Принципиальная схема и механические характеристики двигателя постоянного тока с независимым (параллельным) возбуждением.

Электродвигатель независимого возбуждения (рис. 6.1.а) имеет обмотку возбуждения ОВ с сопротивлением R_ОВ и обмотку якоря Я с сопротивлением R_Я. Эти обмотки подключаются к независимым источникам тока через регулировочное сопротивление R_В и пусковое сопротивление R_p.

Электродвигатель параллельного возбуждения (рис.6.1.б) имеет обмотку возбуждения ОВ с сопротивлением RОВ и обмотку якоря Я с сопротивлением RЯ. Эти обмотки подключаются к одной сети параллельно через регулировочное сопротивление RВ и пусковое сопротивление Rp.

Как правило рассматривается сеть постоянного тока, мощность которой значительно превышает мощность двигателя. В этих условиях внутреннее сопротивление источника постоянного напряжения незначительно и не зависит от величины тока в сети, а напряжение в сети постоянно.

Величину тока I_в в цепи обмотки возбуждения можно вычислить по формуле:

Ток I_в в двигателях небольшой и, как видно из формулы, не зависит от величины нагрузки.

С некоторым допущением (для ненасыщенного двигателя) можно считать, что и магнитный поток Ф пропорционален току возбуждения и поэтому тоже не зависит от нагрузки.

Величина тока в цепи якоря определяется из формулы

U= E+ I_я (R_я+ R_p), (3.1)

где Е — э. д. с. электродвигателя, В; U —напряжение сети, В;

R я—сопротивление якоря постоянному току, Ом;

Rp — сопротивление постоянному току пускового реостата, Ом.

Из общей электротехники известно, что в двигателях

Е = k∙ n∙ Ф, (3.2)

M=k₁∙ I_я∙ Ф. (3.3)

где k и k₁ — коэффициенты пропорциональности, кото­рые зависят от конструкции машины;

n — частота вра­щения якоря;

М — момент вращения на валу двигателя. В момент запуска двигателя Е = 0, поэтому ток в якоре

а при отсутствии пускового реостата

Так как величина сопротивления обмотки якоря в электродвигателях незначительна (порядка десятых до­лей Ома), то пусковой ток двигателя, запускаемого на­прямую (без пускового реостата), будет очень большой. Таким образом, запускать двигатель постоянного тока параллельного возбуждения без пускового реостата нель­зя из-за опасности повреждения его коллектора.

Ранее было установлено, что величина магнитного по­тока Ф для данного двигателя не зависит от величины тока в якоре, поэтому М = I_я, т. е. вращающий момент на валу электродвигателя постоянного тока параллель­ного возбуждения прямо пропорционален току якоря.

Если в формулу (3.1) подставить значения Е и I_в из формул (3.2), (3.3) и решить уравнение относительно частоты вращения n, то получим уравнение механической характеристики двигателя

(3.4)

В уравнении (3.4) переменными величинами являются п и М, остальные величины постоянные, поэтому это будет уравнение прямой, не проходящей через начало координат.

Механическая характеристика двигателя, полученная без включения в цепь якоря и возбуждения дополнительных сопротивлений Rя и Rв, называется естественной характеристикой, все остальные характеристики, полученные путем изменения сопротивления реостатов Rp, Rв от нуля и выше, будут искусственными характеристиками.

Чем больше сопротивление в цепи якоря, тем больше наклон характеристики (тем она мягче).

При подсчете легко установить, что при номинальных значениях М, Rя, U, Ф величина

[из формулы (3.4)] составляет 5÷ 10% от n_о, поэтому характеристика двигателя будет жесткая.