Характеристики двигателя постоянного тока

Характеристики двигателя определяются экспериментально или расчетом.

Решение уравнения (3) по отношению к току I_я или к частоте вращения n (входящей в ЭДС) приводит к выражениям для тока и скоростной характеристики двигателя:

; (4)

, (5)

позволяющим проанализировать зависимость тока и скорости от различных факторов.

Скорость ω можно найти по величине частоты вращения n [об/мин] по формуле:

ω = n/9, 55 [рад/с].

Из выражения (4) видно, что ток якоря двигателя зависит от его частоты вращения, определяемой нагрузкой на валу.

Из этой формулы следует, что при пуске двигателя (n = 0), ток якорной цепи определяется только напряжением U и сопротивлением якорной цепи R_я. Следовательно, для ограничения тока по условиям коммутации при пуске до величины I_п≤ (2…3)I_ян необходимо включение последовательно в якорную цепь пускового реостата сопротивлением R_п, тогда

. (6)

Пуск двигателей постоянного тока производится только через пусковой реостат R_п. По окончании пуска реостат должен быть установлен в положение «Работа», при этом R_п=0. Обычно пусковые реостаты допускают кратковременное включение (10…20 с).

Для изменения направления вращения якоря (реверсирования двигателя) необходимо изменить направление тока в обмотке возбуждения (или якоря).

Свойства двигателя описываются рабочими характеристиками, которыми называют зависимости параметров I, P₁, M, n, η от мощности Р₂ при U=U_н и R_вп=0 (рис. 2).

Рис. 2

Исследование рабочих свойств двигателя осуществляется изменением нагрузки на его валу. Нагрузочной машиной является синхронный генератор, нагружаемый на активное нагрузочное сопротивлением R_н, поэтому полезная мощность двигателя определяется вычитанием всех потерь из потребляемой мощности:

, (7)

где p_мex+p_cт=p_пост=P₁₀/3 – механические потери я потери в стали якоря;

P₁₀=UI – мощность холостого хода при невозбужденном синхронном генераторе;

p_я=I_я²R_я – потери в цепи якоря.

I_я=I–I_вп; p_щ=Δ U_щI_я – потери в щеточном контакте (падение напряжения на щетках Δ U_щ=0, 5 В; p_в=UI_ВП – потери в цепи возбуждения.

В соответствии с уравнением (7) может быть построена в определенном масштабе для заданного режима энергетическая диаграмма двигателя (рис. 3).

Вращающий момент двигателя

. (8)

Коэффициент полезного действия

. (9)

Регулировочные свойства двигателя постоянного тока оцениваются по его скоростной характеристике (уравнение 5) или механической характеристике, получаемой из уравнения (5) подстановкой тока, выраженного через момент из выражения (1) I_я=M/c_МФ.

Рис. 3

Уравнения скоростной и механической характеристики представляют собой уравнения прямой линии (рис. 4) с начальной ординатой

; (10)

Изменение частоты вращения (жесткость) в двигателях, работающих на естественной характеристике (при R_п=0), при изменении нагрузки составляет:

= (11)

и достигает для ДПТНВ 2…10 %, а для ДПТШВ больше и равно 10 … 30 %.

Рис. 4

Из выражения (5) и (10) видно, что регулировать частоту вращения, т.е. изменять ее при заданной нагрузке, можно, изменяя напряжение U, сопротивление якорной цепи R_я или магнитный поток Ф.

На рис.4, а показаны характеристики n=f(I_я) при изменении сопротивления регулировочного реостата R_п.

На рис. 4, б – характеристики n=f(I_я) при изменении тока возбуждения I_вп. Жирной линией показана естественная характеристика.

При оценке способов регулирования рассматриваются диапазон регулирования, плавность и точность его, а также экономичность.

4. Контрольные вопросы и задания

Изучить устройство двигателя постоянного тока, назначение его элементов, принцип действия и уяснить основные эксплуатационные особенности – способ пуска и регулирования частоты вращения.

Изучить схему включения двигателя и вспомогательного генератора с приборами. Объяснить назначение элементов схемы.