6.6 Механическая и рабочая характеристики
Механическая характеристика двигателя постоянного тока – зависимость установившейся угловой скорости от момента на валу двигателя при постоянном напряжении и сопротивлении цепи якоря. В зависимости от способа включения обмотки возбуждения двигателя механическая характеристика имеет вид, указанный на рисунке 6.8. Из рисунка видно, что при изменении момента М от нуля до номинального значения частота вращения меняется незначительно в пределах (3…8)%. Такая характеристика (1) называется жесткой. Механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения имеет вид, похожий на гиперболу (3) и называется мягкой. В двигателе смешанного возбуждения имеются две обмотки, одна из которых включается параллельно обмотке якоря, а другая – последовательно с ней. Доля каждой обмотки в создании суммарного магнитного потока машины может быть различной.
Рисунок 6.8 – Механические (а) и рабочие (б) характеристики двигателя:
1 – параллельного; 2 – смешанного; 3 – последовательного возбуждений
При согласном включении, когда параллельная и последовательная обмотки возбуждения создают потоки, совпадающие по направлению, двигатель смешанного возбуждения имеет характеристики, занимающие промежуточное положение между характеристиками параллельного и последовательного возбуждения. Встречное включение обмоток возбуждения применяют редко, так как в этом случае при пуске двигателя резко уменьшается пусковой момент из-за снижения магнитного потока. Обычно при пуске таких двигателей последовательную обмотку возбуждения закорачивают и она не участвует в создании магнитного потока. В рабочем режиме такой двигатель может имеет абсолютно жесткую внешнюю характеристику.
Рабочие характеристики двигателя – это зависимости частоты вращения n, вращающего момента М, тока якоря Iя, потребляемой мощности Р1 и η от мощности на валу двигателя (Р2) при U=const и Iв=const. На рисунке 6.8 б представлена зависимость n=f(Р2).
6.7 Двигатели постоянного тока
Схемы возбуждения двигателей аналогичны рассмотренным для генераторов в силу обратимости машины. Наиболее распространены двигатели с последовательным и параллельным возбуждением, а двигатели со смешанным возбуждением по своим свойствам являются промежуточным между двигателями с параллельным и последовательным возбуждениями.
Двигатели с последовательным возбуждением применяются в устройствах, требующих пуска под нагрузкой, и не создают бросков тока в питающей сети по сравнению с двигателями параллельного возбуждения.
Пуск в ход двигателя постоянного тока
В момент пуска двигателя ток якоря велик и для его ограничения последовательно с обмоткой якоря вводится дополнительное сопротивление, называемое пусковым реостатом, сопротивление которого подбирают так, чтобы пусковой ток превышал номинальный только в 1,5 раза.
Различают три способа пуска двигателей постоянного тока: а) прямой пуск, при котором цепь якоря включается на полное напряжение, что возможно только у двигателей малой мощности; б) пуск с помощью пускового реостата; в) пуск при пониженном напряжении от источника с регулируемым напряжением.
2. Основные характеристики дпт
Электромеханические свойства ДПТ определяются его скоростной характеристикой n(Iя), представляющей зависимость частоты вращения n от тока якоря Iя при U = const и Iв = const.
Уравнение естественной скоростной характеристики получают из выражения (3.3), решив его относительно частоты вращения
(3.4)
С ростом нагрузки омическое падение напряжения RяIя в цепи якоря возрастает, но при этом магнитный поток Фв уменьшается вследствие реакции якоря, под которой понимают воздействие магнитного потока якоря Фя на магнитный поток Фв, создаваемый током возбуждения. Так как падение напряжения в цепи якоря RяIя обычно оказывает более сильное влияние на частоту вращения якоря n, чем реакция якоря, то скоростная характеристика n = (Iя) имеет вид прямой падающей линии (см. рис. 20.5).
