Механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Лекция 15

Механические характеристики двигателей и управление электрическими приводами

План

1. Механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения

2. Механическая характеристика асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в двигательном режиме

3. Типовые узлы схем релейно- контактного управления

3.1. Схема самопитания

3.2. Схема взаимной электрической блокировки

3.3. Схема прямого пуска и динамического торможения в функции времени

4. Замкнутые системы привода

Система управляемый преобразователь — двигатель

4.2. Регулирование угловой скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения изменением напряжения на якоре посредством импульсных регуляторов напряжения (широтно-импульсных преобразователей

4.3. Законы частотного управления асинхронными двигателями

4.4. Регулирование угловой скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения изменением напряжения на якоре с помощью управляемых тиристорных выпрямителей

Механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Обычная схема включения двигателя постоянного тока независимого возбуждения представлена на рис.1. Якорь двигателя М и его обмотка возбуждения ОВ обычно получают питание от разных, независимых друг от друга источников (преобразователей) напряжения U и U_в, что позволяет отдельно регулировать напряжение на якоре двигателя и на обмотке возбуждения и выполнять их на разное номинальное напряжение. Лишь при наличии сети постоянного тока или при нерегулируемом преобразователе в якорной цепи обмотка возбуждения питается от того же источника напряжения, что и якорь двигателя. Но и в этом случае ток возбуждения I_в не зависит от тока I якоря двигателя.

Рис.1. Схема включения двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Зависимость между М и ω двигателя определяется его механической характеристикой. При установившемся режиме работы двигателя приложенное напряжение U, В, уравновешивается падением напряжения в якорной цепи IR и наведенной в якоре ЭДС вращения Е, В, т. е.

U= IR+Е;

здесь I — ток в якорной цепи двигателя, А; R — суммарное сопротивление якорной цепи, Ом, включающее внешнее сопротивление резистора R_р и внутреннее сопротивление якоря двигателя R_Я;

Е=kФ ω,

где k — коэффициент,, зависящий от конструктивных данных двигателя, k = pN/2π а (р — число пар полюсов двигателя; N — число активных проводников обмотки якоря; а — число пар параллельных ветвей обмотки якоря); Ф и ω — соответственно магнитный поток, Вб, и угловая скорость двигателя, рад/с.

Если подставить значение Е, то получим уравнение для скорости двигателя

ω = (U — IR)/ kФ.

Уравнение представляет собой зависимость скорости двигателя от тока якоря. Такую зависимость ω = f(I) называют электромеханической характеристикой двигателя.

Для получения уравнения механической характеристики необходимо найти зависимость скорости от момента двигателя, Это легко сделать, если учесть, что момент, Н м, развиваемый двигателем, связан с током якоря и магнитным потоком простой зависимостью, а именно:

М = kФI.

Тогда ω = U/ kФ — М R/(k² Ф²)

Рис.2. Естественная характеристика и семейство реостатных механических характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Механическая характеристика двигателя при неизменных параметрах U, Ф и R представляется прямой линией. Изменяя тот или иной параметр механической характеристики, можно при определенном моменте сопротивления на валу двигателя получать различные скорости двигателя, т. е. регулировать скорость электропривода.

При М = 0 все характеристики проходят через одну точку, лежащую на оси ординат. Угловая скорость в этой точке имеет вполне определенное значение, не зависящее от сопротивления якорной цепи. Эта скорость носит название скорости идеального холостого хода, и определяется выражением

ω ₀ = U/ kф.

При скорости идеального холостого хода, когда ток в якорной цепи равен нулю, ЭДС якоря, направленная навстречу приложенному напряжению, равна ему по абсолютному значению. Если двигатель до приложения нагрузки работал с угловой скоростью ω ₀, то при появлении на его валу момента сопротивления угловая скорость будет снижаться. Следствием этого будет уменьшение ЭДС вращения Е и увеличение тока якоря и момента двигателя. Угловая скорость будет снижаться до тех пор, пока момент двигателя не сравняется с моментом сопротивления. Разность значений установившихся скоростей электропривода до и после приложения заданной статической нагрузки называется статическим падением (перепадом) скорости электропривода.

Второй член характеризует собой статическое падение угловой скорости (перепад) относительно угловой скорости идеального холостого хода:

∆ ω = М R/(k² Ф²).

Таким образом, уравнение для скорости двигателя может быть записано так:

ω = ω ₀ —∆ ω.

Верхняя характеристика из семейства, носит название естественной.