Меню

Механические характеристики привода постоянного тока

Механические характеристики электроприводов

7.1. Динамические свойства электропривода с линейной механической характеристикой

Для анализа свойств
электропривода с линейной механической характеристикой как объекта
автоматического управления найдем передаточную функцию системы по управляющему
воздействию:

Из рис. 7.1 можно записать:

(7.5) – электромеханическая
постоянная времени.

Электрический привод — википедия. что такое электрический привод Электрические приводы Гост р 50369-92 электроприводы. термины и определения, гост р от 21 октября 1992 года №50369-92 Электрический привод — википедия с видео // wiki 2 Электродвигатели Электрический привод Электродвигатели - типы, устройство, принцип работы, параметры, производители Гост р 50369-92 электроприводы. термины и определения, гост р от 21 октября 1992 года №50369-92 Электрический привод — википедия. что такое электрический привод Механические характеристики электроприводов

Передаточная функция по возмущающему воздействию — моменту статической нагрузки МС, имеет вид:

Из рис. 7.1 получаем:

Корни этого уравнения:

Значение m определяет колебательность разомкнутой электромеханической системы.

Если m > 4, то p1= —α1; p2 = —α2.

Поэтому в этом случае:

Следовательно, при m > 4 рассматриваемый
электропривод может быть представлен в виде последовательного соединения
инерционных звеньев с постоянными времени Т1 и Т2.

При m = 4 характеристическое уравнение системы имеет два равных
отрицательных корня . В этом случае:

При m и электропривод
представляет собой колебательное звено с коэффициентом затухания ξ меньшим или равным 1, уменьшающимся по мере уменьшения m.

В этом случае
можно записать:

Анализ частотных характеристик двигателей мощностью выше 10кВт показал,
что передаточную функцию по управляющему воздействию можно представить в виде:

т.е. заменить колебательное звено двумя апериодическими с постоянной .

Механическая характеристика двигателя постоянного тока независимого возбуждения (дпт нв) — студопедия Электродвигатели - типы, устройство, принцип работы, параметры, производители Гост р 50369-92 электроприводы. термины и определения, гост р от 21 октября 1992 года №50369-92 Электрический привод — википедия. что такое электрический привод Динамические свойства электропривода с линейной механической характеристикой Электрический привод Электрический привод Электрические приводы Механические характеристики электроприводов Электрический привод — википедия с видео // wiki 2

Для многих
электроприводов малой мощности m>4, при этом можно
пренебречь электромагнитной инерцией, положив Тэ»0,
тогда структурная схема асинхронного электропривода с линеаризованной
механической характеристикой будет иметь вид (рис. 7.3):

Рис. 7.3. Структурная
схема асинхронного электропривода с линеаризованной механической
характеристикой и .

Из рис. 7.3 после элементарных преобразований:

Полученное
уравнение позволяет структурную схему асинхронной машины с линеаризованной
механической характеристикой представить в виде (рис. 7.4):

Рис. 7.4. Преобразованная структурная схема асинхронной машины с линеаризованной
механической характеристикой.

Из преобразованной структурной схемы видно, что при Тэ»0
электропривод с линейной механической характеристикой приближенно можно
представить в виде инерционного звена с постоянной времени Тм.

Переходную и весовую
функции инерционного звена можно представить в виде:

По уравнениям
(7.11) и (7.12) на рис. 7.5 построены временные характеристики электропривода при .

Рис.7.5. Временные характеристики электропривода при .