Важнейшей характеристикой ДПТ является механическая характеристика n(M), представляющая зависимость частоты вращения якоря от развиваемого ДПТ момента при условии постоянства напряжения и сопротивлений в цепи якоря и в цепи возбуждения. Заменив ток Iя в (3.4) значением из выражения вращающего момента М = СMФвIя, получим уравнение естественной механической характеристики
(3.5)
Естественная механическая характеристика n = (M) двигателя постоянного тока параллельного возбуждения выведена при условии, что момент холостого хода М0 = 0, а электромагнитный момент примерно равен моменту на валу двигателя, т. е. Мэм М, где n0 — частота вращения якоря двигателя на холостом ходу при допущении, что омическое падение напряжения RяIя в якоре отсутствует; n — уменьшение частоты вращения якоря двигателя при соответствующем увеличении момента вращения М; СE, СМ — конструктивные коэффициенты электродвигателя.
Если принять магнитный поток машины постоянным, т. е. Фв = const при токе возбуждения Iвн = const, то естественная механическая характеристика представляет собой прямую линию (см. кривую 1 на рис. 20.4), наклон которой по отношению к оси абсцисс определяется отношением
При переходе двигателя от режима холостого хода к номинальной нагрузке частота вращения якоря n снижается всего лишь на 2…8 %, т. е. двигатель постоянного тока параллельного возбуждения обладает жесткой скоростной характеристикой.
При введение пускового реостата в цепь якоря уменьшается жесткость механической характеристики (см. реостатные механические характеристики 2…4 на рис. 20.4), что приводит к снижению частоты вращения при определенном моменте сопротивления Мс на валу, создаваемом, например, определенным током электромагнитного тормоза ЭМТ (см. рис. 20.3).
Практическое значение имеют рабочие характеристики ДПТ.
Зависимость М = (Iя) называется моментной характеристикой двигателя. При установившемся режиме работы двигателя электромагнитный момент вращения М связан с током Iя якоря уравнением
Мэм = СМIяФв = М0 + М.
Момент холостого хода М0 мало изменяется при нагрузке; он определяется мощностью Р0, потребляемой двигателем из сети в режиме холостого хода. Так как отношение М0/Мн 3…8%, то, пренебрегая моментом М0, можно принять Мэм М = СМIяФв. При этом условии построение характеристики М = (Iя) начинают из начала координат (рис. 20.5). С увеличением тока Iя в якорной обмотке магнитный поток Фв уменьшается за счет размагничивающего действия реакции якоря, а потому моментная характеристика растет медленнее, чем ток Iя, отклоняясь от прямой (пунктирной) линии (см. рис. 3.3).
Характеристика коэффициента полезного действия = (Iя) нарастает очень быстро при росте нагрузки от нуля (режим холостого хода) до 0,5Iян и достигает наибольшего значения в пределах от 0,5 до 0,8 номинальной нагрузки, а затем медленно падает вследствие роста переменных потерь (см. рис. 20.5).
Электродвигатели постоянного тока. Свойства и механические характеристики
(индуктора) с электромагнитами, на полюсах которых расположена обмот-ка возбуждения, и вращающегося якоря, обмотка которого соединена с коллектором. При подведении напряжения постоянного тока через коллек-тор к обмотке якоря одновременно подается напряжение и в обмотку возбуждения электромагнитов. При этом в магнитной системе индуктора возникает магнитный поток, взаимодействие которого с магнитным полем якоря приводит к образованию вращающегося момента, вызывающего вращения якоря.
В зависимости от принятой схемы питания обмоток возбуждения машины постоянного тока подразделяются:
— на двигатели с последовательным возбуждением;
— на двигатели с параллельным возбуждении
— на двигатели со смешанным возбуждением.
Схемы электродвигателей постоянного тока:
а — с последовательным возбуждением;
б – с параллельным возбуждением;
с – со смешанным возбуждением.
ОВ – обмотка возбуждения; RП – реостат пусковой; RВ – реостат возбуждения.
Рабочие параметры электродвигателей постоянного тока регулируются при помощи реостатов (RП и RВ) в цепи ротора и в цепи возбуждения ОВ. Подводимое к электродвигателю постоянного тока напряжение U урав-новешивается с индуцируемой в машине ЭДС Е и с падением напряжения в цепи якоря на его сопротивление R при прохождении тока I
Индуцируемая в якоре ЭДС
Где С – коэффициент пропорциональности, зависящий от конструкции машины; Ф – магнитный поток, Вб; n – частота вращения якоря.
