Статические механические характеристики двигателей постоянного тока

18. Статические характеристики дпт. Двигатели постоянного тока различаются по характеру возбуждения. Двигатели могут быть независимого, параллельного,

Общие сведения.

У двигателей постоянного тока последовательного возбуждения (ДПТ ПВ) обмотку якоря и обмотку возбуждения включают последовательно (рис. 2.16). Вследствие чего с изменением тока нагрузки меняется и магнитный поток Ф. А поскольку зависимость кривой намагничивания Ф = J[I) нелинейная (рис. 2.17), то аналитического выражения электромеханическая и механическая характеристики не имеют.

В связи с тем что физические процессы, протекающие в ДПТ последовательного возбуждения, аналогичны ДПТ независимого

Рис. 2.16. Схема включения двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

180.png

возбуждения, механическую и электромеханическую характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения описывают теми же уравнениями, что и для двигателя постоянного тока независимого возбуждения (2.11 и 2.12) с той лишь разницей, что поток Ф — функция тока якоря (см. рис. 2.17), а сопротивление якорной цепи R& — сумма сопротивлений обмотки якоря и обмотки возбуждения.

Для построения естественных механической и электромеханической характеристик используют универсальные рабочие характеристики (рис. 2.18).

Среди универсальных рабочих характеристик уже имеется электромеханическая характеристика со = Д/я), а для расчета механической характеристики со =/(Л/) используют зависимость Л/=/(/я). При аппроксимации кривой намагничивания линейной зависимостью в области малых значений /я(/я н) электромеханическая и механическая характеристики имеют вид гиперболической зависимости, асимптота которой совпадает с осью скоростей

181.png

где а’— коэффициент аппроксимации кривой намагничивания, определяемый углом наклона между касательной к кривой намагничивания и осью абсцисс; с — конструктивная постоянная.

Кривая намагничивания двигателя постоянного тока

Рис. 2.17. Кривая намагничивания двигателя постоянного тока

Универсальные рабочие харак тернстики ДПТ ПВ

Рис. 2.18. Универсальные рабочие харак тернстики ДПТ ПВ:

Л/, (о, / — в относительных единицах

Поэтому необходимо помнить, что двигатель постоянного тока последовательного возбуждения нельзя включать в сеть без нагрузки, так как угловая скорость двигателя стремится к бесконечности (см. рис. 2.18).

Искусственные характеристики ДПТ ПВ можно получить следующими способами:

введением в цепь якоря добавочного сопротивления /?доб (реостатные характеристики);

изменением подводимого напряжения ?/с;

изменением магнитного потока Ф.

Для построения искусственных характеристик первыми двумя способами применяют уравнение (2.32)

184.png

где = /?,, + /?„; Яя, — соответственно сопротивления обмоток якоря и возбуждения.

Задаваясь несколькими значениями значений /я, по характеристике со = /(/я) находят значения Юе, которые подставляют в уравнение (2.32) при заданном внешнем сопротивлении /?доб, напряжении Uc и определяют скорость со,,.

Регулирование магнитного потока двигателя постоянного тока последовательного возбуждения возможно путем шунтирования обмотки возбуждения. На рисунке 2.19 представлены электрическая схема включения ДПТ ПВ при шунтировании обмотки возбуждения (а) и механические характеристики при различных сопротивлениях /?ш1 и Rmi (б).

Схема включения ДПТ ПВ (а) и механические характеристики (б) при шун тировании обмотки возбуждения

Рис. 2.19. Схема включения ДПТ ПВ (а) и механические характеристики (б) при шун тировании обмотки возбуждения:

— сопротивление шунта; — сопротивление последовательного резистора

Режимы торможения ДПТ ПВ. Для этого двигателя возможны два вида электрического торможения:

  • 1) динамическое;
  • 2) торможение противовключением.

Рекуперативное торможение невозможно, поскольку ДПТ ПВ не имеет частоты вращения идеального холостого хода coq-

Динамическое торможение с независимым возбуждением выполняют путем ограничения тока в обмотках якоря и возбуждения добавочными резисторами Лдт1 и Лд т2 по схеме, приведенной на рисунке 2.20, а.

Недостаток динамического торможения с независимым возбуждением ДПТ ПВ — потребление из сети мощности, близкой к номинальной. Сопротивление ограничения Лд т2, включенное последовательно с обмоткой возбуждения, в режиме динамического торможения обычно выбирают из условия, чтобы ток в обмотке возбуждения не превышал номинального значения ^д.т2 = {UJI») ~ К

Торможение противовключением ДПТ ПВ достигается в двух случаях.

1. При активном статическом моменте Мся путем введения большого добавочного сопротивления Л,. п1 (рис. 2.21). В результате уменьшается ток в цепи якоря, а следовательно, момент двигателя. Последний начинает снижать угловую скорость до со = 0 (точка С), а затем якорь изменяет направление вращения (см. рис. 2.21, кри-

Схема (а) и механические характеристики (б) ДПТ ПВ в режиме динамического торможения

Рис. 2.20. Схема (а) и механические характеристики (б) ДПТ ПВ в режиме динамического торможения

Мехавические характеристики ДПТ ПВ в режиме торможения про- тивовключением вая CD)

Рис. 2.21. Мехавические характеристики ДПТ ПВ в режиме торможения про- тивовключением вая CD). При равенстве моментов М = МС наступает установившийся режим вращения якоря с угловой скоростью —со,. = — ay Кривая CD соответствует режиму торможения противовключением.