Гост р 50369-92 электроприводы. термины и определения, гост р от 21 октября 1992 года №50369-92 Механическая характеристика двигателя постоянного тока независимого возбуждения (дпт нв) — студопедия Электрический привод Гост р 50369-92 электроприводы. термины и определения Электрический привод Электрические приводы Механические характеристики электроприводов Электродвигатели - типы, устройство, принцип работы, параметры, производители Электрический привод — википедия с видео // wiki 2 Механическая характеристика двигателя постоянного тока независимого возбуждения (дпт нв) — студопедия

Из полученных временных характеристик можно сделать вывод: электромеханическая постоянная
времени Тм представляет собой время, за которое электропривод достиг бы установившейся
скорости, двигаясь равномерно ускоренно под действием постоянного динамического
момента, равного начальному значению:

Механическая характеристика — электропривод

Механическая характеристика электропривода при динамическом торможении имеет явно выраженный максимум, определяемый координатами максимального момента Жм и максимального скольжения su, соответствующего этому моменту.

Механическая характеристика электропривода является типовой для электроприводов с подчиненным регулированием. В зоне рабочих нагрузок электропривода, когда регулятор скорости AR работает на линейном участке своей статической характеристики, электропривод поддерживает заданную скорость вращения. При перегрузках электропривода регулятор скорости насыщается и происходит ограничение тока статорных обмоток и момента двигателя.

Механическая характеристика электроприводов подъема экскаватора для одного из положений сельсииного командоаппарата приведена на рис. 3 — 29 в. Системы управления обеспечивают надежное стопорение электропривода и возможность получения характеристик любой жесткости, что соответствует требованиям различных механизмов экскаваторов.

Если механическая характеристика электропривода не соответствует характеристике механизма, происходит завышение номинальной мощности, и, следовательно, увеличиваются массы, габаритные размеры и стоимость двигателя.

Жесткость механических характеристик электропривода обеспечивается наличием обратных связей по току и напряжению. При минимальной скорости вращения обратная связь по току максимальна, а по мере увеличения скорости вращения она ослабляется. Так как к работе привода предъявляются повышенные требования в отношении жесткости механических характеристик, в схеме применено стабилизированное питание.

Графическое определение — .| Механические характеристики асинхронного двигателя МТН 312 — 6 при изменении напряжения питания ( ПВ 40 %.

Расчеты механических характеристик электроприводов и сопротивлений резисторов

Схемы двухтокового питания.

Получение механических характеристик электроприводов постоянного и переменного тока при параметрическом регулировании достигается за счет введения сопротивлений в цепи обмоток двигателей. Для крановых электроприводов практическое применение имеют схемы с использованием только активных сопротивлений.

Нагрузочная диаграмма электропривода.

Нарисовать механическую характеристику электропривода , когда задан полный сигнал задания вперед, а момент статической нагрузки изменяется от ММАХ до — ММАХ — Нарисовать внешнюю характеристику En f ( M) в тех же квадрантах.

Построить механическую характеристику электропривода , когда момент упора My 2 — Мн, а скорость холостого хода соответствует частоте напряжения на статоре 10 Гц.

Возможно формирование практически любых механических характеристик электропривода , вплоть до характеристик, аналогичных глубокорегулируемому реверсивному электроприводу постоянного тока с обратной связью по скорости.

Статические характеристики асинхронного электропривода.

Формирование горизонтального участка механической характеристики электропривода осуществляется в контуре регулирования скорости путем изменения величины сигнала L / PC в функции ошибки ( то есть разницы напряжений задатчи-ка ЗИ и датчика скорости ДС) по скорости. Этот режим возможен, когда регулятор скорости работает на линейном участке своей статической характеристики, то есть напряжение на его выходе меньше напряжения, задаваемого блоком ограничения БО.

Подбор электродвигателя

Качество работы современного электропривода во многом определяется правильным выбором используемого электрического двигателя, что в свою очередь обеспечивает продолжительную надёжную работу электропривода и высокую эффективность технологических и производственных процессов в промышленности, на транспорте, в строительстве и других областях.

