединена последовательна, а другая параллельно якорной цепи. При согласном соединении обмоток с увеличением нагрузки на валу растёт магнитный поток, что приводит к уменьшению частоты вращения. При встречном соединении суммарный магнитный поток с увеличением нагрузки уменьшается, что приводит к резкому увеличению частоты вращения. Это приводит двигатель к нестабильному режиму работы, поэтому последовательную обмотку выполняют из малого числа витков, чтобы при увеличении нагрузки магнитный поток снижался незначительно, тем самым стабилизируя работу двигателя.

Характеристики двигателей постоянного тока с различным типом возбуждения.

Двигатели независимого и параллельного возбуждения.
Схема включения двигателя независимого возбуждения показана на рисунке

В цепь якоря может быть включено добавочное сопротивление R_д, например пусковой реостат. Для регулирования тока возбуждения в цепь обмотки возбуждения может быть включен регулировочный реостат R_р. У двигателя параллельного возбуждения обмотки якоря и возбуждения подключены к одному источнику питания, и напряжение на них одинаковое. Следовательно, двигатель параллельного возбуждения можно рассматривать как двигатель независимого возбуждения при U_я= U_в.

Двигатели постоянного тока

Расчет механических характеристик двигателей постоянного тока независимого и последовательного возбуждения. Ток якоря в номинальном режиме. Построения естественной и искусственной механической характеристики двигателя. Сопротивление обмоток в цепи якоря.

БАЛАКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИКИ, ТЕХНОЛОГИИ И УПРАВЛЕНИЯ

КАФЕДРА УПРАВЛЕНИЕ И ИНФОРМАТИКА В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Выполнил: ст. гр. УИТ-61-з

РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДПТ НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Рис.1. Схема двигателя постоянного тока

ДПТНВ имеет номинальные данные:

— частота вращения nНОМ=800об/мин;

— сопротивление обмоток цепи якоря RЯ=1,77Ом;

Требуется определить сопротивление резистора rдоб, который следует включить последовательно в цепь якоря, чтобы при номинальном моменте нагрузки MНОМ частота вращения была n’НОМ=0,5 nНОМ об/мин.

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 M, соответствует искусственной механической характеристике с координатой частоты вращения:

7) Механические характеристики ЭП с рассматриваемым двигателем на рис.3:

Рис.2. Естественная и искусственная механические характеристики

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

Рассчитать координаты необходимые для построения естественной и искусственной механической характеристики ДПТНВ типа ПБС-62, если внешнее сопротивление в цепи якоря rдоб=2,4Ом.

Номинальные данные двигателя:

— частота вращения nНОМ=800 об/мин;

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 n0=908,5об/мин, nНОМ=800 об/мин и MНОМ=131,3Н·м строят естественную механическую характеристику; а по координатам n0=908,5об/мин, n’НОМ=148об/мин и MНОМ=131,3Н·м, строят искусственную механическую характеристику.

Рис.3. Естественная и искусственная механические характеристики

На рис.3 цифрой 1 обозначена естественная характеристика, а цифрой 2 искусственная характеристика.

РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДПТ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Рис.4. Схема ДПТ последовательного возбуждения

Построить естественную механическую характеристику для ДПТПВ с техническими данными:

1) Номинальное значение момента

2) Определяем сопротивление резистора rдоб

3) Пограничная частота вращения:

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

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

6) При расчете искусственных характеристик 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.

Механическая характеристика электродвигателя постоянного тока последовательного и смешанного возбуждения

На рис. 6.2, а показана схема подсоединения к сети электродвигателя последовательного возбуждения. Обмотка возбуждения О В и обмотка якоря Я соединяются последовательно и через реостат Яр подсоединяются к сети. Вследствие этого поток возбуждения ф зависит от тока якоря, т. е. от нагрузки. Для этого вида двигателей при ненасыщенной магнитной системе магнитный поток можно считать пропорциональным току якоря /я, а вращающий момент будет вычисляться по формуле

Так как в уравнении (6.6) п и М переменные величины, то это уравнение является уравнением механической характеристики двигателя.

При малой нагрузке характеристика имеет большую крутизну, при больших нагрузках магнитная система насыщается и поток уже почти не зависит от нагрузки — характеристика превращается в почти прямолинейную, с малой крутизной (рис. 6.2, б).

Из уравнения механической характеристики следует, что:

а) при уменьшении вращающего момента М до нуля частота вращения возрастает до бесконечности —двигатель идет «в разнос» (может произойти механическое повреждение якоря). Таким образом, электродвигатель постоянного тока последовательного возбуждения нельзя включать в сеть без механической нагрузки на его валу;

б) при п = 0 величина вращающего момента будет значительная, пропорциональная квадрату напряжения сети. Таким образом, двигатель развивает значительный вращающий момент (2,2—3,5 МНом) при небольших значениях частоты вращения

в) при уменьшении величины М вначале п растет медленно, а затем — быстро.

Регулирование частоты вращения двигателя достигается:

а) путем включения в цепь двигателя регулировочного реостата (рис. 6,2). Способ регулирования не экономичный, так как через регулировочное сопротивление проходит ток нагрузки;

б) изменением величины напряжения на зажимах двигателя (рис. 6.2, в). При наличии компактного регулировочного устройства способ экономичен и позволяет регулировать частоту вращения в широких пределах.

Двигатель постоянного тока последовательного возбуждения применяется для привода тяговых установок (трамваи, троллейбусы, электровозы) и добычных комбайнов.

Кроме рассмотренных выше двигателей постоянного тока, применяются двигатели постоянного тока смешанного возбуждения. Они имеют две обмотки возбуждения: последовательную и параллельную.

Механическая характеристика этих двигателей имеет промежуточную форму между характеристиками двигателей последовательного и параллельного возбуждения, приближаясь к той или иной в зависимости от соотношений ампервитков обмоток.

Регулирование частоты вращения осуществляется введением в цепи двигателя дополнительного сопротивления, изменением величины магнитного потока возбуждения или величины напряжения, подаваемого на зажимы двигателя.