Реостатная_характеристика_двигателя_постоянного_тока

Реостатная_характеристика_двигателя_постоянного_тока

Основной характеристикой двигателя постоянного тока, определяющей его свойства в установившемся режиме, является механическая характеристика

при и.

Уравнение механической характеристики получается из (6.1)

. (6.2)

На рис. 6.42 представлены механические характеристики при различных способах возбуждения. Механическая характеристика двигателя параллельного возбуждения при небольшой размагничивающей реакции якоря () имеет слабо падающий характер (кривая 1).

Если размагничивающая реакция двигателя параллельного возбуждения велика (поток Ф существенно снижается при увеличении нагрузки), то механическая характеристика будет иметь положительный наклон (кривая 1). Такая характеристика, как правило, не позволяет получить установившийся режим.

В двигателях последовательного возбуждения результирующий поток пропорционален току якоря,

,

а электромагнитный момент пропорционален квадрату тока якоря,

.

С учетом этих соотношений уравнение механической характеристики двигателя последовательного возбуждения приобретает вид

. (6.3)

Этому уравнению соответствует кривая 2 (рис. 3), имеющая гиперболический характер. При частота вращения якоря, поэтому двигатели последовательного возбуждения не могут работать в режиме холостого хода.

Вместе с тем квадратичная зависимость электромагнитного момента от тока якоря дает важное преимущество двигателям последовательного возбуждения при перегрузках перед двигателями параллельного возбуждения, момент которых является линейной функцией тока . Это преимущество особенно существенно при пуске, так как при одном и том же пусковом токе () двигатели последовательного возбуждения развивают больший момент, чем двигатели параллельного возбуждения. Поэтому двигатели последовательного возбуждения получили широкое применение на транспортных установках, где пусковой режим является одним из основных режимов работы.

Механическая характеристика двигателя смешанного возбуждения (кривая 3 рис. 3) занимает промежуточное положение. Обладая близкими с двигателями последовательного возбуждения свойствами при перегрузках, двигатели смешанного возбуждения могут работать и при малых нагрузках, что позволяет осуществить рекуперацию энергии в сеть при (рис. 6.42), так как машина переходит в генераторный режим (). Это свойство можно использовать в транспортных установках при движении с горы, создавая тормозной момент и одновременно возвращая в сеть запасенную кинетическую энергию.

Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока

Согласно (6.2), регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока можно осуществлять путем изменения потока Ф, введения дополнительного сопротивления в цепь якоря иизменения напряжения сети . В двигателях параллельного возбуждения наиболее просто осуществляется регулирование изменением потока, реализуемого с помощью реостатав цепи возбуждения. При увеличении сопротивленияпотокФ уменьшается и частота вращения растет. На рис. 4а представлены механические характеристики двигателя параллельного возбуждения при трех значениях потока. Таким способом регулируют частоту вращения в пределах ,. Верхний уровень частот ограничивается условиями коммутации. Кроме того, при глубоком уменьшении потока возбуждения усиливается размагничивающее действие реакции якоря, жесткость механической характеристики растет, и падающая характеристика при номинальном потоке может стать возрастающей при ослабленном потоке, что приведет к нарушению устойчивой работы двигателя.

Регулирование частоты вращения двигателя путем введения в цепь якоря дополнительного сопротивления позволяет изменять частоту вращения вниз от номинальной в широких пределах (рис. 4 б). Но этот способ не экономичен. Полезная мощность двигателя при постоянном моменте пропорциональна частоте вращения (без учета потерь в якоре):

,

а потребляемая из сети мощность от частоты вращения не зависит,

.

Поэтому КПД двигателя пропорционален частоте вращения якоря,

.

Кроме того, при введении дополнительного сопротивления жесткость механической характеристики двигателя снижается, что может привести к ухудшению работы приводного механизма.