При выборе электрического двигателя для привода производственного механизма руководствуются следующими рекомендациями:

  • Исходя из технологических требований, производят выбор электрического двигателя по его техническим характеристикам (по роду тока, номинальным напряжению и мощности, частоте вращения, виду механической характеристики, продолжительности включения, перегрузочной способности, пусковым, регулировочным и тормозным свойствами др.), а также конструктивное исполнение двигателя по способу монтажа и крепления.
  • Исходя из экономических соображений, выбирают наиболее простой, экономичный и надёжный в эксплуатации двигатель, не требующий высоких эксплуатационных расходов и имеющий наименьшие габариты, массу и стоимость.
  • Исходя из условий окружающей среды, в которых будет работать двигатель, а также из требований безопасности работы во взрывоопасной среде, выбирают конструктивное исполнение двигателя по способу защиты.

Правильный выбор типа, исполнения и мощности электрического двигателя определяет не только безопасность, надёжность и экономичность работы и длительность срока службы двигателя, но и технико-экономические показатели всего электропривода в целом.

Классификация электроприводов

По количеству и связи исполнительных, рабочих органов:

  • Индивидуальный, в котором рабочий исполнительный орган приводится в движение одним самостоятельным двигателем, приводом.
  • Групповой, в котором один двигатель приводит в действие исполнительные органы РМ или несколько органов одной РМ.
  • Взаимосвязанный, в котором два или несколько ЭМП или ЭП электрически или механически связаны между собой с целью поддержания заданного соотношения или равенства скоростей, или нагрузок, или положения исполнительных органов РМ.
  • Многодвигательный, в котором взаимосвязанные ЭП, ЭМП обеспечивают работу сложного механизма или работу на общий вал.
  • Электрический вал, взаимосвязанный ЭП, в котором для постоянства скоростей РМ, не имеющих механических связей, используется электрическая связь двух или нескольких ЭМП.
Читайте также:  Емкостной характер нагрузки в цепи переменного тока

По типу управления и задаче управления:

  • Автоматизированный ЭП, управляемый путём автоматического регулирования параметров и величин.
  • Программно-управляемый ЭП, функционирующий через посредство специализированной управляющей вычислительной машины в соответствии с заданной программой.
  • Следящий ЭП, автоматически отрабатывающий перемещение исполнительного органа РМ с заданной точностью в соответствии с произвольно меняющимся сигналом управления.
  • Позиционный ЭП, автоматически регулирующий положение исполнительного органа РМ.
  • Адаптивный ЭП, автоматически избирающий структуру или параметры устройства управления с целью установления оптимального режима работы.

По характеру движения:

  • ЭП с вращательным движением.
  • Линейный ЭП с линейными двигателями.
  • Дискретный ЭП с ЭМП, подвижные части которого в установившемся режиме находятся в состоянии дискретного движения.

По наличию и характеру передаточного устройства:

  • Редукторный ЭП с редуктором или мультипликатором.
  • Электрогидравлический с передаточным гидравлическим устройством.
  • Магнитогидродинамический ЭП с преобразованием электрической энергии в энергию движения токопроводящей жидкости.
  • Переменного тока.
  • Постоянного тока.

По степени важности выполняемых операций:

  • Главный ЭП, обеспечивающий главное движение или главную операцию (в многодвигательных ЭП).
  • Вспомогательный ЭП.
  • Привод передач.

Характеристики привода

Статические характеристики

Под статическими характеристиками чаще всего подразумеваются электромеханическая и механическая характеристика.

Механическая характеристика

Механическая характеристика — это зависимость угловой скорости вращения вала от электромагнитного момента M (или от момента сопротивления Mc). Механические характеристики являются очень удобным и полезным инструментом при анализе статических и динамических режимов электропривода.

Электрический привод — википедия. что такое электрический привод Динамические свойства электропривода с линейной механической характеристикой Электродвигатели Электрический привод Электрический привод Электрический привод Механические характеристики электроприводов Электродвигатели - типы, устройство, принцип работы, параметры, производители

Электромеханическая характеристика двигателя

Электромеханическая характеристика — это зависимость угловой скорости вращения вала ω от тока I.

