Графическое изображение электромеханической характеристики

Практическая работа №1

Тема: Расчет и построение механических характеристик ДПТНВ. (Выбор резистора)

Из пропорциональной связи между и следует, что графики механической и электромеханической характеристик ДПТ с НВ при соответствующем масштабировании по оси абсцисс величин и совпадают, поэтому часто обозначение оси абсцисс приводится как .

Из анализа уравнения электромеханической характеристики (3.2) следует, что она может быть представлена прямой линией (рис. 3.2) при неизменных , и .

Если и , то электромеханическая характеристика называется естественной. При изменении хотя бы одного из указанных параметров электромеханическая характеристика называется искусственной. Таким образом, ДПТ с НВ обладает лишь одной естественной характеристикой и множеством искусственных.

Рис. 3.2. Механические (электромеханические) характеристики ДПТ с НВ в двигательном режиме при различных значениях добавочного сопротивления <.

3.2.2. Анализ уравнений электромеханической характеристики

Скорость холостого хода

При имеет место режим идеального холостого хода и при этом

(3.3)

Ток короткого замыкания

С увеличением нагрузки на валу ДПТ возрастает и ток якоря , т.к. , а это в свою очередь ведет к снижению . Если к якорю подведено напряжение, то при имеет место режим короткого замыкания, при котором, как следует из (3.2), ток короткого замыкания (называемый также пусковым током)

. (3.4)

Максимальное значение тока короткого замыкания имеет место при , когда , и оно может в десятки раз превышать величину номинального значения тока якоря двигателя, т. к. величина сравнительно малая.

Реально режим короткого замыкания имеет место кратковременно, при пуске двигателя и при стопорении двигателя моментом сопротивления.

Ограничение величины

При прямом пуске двигателя значения тока , поэтому якорная обмотка может быстро перегреться и выйти из строя. Кроме того, большие токи негативно влияют и на работоспособность щеточно-коллекторного узла.

Это обуславливает необходимость ограничения до допустимой величины либо введением дополнительного сопротивлений в якорную цепь , либо уменьшением значения питающего напряжения .

Величина максимально допустимого тока определяется коэффициентом перегрузки по току

, (3.5)

обычно принимающим значения от 2 до 5, в зависимости от типа двигателя.

Максимально допустимый ток короткого замыкания должен соответствовать неравенству

. (3.6)

Для микродвигателей обычно осуществляется прямой пуск без добавочных сопротивлений, но с ростом габаритов ДПТ необходимо производить реостатный пуск, особенно если привод с ДПТ используется в напряженных режимах с частыми пусками и торможениями.

Практически следует помнить, что, если не ограничивать пусковые токи, то частыми пусками можно сжечь обмотку якоря ДПТ.

С введением в цепь якоря жесткость электромеханической характеристики уменьшается, что и видно на рис. 3.2.

3.3. Уравнение механической характеристики ДПТ с НВ

С учетом третьего уравнения в (4.1) уравнение (3.2) можно переписать в виде зависимости - которая представляет собой механическую характеристику ДПТ:

(3.7)

Данное уравнение определяет зависимость угловой скорости вращения от момента на валу двигателя. Т.к. в статике вращающий момент равен моменту сопротивления на налу ДПТ, то это уравнение определяет зависимость от .

Следует отметить, что величина электромагнитного момента превышает выходной момент на валу на величину, соответствующую потерям в стали и механическим потерям от трения, но в большинстве практических расчетов указанными потерями можно пренебречь.

Коэффициент пропорциональности можно считать постоянным для тех ДПТ с НВ, у которых имеются компенсационные обмотки или в случае, когда можно пренебречь влиянием реакции якоря на величину . В общем же случае влияние поперечной реакции якоря на величину магнитного потока ведет к нарушению линейности механической характеристики по мере увеличения тока.

3.3.1. Графическое изображение механической характеристики

Из выражения (3.7) следует, что графически механическая характеристика ДПТ с НВ может быть представлена прямой линией с двумя характерными точками - скоростью холостого хода и моментом короткого замыкания , который также называется пусковым. Величина определяется по формуле

(3.8)

C введением добавочного сопротивления в цепь якоря жесткость механических характеристик также падает, что с успехом используется при регулировании скорости вращения ДПТ.