Более совершенным способом регулирования частоты вращения вниз является регулирование путем изменения подводимого к двигателю напряжения. На рис. 5 представлены механические характеристики двигателя параллельного возбуждения для трех значений напряжений. Жесткость механических характеристик практически не меняется, поэтому таким способом можно регулировать частоту вращения от номинальной до нуля.

В качестве источников регулируемого напряжения используются генератор постоянного тока (рис. 2, а) либо полупроводниковый выпрямитель (рис. 2, б). Схема с полупроводниковым выпрямителем обладает более высоким быстродействием по сравнению со схемой генератор-двигатель, но уступает по перегрузочной способности. Кроме того, работа полупроводникового преобразователя ухудшает качество электрической энергии сети переменного тока из-за генерации высших гармоник напряжения и тока.

Рассмотренные способы регулирования частоты вращения двигателей параллельного возбуждения применяются и в двигателях смешанного возбуждения.

Регулирование частоты вращения двигателей последовательного возбуждения осуществляется путем изменения тока в последовательной обмотке или напряжения якоряU с помощью шунтирующих реостатов (рис. 6.46).

При шунтировании обмотки возбуждения ток уменьшается и частота вращения якоря растет, а при шунтировании якоря напряжение якоря уменьшается, поэтому частота вращения падает.

Читайте также:  Канал_сад_огород_и_не_только

Регулирование частоты вращения вверх осуществляется практически при постоянном КПД

.

Верхний уровень частоты вращения ограничивается условиями коммутации.

Регулирование частоты вращения вниз может осуществляться вплоть до нуля, однако КПД этого способа снижается пропорционально напряжению якоря и частоте вращения:

,

где — частота вращения якоря при.

Таким образом, этот способ регулирования так же, как и реостатный способ регулирования частоты вращения двигателя с параллельным возбуждением, является неэкономичным. Он используется лишь в случае двигателей малой мощности.

Для электродвигателя последовательного возбуждения, принципиальная схема включения которого представлена на рис. 3.10, уравнение электромеханической характеристики, так же как и для двигателя независимого возбуждения, имеет вид:

где R — суммарное сопротивление якорной цепи, состоящее из сопротивления обмотки якоря, обмотки возбуждения и сопротивления внешнего резистора 1 .

В отличие от двигателя независимого возбуждения здесь магнитный поток Ф является функцией тока якоря I. Эта зависимость, приведенная на рис. 3.11, носит название кривой намагничивания. 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 предположить, пренебре­гая насыщением магнитной системы, линейную зависимость между потоком и током якоря, как это показано пунктиром

1 При наличии дополнительных полюсов учитывается и их сопро­тивление.

на рис. 3.11, т. е. считать Ф = αI, то момент двигателя

Подставив в равенство для угловой скорости двигателя значение тока из (3.28), получим выражение для механиче­ской характеристики:

(3.29)

Отсюда следует, что при ненасыщенной магнитной цепи двигателя механическая характеристика изображается кривой (рис. 3.12), для которой ось ординат является асимптотой. Особенностью механической характеристики

Рис. 3.10, Схема включения двигателя постоянного тока последовательного возбужде­ния.

Рис. 3.11. Кривая намагничи­вания двигателя постоянного тока последовательного возбуж­дения.

двигателя последовательного возбуждения является ее большая крутизна в области малых значений момента.

Значительное увеличение угловой скорости при малых нагрузках обусловливается соответствующим уменьшением магнитного потока.

Уравнение (3.29) 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 (3.29), построение характеристик приходится вести графо-аналити-ческими способами. Обычно построение искусственных характеристик производится на основании данных катало­гов, где приводятся естественные характеристики: n = f (I) и

Для серии двигателей определенного типа эти характе­ристики могут быть даны в относительных единицах: ω* = f(I*) и M* = ψ(I*). Такие характеристики, называе­мые универсальными, представлены на рис. 3.13.

Отметим, что в каталогах дается зависимость момента на валу двигателя от тока. При построении механических характеристик принимается зависимость угловой скорости от электромагнитного момента. Это практически допустимо

Рис. 3.12. Естественная механи­ческая характеристика двига­теля постоянного тока после­довательного возбуждения.