Динамическая характеристика электропривода — это зависимость между мгновенными значениями двух координат электропривода для одного и того же момента времени переходного режима работы.

Источник

Механические характеристики электроприводов

Механические характеристики электроприводовВыбор электропривода определяется требованиями рабочей машины. Электропривод должен обеспечить выполнение рабочей машиной заданной технологии при всех возможных режимах: пуска, приема и сброса нагрузки, торможения, изменения скорости, постоянной нагрузки. Характер протекания этих режимов в первую очередь определяется механическими свойствами двигателя и рабочей машины . Одним из основных критериев оценки механических свойств как двигателя, так и.рабочей машины служат их механические характеристики .

Механические характеристики электродвигателей

Механической характеристикой электродвигателя называется зависимость скорости вращения вала от развиваемого двигателем момента ω = φ (Мд) или n = f (Мд), где ω — угловая скорость вращения вала, рад/с, n — скорость вращения вала, об/мин.

Механическая характеристика двигателя называется естественной , если зависимость n = f (М) получена при номинальных параметрах питающей сети, нормальной схеме включения и без добавочных сопротивлений в цепи двигателя.

При наличии добавочных сопротивлений или питании двигателя от сети с напряжением или частотой, отличными от номинальных, механические характеристики двигателя будут называться искусственными . Очевидно, что искусственных характеристик двигатель имеет бесчисленное множество, а естественную — только одну.

Большинство электродвигателей под нагрузкой при увеличении момента снижает скорость вращения. Характеристику в этом случае называют падающей . Степень изменения скорости двигателя при изменении момента оценивают так называемой жесткостью механической характеристик и, которую определяют отношением α = Δ М/Δω или α = Δ М/Δ n

Различные виды механических характеристик

Рис. 1. Различные виды механических характеристик: а — электродвигателей, б — производственных машин.

Величины изменения момента и падения скорости при определении жесткости берут обычно в относительных единицах. Это дает возможность сравнивать характеристики двигателей различного вида.

В зависимости от степени жесткости все механические характеристики двигателей подразделяют на следующие группы.

1. Абсолютно жесткие характеристики с величиной жесткости α = ∞ . Такие механические характеристики (кривая 1, рис. 1, а) со строго постоянной скоростью вращения имеют синхронные двигатели.

2. Жесткие характеристики со сравнительно небольшим падением скорости при увеличении момента и α = 40 — 10. К этой группе относятся естественные характеристики двигателей постоянного тока с независимым возбуждением (кривая 2) и характеристики асинхронных двигателей в пределах линейного участка (кривая 3).

3. Мягкие механические характеристики с большим относительным падением скорости при увеличении момента и с жесткостью до α = 10. Такие характеристики имеют двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением (кривая 4), двигатели с независимым возбуждением с большим сопротивлением в цепи якоря и асинхронные двигатели с добавочными сопротивлениями в цепи ротора.

При работе электропривода для преодоления сопротивления рабочей машины двигатель должен развивать определенный момент. Поэтому при выборе двигателя необходимо выявить прежде всего соответствие характеристик двигателя и рабочей машины.

Механические характеристики рабочих машин

Механические характеристики рабочих машин

Механической характеристикой рабочей машины называют зависимость момента статических сопротивлений машины от скорости вращения приводного вала. Эту зависимость для удобства совместного построения выражают обычно так же, как и характеристику двигателя, в виде ω = φ (Мс) или n = f (Мс).

Момент статических сопротивлений Мс , или сокращенно статический момент, представляет собой момент сопротивления, создаваемый машиной на приводном валу в статическом (установившемся) режиме, когда скорость не изменяется.

Механическую характеристику машины можно получить опытным путем или расчетом, если известно распределение статических усилий или моментов по элементам кинематической схемы. Статические моменты машин могут зависеть не только от скорости, но и от других величин, поэтому при практических расчетах электроприводов необходимо рассматривать каждый случай в отдельности.