По аналогии с электромеханическими характеристиками различают естественную и искусственные механические характеристики.

Уравнения механической характеристики можно переписать в виде

, (3.9)

где .

3.4. Способы регулирования угловой скорости вращения

Из уравнения механической характеристики (3.7) следует, что принципиально может регулироваться изменением , и .

Следует отметить, что естественный перепад угловой скорости вращения с увеличением нагрузки не входит в понятие регулирования .

Диапазон регулирования скорости вращения

Одним из основных параметров, характеризующих способы регулирования угловой скорости вращения, является диапазон регулирования . который в электроприводе определяется как отношение максимальной скорости вращения к минимальной :

. (3.10)

Как правило, диапазон регулирования представляют в числах в виде соотношения, например, 100:1 и т. п. Естественно диапазон регулирования увязывается с требуемой стабильностью скорости при заданном отклонении момента.

Регулирование скорости вращения изменением питающего напряжения

Как следует из выражения (3.7) при изменении питающего напряжения можно получить семейство параллельных механических характеристик (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Механические характеристики ДПТ с НВ при различных напряжениях на якоре:

Фактически имеется возможность только уменьшать напряжение питания якоря относительно его номинального значения , т.е. возможно регулировать угловую скорость вращения только вниз от основной (соответствующей естественной характеристике). Это обусловлено тем, что уже на стадии своего проектирования ДПТ рассчитывается на конкретное номинальное напряжение, превышение которого может привести к пробою изоляции.

3.4.1. Реостатное регулирование угловой скорости вращения ДПТ с НВ

Это один из простейших способов регулирования угловой скорости вращения. Схема его реализации представлена на рис. 3.1.

Из уравнения механической характеристики (3.7) следует, что при постоянном моменте сопротивления на валу можно получить различные установившиеся значения угловой скорости вращения ниже основной.

Жесткость механических характеристик уменьшается с увеличением величины добавочного сопротивления .

Диапазон регулирования скорости практически не превышает 2:1. Способ характеризуется большими тепловыми потерями на добавочном сопротивлении .

3.4.2. Регулирование угловой скорости вращения изменением потока возбуждения ДПТ с НВ

При введении добавочного сопротивления (рис. 3.1) в цепь обмотки возбуждения можно изменять величину магнитного потока двигателя в сторону уменьшения от его номинального значения, которое достигается при = 0.

Как следует из уравнения электромеханической характеристики (3.2) для различных значений потока можно получить семейство электромеханических характеристик, представленное на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Электромеханические характеристики при различных потоках возбуждения: > >

Угловая скорость вращения идеального холостого хода определяется выражением (3.4).

На рис. 4.4 нижняя характеристика соответствует номинальному потоку возбуждения . Если при этом добавочное сопротивление в якорной цепи и якорь запитывается номинальным напряжением , то эта характеристика будет естественной. При уменьшении величины потока возбуждения угловые скорости вращения холостого хода возрастают в соответствии с выражением (3.4). Ток короткого замыкания при этом остается неизменным.

Пусковой момент определяется выражением (3.4), поэтому с уменьшением величины потока возбуждения уменьшается и соответствующий пусковой момент .

На рис. 3.5 представлены механические характеристики для различных значений потоков.

Практически этот способ используется только для регулирования угловой скорости вращения вверх от основной.

Рис. 3.5. Механические характеристики ДПТ при различных потоках возбуждения: > >

Экономически целесообразно регулировать угловую скорость вращения при токе якоря равном номинальному, но при этом номинальные значения моментов будут различными для различных значений величины потока .

Точки, соответствующие номинальным моментам двигателя будут лежать на гиперболической кривой, обозначенной пунктирной линией на рис. 3.5.

Из этого следует, что целесообразная при таком способе регулирования нагрузка должна характеризоваться нелинейно спадающей механической характеристикой.

Диапазон регулирования для двигателей специального исполнения может достигать 10:1, но обычно составляет 2:1.