2. При реактивном статическом моменте Мс путем изменения полярности напряжения на зажимах якоря двигателя, оставляя неизменным направление тока в обмотке возбуждения (во избежание перемагничивания машины). Для ограничения тока в цепи якоря в режиме торможения противовключением вводят добавочное сопротивление п, поскольку в этом случае ЭДС и напряжение сети имеют одинаковую полярность,

188.png

Торможение противовключением в этом случае происходит по характеристике FK Из-за зависимости магнитного потока от тока якоря ДПТ последовательного возбуждения обладают повышенными пусковыми и перегрузочными способностями.

Особенности конструкции

Двигатели постоянного тока представлены вращающимися нагнетательными элементами, которые размещаются на поверхности статически закрепленной станины. Устройства подобного типа получили широкое применение и эксплуатируются при необходимости обеспечивать разнообразие скоростного регулирования в условиях стабильности вращательных движений привода.

С конструктивной точки зрения все виды ДПТ представлены:

  • роторной или якорной частью в виде большого количества катушечных элементов, покрытых специальной токопроводящей обмоткой;
  • статичным индуктором в виде стандартной станины, дополненной несколькими магнитными полюсами;
  • функциональным щеточным коллектором цилиндрической формы, располагающимся на валу и имеющим медную пластинчатую изоляцию;
  • статично зафиксированными контактными щетками, используемыми с целью подведения достаточного количества электротока на роторную часть.

Как правило, электрические двигатели ПТ оснащаются специальными щетками графитового и медно-графитного типа. Вращательные движения вала провоцируют замыкание и размыкание контактной группы, а также способствуют искрению.

Определенное количество механической энергии поступает от роторной части к другим элементам, что обусловлено наличием передачи ременного типа.

Естественные скоростная и механическая характеристики, область применения

В двигателях последовательного возбуждения ток якоря одновременно является также током возбуждения: iв = Iа = I. Поэтому поток Фδ изменяется в широких пределах и можно написать, что

Коэффициент пропорциональности kФ в значительном диапазоне нагрузок, при I < Iн, является практически постоянным, и лишь при I > (0,8 – 0,9) Iн вследствие насыщения магнитной цепи kФ начинает несколько уменьшаться.

При использовании соотношения (1) для двигателя последовательного возбуждения вместо выражений (7), (9) и (8), представленных в статье “Общие сведения о двигателях постоянного тока”, получим

electromechanics-475-image001.png (2)
electromechanics-475-image002.png (3)
electromechanics-475-image003.png (4)
Естественная скоростная характеристика двигателя последовательного возбуждения
Рисунок 1. Естественная скоростная характеристика двигателя последовательного возбуждения

Скоростная характеристика двигателя [смотрите выражение (2)], представленная на рисунке 1, является мягкой и имеет гиперболический характер. При kФ = const вид кривой n = f(I) показан штриховой линией. При малых I скорость двигателя становится недопустимо большой. Поэтому работа двигателей последовательного возбуждения, за исключением самых маленьких, на холостом ходу не допускается, а использование ременной передачи неприемлемо. Обычно минимально допустимая нагрузка P2 = (0,2 – 0,25) Pн.

Естественная характеристика двигателя последовательного возбуждения n = f(M) в соответствии с соотношением (3) показана на рисунке 3 (кривая 1).

Поскольку у двигателей параллельного возбуждения M ∼ I, а у двигателей последовательного возбуждения приблизительно M ∼ I ² и при пуске допускается I = (1,5 – 2,0) Iн, то двигатели последовательного возбуждения развивают значительно больший пусковой момент по сравнению с двигателями параллельного возбуждения. Кроме того, у двигателей параллельного возбуждения n ≈ const, а у двигателей последовательного возбуждения, согласно выражениям (2) и (3), приблизительно (при Rа = 0)

n ∼ U / I ∼ U / √M .

Поэтому у двигателей параллельного возбуждения

P2 = Ω × M = 2π × n × M ∼ M ,

а у двигателей последовательного возбуждения

P2 = 2π × n × M ∼ √M .

Таким образом, у двигателей последовательного возбуждения при изменении момента нагрузки Mст = M в широких пределах мощность изменяется в меньших пределах, чем у двигателей параллельного возбуждения.

Поэтому для двигателей последовательного возбуждения менее опасны перегрузки по моменту. В связи с этим двигатели последовательного возбуждения имеют существенные преимущества в случае тяжелых условий пуска и изменения момента нагрузки в широких пределах. Они широко применяются для электрической тяги (трамваи, метро, троллейбусы, электровозы и тепловозы на железных дорогах) и в подъемно-транспортных установках.