Статические моменты различных рабочих машин по характеру зависимости их от скорости (механические характеристики) подразделяют на группы. Наиболее часто встречающиеся на практике из них следующие.

1. Статический момент мало зависит или практически не зависит от скорости (кривая 1, рис. 2, б). Такие характеристики имеют подъемные механизмы, краны, лебедки, тельферы, а также ленточные транспортеры при постоянной нагрузке.

2. Статический момент машины возрастает пропорционально квадрату скорости (кривая 2). Эту характеристику, типичную для осевых вентиляторов, называют вентиляторной характеристикой и аналитически представляют в виде формулы: Mc = Mо+kn 2 , где Мо — начальный статический момент, обусловленный чаще всего силами трения, которые обычно не зависят от скорости, k — опытный коэффициент. Кроме вентиляторов, вентиляторными характеристиками обладают центробежные и вихревые насосы, сепараторы, центрифуги, гребные винты, турбокомпрессоры и барабаны молотилок на холостом ходу.

Читайте также:  Как выразить амперы в силу тока

3. Статический момент уменьшается при увеличении скорости (кривая 3). К этой группе относятся характеристики некоторых транспортерных механизмов и некоторых металлорежущих станков.

4. Статический момент изменяется от скорости неоднозначно, с резким переходом, обусловленным особенностью технологического процесса. Характеристики этой группы имеют машины, работающие с частыми большими перегрузками, которые иногда приводят к полной остановке. Например, механизм черпания одноковшового экскаватора, скребковый транспортер, работающий под завалом транспортируемой массы, дробилки и другие машины.

Кроме перечисленных, на практике встречаются и другие виды механических характеристик машин, например поршневых насосов и компрессоров, статические моменты которых зависят от пути.

Источник

Механические и электромеханические характеристики двигателей постоянного тока.

Двигатели постоянного тока подразделяют на двигатели с независимым, последовательным и смешанным возбуждением. Двигатели с независимым возбуждением применяют, как правило, для длительного режима работы, когда требуется широкое регулирование скорости вращения станочного электропривода трубопроката, листо-прокатных станов и т.д. Эти двигатели реже применяются в режиме повторно кратковременной нагрузки, где требуется устойчивая постоянная и полная скорость. Двигатели постоянного тока с независимым возбуждением (ДПТ НВ) широко применяют в системе регулирования генератора-двигателя, в системе ТПД, в системе ШИР-Д (широко-импульсное регулирование-двигатель).

Двигатель последовательного возбуждения применяют для вспомогательных механизмов прокатных станов, для подъемных кранов на приводах хода моста и хода тележки. При их применении на кранах, уменьшается число троллей.

ДПТ ПВ широко используют на транспорте. Постоянный ток здесь удобен тем, что при нем достаточно иметь один троллей, а последовательное возбуждение по той причине, что двигатель при этом не боится больших снижений напряжения, которые имеют место при питании троллем на большие расстояния и лучше выдерживает перегрузку на подъемах и спусках, благодаря тому, что с увеличением тока растет момент.

Двигатель с последовательным возбуждением надежнее, чем другие двигатели постоянного тока, потому что у него обмотка возбуждения выполнена проводом большего сечения, и обмотка возбуждения имеет ничтожно малое напряжение между витками.

Двигатель со смешанным возбуждением применяется редко, работает в механизмах с циклической нагрузкой. Как правило используется динамическое торможение на остановке, работает с большей частотой включения, при которой требуется принудительное охлаждение воздухом продуваемого через двигатель.

Механические и электромеханические характеристики.

При рассмотрении механических характеристик двигателя считают, что источник питания или сеть бесконечной мощности, ее внутреннее сопротивление близко к нулю, напряжение сети неизменно Uс=const.