Механическая мощность развиваемая машиной Р
E∙I, Вт
Вращающий момент (Н∙м)
I=
n=
Это уравнение является уравнением механической характеристики электродвигателя постоянного тока.
Механические характеристики электродвигателей постоянного тока с различным возбуждением имеют различную форму.
Рис. Механические характеристики электродвигателей постоянного тока:
1 – с последовательным возбуждением;
2 – со смешанным возбуждением;
3 – с параллельным возбуждением
Частота вращения якоря двигателя с последовательным возбуждением (кривая 1) резко изменяется с изменением нагрузки.
Двигатель может преодолеть большой момент сопротивления при сильном снижении частоты вращения и наоборот, при резком снижении нагрузки частота вращения может возрасти до опасных пределов (воз-можность разноса).
Механическая характеристика двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением ( кривая 3) подобна характеристике асинх-ронного двигателя в области устойчивой работы: при изменении нагрузки частота вращения ротора меняется незначительно.
Характеристика двигателя со смешанным возбуждением (кривая 2) имеет промежуточную форму между вышеуказанными харак-теристиками, приближаясь к той или иной в зависимости от соотношения ампер-витков обмоток.
При пуске электродвигателя пусковые токи достигают высоких значений.
В период пуска n=0; E=0; I= U/R максимально (превышает номинальное значение в 8 – 15 раз). Для ограничения пусковых токов в цепь якоря вводят реостат RП, обеспечивающий превышение пускового тока над номинальным не более чем в 2 раза. В период пуска реостат в цепи якоря должен быть введен, а в цепи возбуждения реостат RП – выведен, при последовательном возбуждении – введен. При этих условиях пусковой ток имеет минимальное значение. По мере разгона пусковой реостат выводится из цепи.
Частоту вращения электродвигателей постоянного тока можно регулировать тремя способами:
— изменением сопротивления в цепи якоря R;
— изменением магнитного потока;
— изменением величины подводимого напряжения.
Введение в цепь якоря сопротивления снижает его частоту вращения. При этом наклон кривых (механических характеристик двигателя) с ростом сопротивления увеличиваются и все они проходят ниже естественной характеристики. Но при таком способе проиходит значительная потеря энергии в реостате, значительное смягчение характеристик и необходимость иметь громоздкий реостат.
Частоту вращения можно регулировать с помощью специальных устройств, позволяющих изменять напряжение в якоре в необходимых пределах. К таким устройствам относятся система генератор – двигатель (Г –Д) или управляемые выпрямители, выполняемые на базе различных элементов.
Электрическое торможение двигателей постоянного тока произ-водится теми же способами, что торможение синхронных двигателей, т.е. возвратом энергии в сеть, электродинамическим способом и противо-током.
Реверсирование двигателей достигается изменением полярности питающих проводов на клеммах обмотки якоря или обмотки воз-буждения.
Преимущества двигателей постоянного тока. Возможность плавного регулирования частоты вращения в широком диапазоне.
Недостатки двигателей постоянного тока. Необходимость иметь преобразовательные устройства, более сложная конструкция по сравнению с асинхронным двигателем, меньшая надежность в работе и меньший К.П.Д.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Искусственные механические характеристики двигателей постоянного тока: регулирование частоты вращения
Искусственные механические характеристики – это зависимости частоты вращения якоря (n или ω) от электромагнитного момента (М эм) или наоборот при различном напряжении якоря (Ua = var), различном сопротивлении в цепи якоря (Σ ra = var), различном потоке возбуждения (R в = var).
Механическая характеристика двигателя постоянного тока описывается уравнением:
(см. прошлую лекцию) (2)
Общий уровень механической характеристики определяется первым слагаемым , наклон (или жесткость) характеристики определяется коэффициентом при втором слагаемом.
Рассмотрим влияние изменений напряжения, сопротивления в цепи якоря и потока возбуждения на примере механических характеристик ДПТ независимого и параллельного возбуждения.
1. Изменение напряжения якоря (Ua = var) при прочих неизменных параметрах:
Рисунок 2 – Механические характеристики при изменении напряжения якоря.