Рис. 3.13, Зависимость момента и угловой скорости от тока якоря двигателя постоянного тока после довательного возбуждения (в отно­сительных единицах).

ввиду небольшой разницы между электромагнитным момен­том и моментом на валу.

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

Уравнение естественной характеристики

или (3.30)

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

(3.31)

При делении (3.31) на (3.30) получим:

(3.32)

или в относительных единицах

(3.33)

здесь R* = (RД + RP) /Rном — суммарное сопротивление якорной цепи в относительных единицах;

Порядок построения реостатной характеристики сво­дится к тому, что, задаваясь некоторыми произвольными

Рис. 3.14. Естественная и рео­статная электромеханические характеристики двигателя по­стоянного тока последователь­ного возбуждения (в относи­тельных единицах).

Рис. 3.15. Естественная и рео­статные механические характе­ристики двигателя постоянного тока последовательного возбуж­дения (в относительных едини­цах).

значениями тока I1*, пo имеющейся естественной характе­ристике находят ωe1* . Затем по (3.33) при определенном R* = R1* (для которого строится реостатная характери-сдика) и том же I1* определяют искомое значение ω1*. Таким же образом для других значений I* определяют искомые значения скорости ω2*, ω2* и т.д. На рис. 3.14 показаны естественная характеристика двигателя последо­вательного возбуждения RД* и реостатная R1*, построен­ные по указанному методу.

Пользуясь кривой ω* = f(I*) (см. рис. 3.13) и электро­механическими характеристиками, легко построить кри­вые ω* = f *), т. е. механические характеристики дви­гателя.

Читайте также:  Сельдерей_что_использовать_в_пищу

На рис. 3.15 приведены естественная RД* и реостатные R1* R3* 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.

Рис. 3.16. Графическое построение ступеней пускового резистора дви­гателей постоянного тока последовательного возбуждения.

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.

Расчет сопротивлений резисторов для пуска двигателей последовательного возбуждения может быть произведен следующим графо-аналитическим методом, не требующим построения самих реостатных характеристик двигателя.

Воспользуемся естественной характеристикой двигателя ω = f(I) и, отметив на ней точки допустимых токов при пе­реключении с одной ступени резистора на другую I1 и I2 (рис. 3.16), проведем через эти точки пунктиром две парал­лельные линии до пересечения с вертикалью Af в точках f и е. Вертикаль Af расположена влево от начала координат

на расстоянии О А, соответствующем внутреннему сопротив­лению двигателя. Откладываем в том же масштабе отрезки Оа = R1 = U/I1 и Og = R2 = U/I2. Соединяя точки а и е, а также g и f, получаем две прямые, характеризующие ли­нейную зависимость между скоростью двигателя и сопро­тивлением его якорной цепи при неизменном токе якоря. Последнее вытекает из выражения

Для определения числа пусковых ступеней и их сопро­тивлений поступают следующим образом. Проводят верти­каль через точку а до пересечения с gf в точке b. Затем через точку b проводят линию, параллельную оси абсцисс, до точки с на линии ае. Аналогично проводятся линии cd и de. Построение считается удачным, если последняя горизонталь проходит через точку е. Если этого не произойдет, то постро­ение следует повторить, изменив наклон одной из прямых ае или gf за счет выбора новых значений I1 и I2 (чаще изме­няют только I2).

На рис. 3.16 дано построение с числом ступеней рео­стата, равным двум. Из построения ясно, что отрезок bc соответствует сопротивлению первой ступени реостата, a de — второй. В момент пуска (при ω = 0) ток в якоре бу­дет равен I1, а сопротивление всей якорной цепи R1 = = U/I1. При разгоне двигателя до скорости ω1 ток умень­шается, а сопротивление якорной цепи не изменяется. В точке b сопротивление то же, но ток равен I2. Затем при ω = ω1 происходит шунтирование первой ступени, общее сопротивление якорной цепи становится соответствующим отрезку cc1 а ток вновь достигает значения I1 и т. д., пока двигатель не начнет работать на естественной характери­стике.