Поэтому цепи возбуждения и якоря не зависят друг от друга. Не зависят эти цепи друг от друга и потому, что во многих системах привода для обмотки возбуждения используется отдельный источник питания.

Схема двигателя постоянного тока с независимым возбуждением следующая:

КО – компенсационная обмотка;

ДП – обмотка дополнительных полюсов;

rпя– дополнительное сопротивление, включенное последовательно с якорем;

rпв– дополнительное сопротивление, включенное последовательно с обмоткой возбуждения.

Uся=Е+Iя(rя+rпя)– для якоря;

Uc=Iов(rов+rпв) –для обмотки возбуждения;

Е=КФw;;

Ф – магнитный поток;

w– угловая скорость;

К – конструкторский коэффициент;

Р – число пар полюсов;

N– число активной проводимости релейной ветви;

а – число параллельных ветвей обмоток якоря.

Uся=КФw+Iя(rя+rпя);

— уравнение для скорости двигателя;

Связь между моментом и током М = КФIя

.

Уравнение характеристики представляет из себя прямую линию, которой отсекают от оси ординат отрезок ,w– скорость идеального холостого хода.

Из выражения механических и электромеханических характеристик видно, что при Ф=constэлектромеханические и механические характеристики представляют собой прямую линию пересекающую ось координат.

;

Из графических выражений характеристику можно выразить следующим образом:

;

Варьируя величинами Uс, rпя, Ф,можно получить семейство кривых, в этих семействах сложно выделить естественную и искусственную электромеханические и механические характеристики. Под естественной понимают характеристику, когдаUс=Uн, Ф=Фн, rпя=0. Все остальные характеристики искусственные.

Источник

Механические характеристики электродвигателей постоянного тока

Характерной особенностью электродвигателя с независимым возбуждением, является то, что его ток возбуждения Iв не зависит от тока Iя в обмотке якоря (тока нагрузки). Поэтому, пренебрегая размагничивающим действием реакции якоря, можно приближенно считать, что и поток возбуждения двигателя Ф не зависит от нагрузки. При этом условии получим, что зависимости электромагнитного момента М и частоты вращения n от тока Iя будут линейными. Следовательно, линейной будет и механическая характеристика двигателя — зависимость n (М) (рис.).

У двигателя с параллельным возбуждением в цепь обмотки возбуждения включен регулировочный реостат Rрв, а в цепь обмотки якоря — пусковой реостат Rп. В рассматриваемом электродвигателе имеет место, по существу, раздельное питание цепей обмоток якоря и возбуждения, вследствие чего ток возбуждения Iв не зависит от тока обмотки якоря Iв. Поэтому электродвигатель с параллельным возбуждением будет иметь такие же характеристики, как и двигатель с независимым возбуждением. Однако двигатель с параллельным возбуждением работает нормально только при питании от источника постоянного тока с неизменным напряжением. Двигатели с параллельным возбуждением применяются для привода станков и различных механизмов, требующих широкой, но жесткой регулировки скорости.

У двигателя последовательного возбуждения якорная обмотка и обмотка возбуждения включены последовательно. Ток возбуждения двигателя одновременно является током якоря. Магнитный поток индуктора пропорционален току якоря.

где k — коэффициент пропорциональности.
Момент на валу двигателя пропорционален квадрату тока якоря.

Уравнение механической характеристики двигателя последовательного возбуждения выглядит следующим образом:

Механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения является мягкой и имеет гиперболический характер (рис. ниже ). При малых нагрузках магнитный поток Ф сильно уменьшается, частота вращения n резко возрастает и может превысить максимально допустимое значение (двигатель идет вразнос). Работа двигателя последовательного возбуждения без нагрузки недопустима. Поэтому такие двигатели нельзя применять для привода механизмов, работающих в режиме холостого хода и при небольшой нагрузке (различные станки, транспортеры и пр.).

