Искусственные статические характеристики двигателя с независимым возбуждением

Анализируя уравнения статических электромеханической и механической характеристик (2.4)-(2.5) с учетом значения модуля статической жесткости характеристики (2.8), можно сделать вывод о том, что, изменяя величины подаваемого на якорь двигателя напряжения U_я, магнитного потока двигателя Ф и суммарного сопротивления якорной цепи R_яS+R_р, можно регулировать скорость двигателя, а также уменьшать ток и момент короткого замыкания и жесткость статических характеристик, то есть формировать необходимые для того или иного режима работы механизма характеристики двигателя. Такие характеристики, полученные с помощью изменения параметров электрических цепей двигателя, называются искусственными.

При введении добавочных резисторов в цепь якоря (рис. 2.4а), получают искусственные характеристики, называемые реостатными. При этом уменьшаются модуль жесткости статической механической характеристики и ток короткого замыкания двигателя:

, .

Скорость идеального холостого хода на реостатных характеристиках остается той же, что и на естественной характеристике, и семейство реостатных характеристик для ряда значений R_p выглядит так, как показано на рис. 2.4б.

Введение резисторов в цепь якоря двигателя является простейшим средством регулирования скорости и ограничения тока в различных переходных процессах, что широко используется в разомкнутых системах электроприводов при питании их от сети постоянного тока.

Изменение магнитного потока двигателя Ф возможно только в сторону его ослабления, так как в номинальном режиме магнитная цепь двигателя близка к насыщению Ф_н»Ф_нас. В соответствии с (2.6)¸(2.8) при ослаблении потока скорость идеального холостого хода увеличивается, момент короткого замыкания и модуль статической жесткости уменьшаются, а ток короткого замыкания остается неименным. Семейства электромеханических и механических характеристик для этого случая представлены на рис. 2.5.

Характерной особенностью этих характеристик является то, что с ослаблением магнитного потока при постоянном токе якоря уменьшается момент, развиваемый двигателем. Это обстоятельство приводит к тому, что с увеличением скорости (ослаблении потока) необходимо пропорционально уменьшать нагрузку. На рис. 2.5б рабочие участки механических характеристик в пределах перегрузочной способности двигателя показаны утолщенными линиями.

Ослабление магнитного поля двигателя с независимым возбуждением используется в электроприводах для регулирования скорости вверх от номинальной (так называемая вторая зона регулирования).

Изменение напряжения на якоре двигателя, как правило, возможно, только в сторону уменьшения, так как работа электрооборудования под напряжением выше номинального крайне нежелательна по правилам устройства и эксплуатации электроустановок. Кроме того, по условиям работы коллектора двигателя постоянного тока запас повышения напряжения, особенно у мощных двигателей, невелик. Другими словами, повышение напряжения на якоре, двигателя возможно только у тех двигателей, которые рассчитаны на это повышение, и допустимое напряжение должно быть указано в каталожных данных. К таким можно отнести высокомоментные двигатели с возбуждением от постоянных магнитов, используемые в приводах подач металлорежущих станков.

Из уравнений (2.6) и (2.8), видно, что при изменении напряжения на якоре изменяется только скорость идеального холостого хода w₀, а модуль жесткости механической характеристики при Ф=const остается неизменным.

Таким образом, при изменении напряжения получаем семейство характеристик, параллельных друг другу, и если источник напряжения реверсивный, то характеристики располагаются во всех четырех квадрантах, как это показано на рис. 2.6.

Так как регулируемое напряжение можно получить только от какого-либо преобразователя, имеющего, конечное внутреннее сопротивление, жесткость характеристик будет определяться не только сопротивлением якорной цепи двигателя R_яS, но и внутренним сопротивлением преобразователя R_вн:

.

Механическая характеристика двигателя, подключенного к преобразователю с нулевым выходным напряжением U_я=0 проходит через начало координат w₀=0 и является характеристикой динамического торможения рассматриваемого двигателя. Этот режим, в котором двигатель работает генератором на сопротивление якорной цепи, подробно будет рассмотрен ниже.

Изменение напряжения на якоре двигателя является основным и широко используемым способом регулирования скорости в современных электроприводах с двигателями с независимым возбуждением. В отличие от ослабления поля данный способ регулирования скорости позволяет ограничивать ток короткого замыкания (пусковой ток) плавным повышением напряжения на якоре от 0 до U_н.