Обычно рассматривают три основные характеристики двигателей постоянного тока:

Все характеристики, отражающие взаимосвязь между током якоря, механическим моментом на валу двигателя и частотой вращения якоря зависят от способа возбуждения двигателя, поэтому они рассматриваются отдельно для каждой схемы возбуждения двигателя.

3.4.1. Характеристики двигателей с независимым
и параллельным возбуждением

Скоростной характеристикой называют зависимость частоты вращения якоря от тока якоря двигателя при постоянном напряжении питания U = const, равном номинальному напря­же­нию, и постоянном токе возбуждения Iв = const.

Для получения функциональной зависимости скорости вращения якоря от тока воспользуемся уравнением электрического равновесия двигателя

.

Из этого уравнения получаем выражение для частоты вращения

.

В полученной формуле от тока якоря зависят две составляющие: произведение Rя Iя и результирующий магнитный поток машины .

Рис. 3.4

Произведение RяIя, равное падению напряжения на сопротивлении цепи якоря, приводит к пропорциональному уменьшению частоты вращения при увеличении тока якоря. Магнитный поток машины при увеличении тока якоря из-за реакции якоря несколько уменьшается. Эта зависимость магнитного потока от тока якоря нелинейная, поэтому и скоростная характеристика двигателей с независимым и параллельным возбуждением нелинейная (рис. 3.4).

В зависимости от соотношения влияния на частоту вращения падения напряжения Rя Iя и изменения магнитного потока двигателя характеристика скорости может иметь различный вид. На рис. 3.4 кривая 1 представляет собой характеристику скорости двигателя, у которого влияние Rя Iя преобладает перед влиянием потока , кривая 3 представляет собой скоростную характеристику двигателя, у которого влияние потока преобладает перед влиянием падения напряжения на сопротивлении цепи якоря Rя Iя .

Чаще всего встречаются двигатели, у которых уменьшение частоты вращения за счет падения напряжения на сопротивлении цепи якоря преобладает перед влиянием реакции якоря, приводящей к уменьшению магнитного потока.

Читайте также:  Приспособления_для_ручной_дисковой_пилы_своими_руками

Характеристикой момента называют зависимость механического момента на валу двигателя от тока якоря при постоянном номинальном напряжении питания U = Uн = const и при постоянном номинальном токе возбуждения Iв= Iвн = const.

Ток якоря ненагруженного двигателя не равен нулю. Это объясняется наличием потерь в двигателе, работающем без нагрузки. Такой ток называется током холостого хода Iяо двигателя.

Используя ранее полученную формулу для определения механического момента на валу двигателя, получаем для двигателя, работающего в режиме холостого хода, формулу: .

Нагруженный двигатель при токе якоря Iя развивает механический момент . Этот развиваемый момент называют электромагнитным.

Механический момент на выходе двигателя равен разности электромагнитного момента и момента холостого хода .

Рис. 3.5

При неизменной величине магнитного потока зависимости и являются прямыми линиями. Однако магнитный поток машины несколько уменьшается при увеличении тока якоря Iя из-за реакции якоря, поэтому характеристики и не являются прямолинейными (рис. 3.5). Максимальное значение тока якоря, при котором якорь ненагруженного двигателя (М2 = 0) начинает вращаться, называют током трогания. Электромагнитный момент в этом случае равен моменту холостого хода.

Особый интерес представляет график зависимости КПД машины от тока якоря (см. рис. 3.5). КПД равен нулю при токах, меньших тока холостого хода или тока трогания (М2 = 0 и Р2 = 0). При дальнейшем увеличении тока КПД увеличивается и достигает максимального значения при токе якоря, равном примерно 0,75Iян. При больших токах КПД начинает уменьшаться. КПД двигате-
лей средней и большой мощности при номинальном токе достига-ет 85 – 95 %.