Несмотря на указанный недостаток, двигатели с последовательным возбуждением широко применяют, особенно там, где имеют место изменения нагрузочного момента в широких пределах и тяжелые условия пуска: во всех тяговых приводах (электровозы, тепловозы, электропоезда, электрокары, электропогрузчики и пр.), а также в приводах грузоподъемных механизмов (краны, лифты и пр.). Объясняется это тем, что при мягкой характеристике увеличение нагрузочного момента приводит к меньшему возрастанию тока и потребляемой мощности, чем у двигателей с независимым и параллельным возбуждением; поэтому двигатели с последовательным возбуждением лучше переносят перегрузки. Кроме того, эти двигатели имеют большой пусковой момент, чем двигатели с параллельным и независимым возбуждением, так как при увеличении тока обмотки якоря при пуске соответственно увеличивается и магнитный поток.

Читайте также:  Какова физическая суть электрического сопротивления какова роль источника тока в электрической цепи

Электродвигатель со смешанным возбуждением. В этом электродвигателе (рис.) магнитный поток Ф создается в результате совместного действия двух обмоток возбуждения — параллельной (или независимой) и последовательной, по которым проходят токи возбуждения Iв1 и Iв2 = Iя. Поэтому

где Фпосл — магнитный поток последовательной обмотки, зависящий от тока Iя; Фпар — магнитный поток параллельной обмотки, который не зависит от нагрузки (определяется током возбуждения Iв1).

Механическая характеристика электродвигателя со смешанным возбуждением (рис.) располагается между характеристиками двигателей с параллельным (прямая 1) и последовательным (кривая 2) возбуждением. В зависимости от соотношения магнитодвижущих сил параллельной и последовательной обмоток при номинальном режиме можно приблизить характеристики двигателя со смешанным возбуждением к характеристике 1 (кривая 3 при малой м. д. с. последовательной обмотки) или к характеристике 2

Двигатель смешанного возбуждения имеет механическую характеристику, представляющую собой нечто среднее между механическими характеристиками двигателя параллельного и последовательного возбуждения.

(кривая 4 при малой м. д. с. параллельной обмотки). Достоинством двигателя со смешанным возбуждением является то, что он, обладая мягкой механической характеристикой, может работать при холостом ходе, когда Фпосл = 0. В этом режиме частота вращения его якоря определяется магнитным потоком Фпар и имеет ограниченное значение (двигатель не идет вразнос).

Источник



Механические характеристики двигателей постоянного тока

Аналитическое выражение механической характеристики двига­теля постоянного тока можно получить из уравнения равнове­сия напряжений якорной цепи (при установившемся режиме)

где U — напряжение на зажимах двигателя, В; 1Я — ток в цепи якоря, A; Rя — сопротивление цепи якоря, Ом; Ф — магнитный поток двигателя, Вб; ω — угловая скорость якоря, рад/с; сд — коэффициент, зависящий от конструктивных данных двигателя. Решив уравнение (3.1) относительно угловой скорости, по­лучим уравнение скоростной характеристики двигателя

Электромагнитный вращающий момент двигателя (Н • м) пропорционален магнитному потоку и току якоря:

Из уравнения (3.3) ток якоря

Подставив в уравнение (3.2) значение тока, выраженное уравнением (3.4), получим уравнение механической характери­стики двигателей постоянного тока независимо от способа воз­буждения

Рассмотрим механические характеристики двигателей посто­янного тока в зависимости от способа возбуждения.

Двигатели постоянного тока параллельного возбуждения. Схема включения двигателя постоянного тока параллельного возбуждения приведена на рис. 3.1, а. Обмотка возбуждения ОВ может быть подключена к той же сети, что и якорь, или к отдельному источнику тока (независимое возбуж­дение). В том и другом случае ток возбуждения не зависит от процессов, происходящих в якоре двигателя и при постоян­ном напряжении сети магнитный поток можно считать посто­янным Ф = const. Обозначив сдФ=kд и подставив его в уравне­ние (3.5), получим уравнение механической характеристики дви­гателя постоянного тока параллельного возбуждения

При М=0 угловая скорость якоря

называется скоростью идеального холостого хода.