Схемы регулирования скорости вращения двигателя последовательного возбуждения
Рисунок 2. Схемы регулирования скорости вращения двигателя последовательного возбуждения посредством шунтирования обмотки возбуждения (а), шунтирования якоря (б) и включения сопротивления в цепь якоря (в)

Отметим, что при повышении скорости вращения двигатель последовательного возбуждения в режим генератора не переходит. На рисунке 1 это очевидно из того, что характеристика n = f(I) не пересекает оси ординат. Физически это объясняется тем, что при переходе в режим генератора, при заданном направлении вращения и заданной полярности напряжения, направление тока должно измениться на обратное, а направление электродвижущей силы (э. д. с.) Eа и полярность полюсов должны сохраняться неизменными, однако последнее при изменении направления тока в обмотке возбуждения невозможно. Поэтому для перевода двигателя последовательного возбуждения в режим генератора необходимо переключить концы обмотки возбуждения.

Принцип функционирования

Синхронные устройства обращенного функционала характеризуются сменой выполнения задач статором и ротором. Первый элемент служит для возбуждения магнитного поля, а второй в этом случае преобразует достаточное количество энергии.

Якорное вращение в условиях магнитного поля наводится при помощи ЭДС, а движение направлено в соответствии с правилом правой руки. Поворот на 180о сопровождается стандартной сменой движения ЭДС.

как работает двигатель ПТ

Принцип действия двигателя постоянного тока

Коллекторы посредством щеточного механизма соединяются с двумя витковыми сторонами, что провоцирует удаление пульсирующего напряжения и вызывает образование постоянных токовых величин, а снижение якорной пульсации осуществляется добавочными витками.

Механическая характеристика

На сегодняшний день эксплуатируются электромоторы ПТ нескольких категорий, имеющие различные виды возбуждения:

  • независимого типа, при котором обмоточное питание определяется независимым источником энергии;
  • последовательного типа, при котором подключение якорной обмотки выполняется в последовательном направлении с обмоточным элементом возбуждения;
  • параллельного типа, при котором роторная обмотка подключается в электрической цепи в параллельном для источника питания направлении;
  • смешанного типа, основанном на наличии нескольких последовательных и параллельных обмоточных элементов.
характеристика двигателя

Механическая характеристика двигателя постоянного тока независимого возбуждения ДПТ

Механические моторные характеристики подразделяются на показатели естественного и искусственного вида. Неоспоримые преимущества ДПТ представлены повышенными показателями производительности и увеличенным КПД.

Благодаря особым механическим характеристикам устройства с постоянными токовыми величинами способны легко переносить негативные внешние воздействия, что объясняется закрытым корпусом с уплотнительными элементами, абсолютно исключающими попадание влаги внутрь конструкции.

Модели последовательного возбуждения

ДПТ с ПТВ представляют собой устройство электрического типа с постоянными токовыми величинами, имеющими обмотку возбуждения, последовательно подключенную к якорной обмотке. Данный тип движков характеризуется справедливостью следующего равенства: током, протекающим в обмотке якоря, равным током обмоточного возбуждения, или I=Iв=Iя.

последовательное и смешанное возбуждение

Механические характеристики при последовательном и смешанном возбуждении

При использовании последовательного типа возбуждения:

  • n0 — показатели частоты вращения вала в условиях холостого хода;
  • Δn — показатели изменения частоты вращения в условиях механической нагрузки.

Смещение механических характеристик вдоль оси ординат позволяет им оставаться в полностью параллельном расположении друг другу, благодаря чему регулирование вращательной частоты при изменении данного напряжения U, подведенного к якорной цепи, становится максимально благоприятным.

Модели смешанного возбуждения

Для смешанного возбуждения свойственно расположение между параметрами устройств параллельного и последовательного возбуждения, чем легко обеспечивается значительность пускового момента и полностью исключается любая возможность «разноса» движкового механизма в условиях холостого хода.

В условиях смешанного типа возбуждения:

двигатель ПТ смешанного возбуждения

Двигатель смешанного возбуждения

Регулировка частоты моторного вращения при наличии возбуждения смешанного типа осуществляется по аналогии с двигателями, имеющими параллельное возбуждение, а варьирование МДС-обмоток способствует получению практически любой промежуточной механической характеристики.

Уравнение механической характеристики

Наиболее важные механические характеристики ДПТ представлены естественными и искусственными критериями, при этом первый вариант сравним с номинальным напряжением питания в условиях полного отсутствия добавочного сопротивления на обмоточных цепях мотора. Несоответствие любому из заданных условий позволяет рассматривать характеристику в качестве искусственной.

ω = Uя/ kФ — ( Rя + Rд)/( kФ)

Это же уравнение может быть представлено в форме ω = ω о.ид. — Δ ω, где:

  • ω о.ид. = Uя/kФ
  • ω о.ид — показатели угловой скорости холостого идеального хода
  • Δ ω = Мэм. [(Rя+Rд)/(kФ)2]— снижение показателей угловой скорости под воздействием нагрузки на вал мотора при пропорциональном сопротивлении цепи якоря

Характеристики уравнения механического типа представлены стандартной устойчивостью, жесткостью и линейностью.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...