Целесообразно регулирование частоты вращения якоря при напряжении якоря не выше номинального (Ua ≤ Ua ном).
2. Изменение сопротивления в цепи якоря (Σ ra = var) при прочих неизменных параметрах (рисунок 3).
Ra д1, Ra д2 – добавочные сопротивления в цепи якоря
Рисунок 3 – Механические характеристики при изменении сопротивления в цепи якоря.
Проследим за переходом с естественной характеристики (рис. 3, точка А) на искусственную (рис. 3, точка В и далее) при добавлении в цепь якоря сопротивления Ra д1:
1) при работе в точке А: ток якоря , момент д.п.т.: M эм = СМ Ф Ia;
2) при добавлении сопротивления Ra д1: ток якоря ,
момент д.п.т. пропорционально уменьшится: M эм 1 = СМ Ф Ia 1;
3) электромагнитный момент уменьшается сразу, частота вращения сразу уменьшиться не может по инерции – характеристика переходит в точку В;
4) в точке B: M эм < M c1, поэтому d ω/ dt < 0 и частота вращения якоря уменьшается до ω1, при которой M эм = M c1; при этом ток якоря .
3. Изменение потока возбуждения (R в = var) при прочих равных условиях.
Значение потока возбуждения влияет как на общий уровень механической характеристики , так и на её наклон (рисунок 4).
При уменьшении потока возбуждения (Фв) возрастает влияние реакции якоря, т.к. чем меньше поле возбуждения, тем сильнее оно подвержено влиянию поля якоря (рисунок 4, пунктирные линии).
Рисунок 4 – Механические характеристики при изменении поля возбуждения.
При небольшом потоке возбуждения (рис. 2, ток I в2) реакция якоря с ростом нагрузки приводит к недопустимому характеру механической характеристики: вследствие уменьшения потока Фв при небольшом значении момента сказывается влияние слагаемого , а при большем значении момента двигателя – коэффициента , когда частота вращения якоря быстро падает.
Целесообразно регулирование частоты вращения якоря при токе возбуждения не выше номинального (I в ≤ I в ном), но при сохранении устойчивости характеристики.
После прочтения материала постарайтесь ответить на дополнительные вопросы.
- Какую единицу измерения имеет момент инерции J в уравнении движения?
- В чём заключается устойчивость механической характеристики электродвигателя?
- Каким образом изменяются механические характеристики ДПТ различных типов возбуждения при уменьшении напряжения якоря?
- Каким образом изменяются механические характеристики ДПТ различных типов возбуждения при увеличении сопротивления в цепи якоря?
- Опишите процессы изменения параметров ДПТ при включении дополнительного сопротивления в цепь якоря и последующем переходе с естественной механической характеристики на искусственную.
- Каким образом изменяются механические характеристики ДПТ различных типов возбуждения при увеличении сопротивления в цепи обмотки возбуждения (при уменьшении тока возбуждения)?
- Каким образом проявляется реакция якоря при уменьшении потока возбуждения?
[1] Знайте, что одна из главных Ваших жизненных задач – создание счастливой семьи.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Об этом полезно знать:
Инструкция выполнения тестовых заданий по проверке теоретических знаний студентов • Тестирование проводится в учебной аудитории.
Виды исторических источников Историческое исследование включает в себя источниковедческий и историографический анализ.
Вопрос 2. ПРИНЦИПЫ УГОЛОВНОГО ПРОЦЕССА. ПОНЯТИЕ И СИСТЕМА ПРИНЦИПОВ УГОЛОВНОГО ПРОЦЕССА РОССИИ. СОДЕРЖАНИЕ ПРИНЦИПОВ УГОЛОВНОГО ПРОЦЕССА РОССИИ В системе процессуального права принципы занимают главенствующее положение.
Физические качества волейболистов Современный волейбол характеризуется высокой двигательной активностью волейболистов.
Тема 1.1. История создания и развития автоматизированных информационных систем РАБОЧАЯ ТЕТРАДЬ по дисциплине «Основы построения АИС» студентки Агеевой Юлии Николаевны группы ВТ-101б специальность.