Второй член уравнения (3.6) определяет изменение угловой скорости двигателя при изменении момента

Величина Δω зависит не только от момента, но и от сопро­тивления цепи якоря. С увеличением Rя величина Δω увеличивается. С учетом уравнений (3.7) и (3.8) уравнение (3.6) можно записать в виде

Из уравнений (3.6) и (3-.9) видно, что механическая харак­теристика двигателя параллельного возбуждения является пря­мой линией, тангенс угла наклона которой определяется величи­ной Rя/kд 2

На рис. 3.1,6 приведены естественная и искусственные ме­ханические характеристики, полученные введением в цепь якоря реостата. Такие искусственные характеристики используются при пуске и торможении двигателя.

Двигатели постоянного тока последователь­ного возбуждения. Схема включения двигателя последо­вательного возбуждения приведена на рис. 3.2, а. Обмотка воз­буждения ОВ включена последовательно с якорем и по ней протекает ток якоря. Следовательно, магнитный поток двига­теля является функцией тока якоря. Эта зависимость выража­ется графически в виде кривой намагничивания, которая явля­ется нелинейной функцией и не имеет аналитического выра­жения. Поэтому нельзя получить аналитическую зависимость для механической характеристики.

Характерной особенностью двигателей последовательного возбуждения является то, что изменение магнитного потока с изменением тока якоря оказывает большое влияние на ско­рость двигателя. Это хорошо видно из уравнения скоростной характеристики

которое показывает, что с изменением магнитного потока ско­рость двигателя может изменяться в широких пределах.

Если для упрощения предположить, что магнитная цепь двигателя не насыщена и поток пропорционален току

то момент двигателя

Подставив в уравнение скоростной характеристики значе­ние Ф = Сф/я, получим

где R — внутреннее сопротивление цепи якоря, равное сумме сопротивлений обмоток якоря и возбуждения (Rя + rя).

Заменив в уравнении ток якоря его выражением из (3.10), получим уравнение механической характеристики

Уравнение (3.12) представляет собой уравнение кривой, для которой ось ординат является асимптотой. Подобная характе­ристика представлена на рис. 3.2,6. Уравнение (3.12) дает лишь общее представление о механической характеристике двига­теля. При расчетах им пользоваться нельзя, так как аналити­чески учесть намагничивание стали невозможно. Как видно на рис. 3.2,6, механическая характеристика двигателя последова­тельного возбуждения — мягкая. При уменьшении нагрузки уг­ловая скорость резко возрастает, а при М = 0 она стремится к бесконечности. В реальных двигателях ток при холостом ходе не может быть равен нулю вследствие потерь в стали и механических потерь, но угловая скорость может достигнуть опасных по условиям механической прочности значений, равных (5÷6)ωном. Поэтому холостой ход для двигателей последова­тельного возбуждения недопустим.

Двигатели постоянного тока смешанного воз­буждения. Двигатели смешанного возбуждения имеют две обмотки возбуждения (рис. 3.3). Магнитный поток двигателя определяется суммой потоков параллельной ОВпар и последова­тельной ОВпос обмоток:

Вследствие нелинейной зависимости магнитного потока от тока якоря аналитическое выражение механической характери­стики, так же как и для двигателя последовательного возбуж­дения, получить нельзя.

В зависимости от соотношения магнитных потоков обмоток возбуждения механические характеристики имеют различную жесткость. Чем больше доля магнитного потока последователь­ной обмотки, тем мягче характеристика. На рис. 3.3 приведены две естественные характеристики с различным соотношением магнитных потоков обмоток возбуждения. Обмотка параллельного возбуждения создает поток Фпар независимый от тока якоря, поэтому двигатель может работать вхолостую со ско­ростью

Источник