Электромеханические характеристики

Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения широко применяются на электротранспорте, приводе подъемно-транспортных механизмов. Такие двигатели применяют в качестве стартеров для двигателей внутреннего сгорания. Двигатели последовательного возбуждения надежнее по сравнению с другими машинами постоянного тока, так как они имеют обмотку возбуждения, выполненную проводом большого сечения, и с малыми напряжениями между витками. Схема включения в сеть приведена на рис. 3.1, откуда видно, что ток возбуждения равен току якоря, который зависит от нагрузки двигателя. Во время работы ток якоря изменяется от холостого хода до номинального значения (и более), следовательно, изменяется и поток возбуждения. Для двигателя постоянного тока последовательного возбуждения выражение электромеханической и механической характеристик в общем виде имеет такой же вид, как и для двигателей независимого возбуждения:

Рис. 3.1. Схема включения ДПТ последовательного возбуждения

Однако в этих выражениях в правой части одновременно с изменением тока и момента изменяется и значение магнитного потока. Причем эта зависимость между потоком и током нелинейна. Так как нет математического выражения, связывающего эти величины, то невозможно дать аналитические выражения механической и электромеханической характеристик для конкретного двигателя, по которым можно было бы построить их графики.

Для удобства рассмотрения особенностей механической характеристики этих машин реальный график намагничивания заменяют идеализированным - ломаным, линейным (рис. 3.2а).

Предположим, что двигатель работает на идеализированной характеристике (а) с нагрузкой I₁, меньшей I_н (система не насыщена). Так как эта часть характеристики линейна, то

,

где к - коэффициент пропорциональности, .

Рис.3.2. Кривые намагничивания машин постоянного тока

последовательного возбуждения

Электромагнитный момент

.

Уравнение ЭДС

,

где R - сопротивление якорной цепи.

Из последнего выражения определяем уравнение электромеханической характеристики:

.

Из уравнения электромагнитного момента определим значение тока и подставим его в выражение электромеханической характеристики:

(3.2)

При ненасыщенной магнитной системе зависимость между моментом и скоростью имеет гиперболический характер. Это справедливо для малонагруженных электрических двигателей, ток которых меньше номинального. Если ток больше, то наступает насыщение и поток двигателя будет постоянным, а механическая характеристика практически станет линейной. На холостом ходу остаточный поток равен 0, 02...0, 09Ф_н, следовательно, и характеристика в этой части будет близка к линейной. Таким образом, характеристика двигателя постоянного тока имеет три участка: I, II, III (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения

Первый участок характеристики от w = 0 до w линейный и соответствует насыщению магнитной цепи машины (Ф = соnst;), второй - соответствует гиперболической зависимости момента от скорости, третий участок имеет почти линейный характер, соответствующий остаточному магнитному потоку.