Искусственные механические и электромеханические характеристики

Механические и электромеханические характеристики будут искусственными, если напряжение на двигателе U_дв не равно номинальному U_н или поток возбуждения Ф_дв не равен номинальному Ф_н, или в цепь якоря введено добавочное сопротивление, т.е.R_доб > 0. Изменение значения напряжения или потока возбуждения машины, увеличение добавочного сопротивления в цепи якоря могут возникнуть при пуске, а также при регулировании скорости двигателя. Изменение U, Ф или R_добможет быть обусловлено и отдаленностью источника питания от электрического двигателя. При больших токах нагрузки в этом случае возникает значительное падение напряжения в сети, что приводит к снижению напряжения на якоре и потока возбуждения машины. Рассмотрим характеристики двигателя постоянного тока при изменении напряжения, потока и добавочного сопротивления.

Первый случай. В цепь якоря вводим добавочное сопротивление при постоянстве напряжения и потока возбуждения, то есть: U = U_н, Ф = Ф_н, R_доб > 0. Угловая скорость идеального холостого хода двигателя параллельного (или независимого) возбуждения при введении в цепь якоря добавочного сопротивления остается неизменной:

.

При введении в цепь якоря добавочного сопротивления снижается пусковой ток, следовательно, и пусковой момент двигателя:

; .

Графики электромеханической и механической характеристик даны на рис.2.4 а, б. Из анализа поведения характеристик следует: чем больше значение добавочного сопротивления, тем они мягче. Объяснить это явление можно несколькими способами.

Первый вариант. Допустим, что двигатель работает с постоянной нагрузкой I₁ на естественной характеристике со скоростью w₁. Введем в цепь якоря добавочное сопротивление R₂. В момент включения R₂ скорость двигателя w₁ не изменилась (из-за инерции), а ток снизился:

следовательно, уменьшился и момент двигателя, так как М₁₂ = сФ_н I₁₂. В уравнении движения электропривода левая часть для этого случая отрицательна, т.е. М₁₂ – М_с < 0, следовательно, < 0 и привод тормозится. По мере снижения скорости растут ток и момент, и при w₂ ускорение равно нулю: = 0, так как М_дв = М_с. Ток стал равен I₁, скорость снизилась, и двигатель перешел работать на другую характеристику.

Второй вариант. Рассмотрим уравнение электромеханической характеристики двигателя:

.

Рис.2.4. Электромеханическая (а) и механическая (б) характеристики двигателя при изменении добавочного сопротивления

С введением сопротивления R_доб растёт падение напряжения I·R_доб, а так как напряжение сети неизменно, то снижается ЭДС и скорость двигателя.

Второй случай. Изменяется напряжение на якоре при постоянстве потока возбуждения и отсутствии добавочного сопротивления, т.е. Ф = Ф_ном, R_доб = 0, U < U_н.

В электрических машинах постоянного тока напряжение на якоре можно изменять в пределах U_н £ U £ - U_н (т.е. только в сторону понижения от номинального значения).

При изменении напряжения на якоре уравнения искусственных характеристик имеют вид

(2.15) (2.16)

Рис.2.5. Электромеханические (а) и механические (б) характеристики ДПТ при изменении напряжения на якоре – U_Н> U₁> U₂> U₃

Как следует из этих выражений, жесткость механической и электромеханической характеристик не изменяются. Это значит, что искусственные характеристики будут проходить параллельно естественным.

Координата первой точки:

, М = 0, I = 0.

С уменьшением напряжения на якоре пропорционально изменяется и угловая скорость идеального холостого хода: .

Координаты второй точки М_пи, I_пи также изменяются пропорционально приложенному к якорю напряжению.

Вид характеристик для U_н < U₁ < U₂ < U₃и т.д. изображен на рис.2.5 а, б.

Из графика 2.5 б и уравнения (2.16) видим, что при одном и том же моменте двигателя при уменьшении напряжения скорость двигателя уменьшается с w₀ до w₁, w₂ и т.д.

Третий случай. Напряжение на якоре равно номинальному значению, отсутствует добавочное сопротивление, изменяется поток возбуждения, т.е. U = U_н, R_доб = 0, Ф < Ф_н.

Рабочая точка на кривой намагничивания двигателя выбирается на перегибе, следовательно, поток Фможно только понижать. Поэтому рассмотрим условие, когда Ф < Ф_н.

Скорость идеального хода растет:

.

Пусковой ток остается постоянным, а момент снижается:

, .

Уравнения электромеханической и механической характеристик имеют вид

.

Графики изменения тока и момента в зависимости от скорости при Ф_н > Ф₁ > Ф₂ и т.д. приведены на рис.2.6 а, б.

Таким образом, при ослаблении потока двигателя до какого-то значения скорость будет возрастать. Действительно, при ослаблении потока возбуждения до Ф₁ < Ф_н уменьшается ЭДС якоря и возрастает ток:

.

Растет и момент двигателя. При ослаблении потока на скорости w_е момент двигателя М₂ больше М_с и начинает разгоняться до скорости w₃, где М_с будет равен моменту двигателя. Причем отметим, что значение тока двигателя I₃ на скорости w₃ больше, чем на скорость w₁, т.к. М_с = соnst.

Рис.2.6. Электромеханическая (а) и механическая (б)

характеристики ДПТ при изменении потока возбуждения