Механическая характеристика двигателей постоянного тока и способы регулирования частоты вращения

При взаимодействии тока якоря с потоком обмотки возбуждения возникает электромагнитный вращающий момент М, который преодолевает момент сопротивления со стороны механизма, приводимого в движение двигатель.

 

ЭТО ВАЖНО. В рассмотренном случае, машина потребляет энергию из сети. Чем больше момент двигателя, тем больший он потребляет ток.

Полная преобразуемая в двигателе электромагнитная мощность

(8.1)

где w = pn /30 - угловая скорость вращения якоря; n – частота вращения ротора.

Пуск двигателя сопровождается большим током, протекающим через обмотку якоря. Поэтому без пусковых реостатов (добавочных сопротивлений R_ДОБ в цепи якоря) во избежание аварии запуск осуществляют лишь двигателей мощностью до 1 кВт.

 

ЭТО ВАЖНО. Большой пусковой ток возникает потому, что сопротивление в цепи якоря R_Я невелико, подаваемое напряжение U номинальное, а ЭДС Е, которая в рабочем режиме уравновешивает большую часть приложенного напряжения, в момент пуска равна нулю.

 

Ток в цепи якоря

(8.2)

Сопротивление R_ДОБ обычно соответствует нескольким ступеням пускового реостата, которые в первый момент вводят полностью и по мере запуска последовательно одну за другой отключают с таким расчетом, чтобы ток двигателя при пуске не превышал допустимого значения.

 

Среди всех электродвигателей двигатели постоянного тока имеют лучшие пусковые свойства. При относительно небольшом пусковом токе (2¸2,5)I_ном они могут создавать достаточно большой пусковой момент (2,5¸4)М_ном.

 

Реверс (изменение направления вращения) якоря двигателя можно осуществить, изменив направление вращающегося момента М. Обычно, для реверса изменяют полярность напряжения на обмотке якоря, т.е. направление тока в обмотке якоря.

Из характеристик двигателя наибольшее практическое значение имеет механическая характеристика, которая показывает, как меняется частота вращения якоря n при изменении момента М на валу. Уравнение механической характеристики n = f (М) для двигателя параллельного возбуждения имеет вид

(8.3)

где - конструктивная постоянная; р – число пар полюсов; W – число пазовых проводников машины; а – число параллельных ветвей; - постоянная для конкретной машины; с_Е» 1,03 с_М.

Для двигателей последовательного возбуждения

(8.4)

где R_с – сопротивление сериесной обмотки (обмотки последовательного возбуждения), Ом.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ. Механическая характеристика, полученная при номинальных значениях напряжения питания и отсутствии добавочного сопротивления в цепи якоря, называется естественной.

 

На рис.8.4 представлены механические характеристики двигателей с различным возбуждением, причем кривая 1 на всех рисунках соответствует естественной характеристике, а кривая 2 – искусственной, полученной при включении добавочного сопротивления.

Для двигателей независимого и параллельного возбуждения механическая характеристика линейная (рис.8.4, а). При увеличении момента частота вращения уменьшается. Если это снижение скорости незначительно (Dn₁), то характеристика называется жесткой (кривая 1). Чем больше сопротивление в цепи якоря, тем «мягче» характеристика (кривая 2), тем больше пределы изменения частоты вращения (Dn₂).

 

Двигатели последовательного возбуждения имеют мягкую механическую характеристику (рис.8.4, б), так как при увеличении момента М и возрастании тока якоря возрастает магнитный поток Ф, и частота вращения двигателя снижается.

 

ЭТО ВАЖНО. Характерной особенностью двигателя последовательного возбуждения является резкое увеличение частоты вращения при снижении нагрузки.

При малых нагрузках частота вращения якоря может достичь недопустимо больших значений. Чтобы этого не случилось, на валу двигателя последовательного возбуждения должна быть нагрузка не менее 25% от номинальной.

Механическая характеристика двигателя смешанного возбуждения (рис.8.4, в) занимает среднее положение между рассмотренными характеристиками. Характеристика мягкая, но из-за наличия параллельной обмотки частота вращения на холостом ходу ограничена.

 

ЭТО ВАЖНО. Частоту вращения якоря двигателя, согласно (8.3), можно регулировать тремя способами: изменением напряжения, подаваемого на обмотку якоря; изменением магнитного потока; включением добавочного сопротивления в цепь якоря.

 

Способ регулирования частоты вращения введением добавочного сопротивления неэкономичен, что ограничивает его применение. Два других способа применяют чаще.