Основной характеристикой двигателя постоянного тока является механическая характеристика.

Механической характеристикой называют зависимость частоты вращения якоря n от механического момента на валу двигате-
ля M2 при постоянном напряжении питания и постоянном токе возбуждения, т. е. . В дальнейших рассуждениях будем предполагать, что электромагнитный момент равен механическому моменту на выходе двигателя .

Особую роль играет механическая характеристика двигателя при номинальном напряжении питающей сети U = Uн = const и номинальном токе возбуждения Iв = Iвн = const. Такую механическую характеристику называют естественной. Рассматривают и другие механические характеристики, выражающие ту же зависимость , но при других условиях работы, т. е. при других значениях напряжения, при других токах возбуждения и при различных сопротивлениях реостатов, включенных последовательно с якорем. Такие механические характеристики называют искусственными.

Найдем аналитическое уравнение, описывающее механическую характеристику.

В уравнении электрического равновесия . ПротивоЭДС обмотки якоря . Следовательно,
=
. Из полученного уравнения . Но из уравнения для определения момента и .
Тогда .

Обозначим и . Можно написать .

Полученное уравнение является уравнением прямой линии.

Уравнение состоит из двух слагаемых. Первое слагаемое не зависит от момента, а второе слагаемое прямо пропорционально механическому моменту М.

Очевидно то, что механическая характеристика (рис. 3.6) двигателя постоянного тока выражается прямой линией. Такую прямую можно провести через две точки, положение которых на графике можно найти следующим образом: в режиме идеального холостого хода момент двигателя равен нулю , и якорь вращается с частотой , а при номинальном напряжении .

Это первая точка механической характеристики. Положение другой точки определяется из условий пуска двигателя. При подключении двигателя в сеть в начальный момент времени из-за инерционности якоря частота вращения равна нулю n= 0. Противо-ЭДС обмотки якоря тоже равна нулю, и тогда приложенное напряжение падает только на сопротивлении якорной цепи. Ток якоря в этом случае достигает больших величин из-за малости Rя. Его называют пусковым током Iяп. Сила пускового тока определяется из уравнения .

Рис. 3.7

Механический момент, развиваемый двигателем, в этом случае называют пусковым моментом Мп , и его величина определяется формулой

.

Общий вид естественной механической характеристики показан на рис. 3.7.

Двигатели с параллельным возбуждением имеют пусковой момент в 10…20 раз больше номинального, поэтому рабочая часть механической характеристики, ограниченная режимом холостого хода (М = 0) и номинальным значением момента на валу , занимает лишь начальную часть полной характеристики (см. рис. 3.6), в пределах которой частота вращения изменяется незначительно. Такая механическая характеристика, когда при изменении механического момента от нулевого значения до номинального значения частота вращения изменяется незначительно, называется жесткой (см. рис. 3.7). Величина весьма невелика.

Дата добавления: 2014-11-12 ; просмотров: 9490 . Нарушение авторских прав

Ссылка на основную публикацию
Ремонт_компрессора_холодильника_своими_руками_видео
В конструкцию любого холодильника входят соединенные между собой трубками компрессор, конденсатор и испаритель, а также элементы электрической цепи питания и...
Рейтинг_галогеновых_ламп_hb4
Для бывалых автомобилистов не секрет, что галогеновые лампы с цоколем HIR2/9012 – самые яркие из всех галогенок с пластиковым основанием....
Рейтинг_зеркальных_камер_2018
1. Panasonic HC-V160 2. Sony HDR-CX 405 3. Panasonic HC-V770 4. Panasonic HC-VX980 5. JVC GC-PX100 6. SONY HDR-CX 900E...
Ремонт_кровли_балкона_последнего_этажа
На днях к нам поступил вызов, а заказчик жаловался на течь крыши балкона сверху. Живет он в панельном доме на...
Adblock detector