Двигатель постоянного тока, параллельного и независимого возбуждения. Рабочие механические и регулировочные характеристики

В двигателях независимого возбуждения обмотка возбуждения 0В электриче­ски не связана с обмоткой якоря (рис. 6.20, а). Обычно напряжение возбужде­ния Uв отличается от напряжения в цепи якоря U. Если же напряжения равны, то обмотку возбуждения подключают параллельно обмотке якоря (рис. 6.20, б). Применение в электроприводе двигателя независимого или параллель­ного возбуждения определяется схемой электропривода. Свойства (характеристики) этих двигателей одинаковы, Эксплуатационные свойства двигателей постоянного тока определяются их рабочими и механическими характери­стиками, а также регулировочными свойствами. Рабочие характе­ристики представляют собой зависимость частоты вращения n, тока Ia в обмотке якоря, полезного момента М2 от полезной мощности двигателя Р2 при неизменных значе­ниях напряжения питания U и тока в обмотке возбуждения Iв (рис. 1). Характеристика n =f(Р2) имеет вид кривой, наклоненной к оси абс­цисс. Такая

форма характеристики объясняется тем, что с ростом на­грузки двигателя Р2 увеличивается ток якоря Iа, следовательно, возрас­тает падение напряжения в цепи якоря Ia*суммаr. В итоге уменьшается частота вращения. Одновременно с ростом нагрузки усилива­ется реакция якоря это

уменьшает основной магнитный поток Ф, что способству­ет увеличению частоты вращения. График зависимости M2=f(P20) определяется выраже­нием полезного момента (момента на валу), Нм, М2=Р2/wа=30Р2/(пи*n), где wa— угловая скорость якоря, 1/С. Если n=const. то график М2=f(P2) представляет собой прямую линию, выходящую из начала осей коор­динат. Однако с ростом нагрузки двигателя частота вра­щения уменьшается, это приводит к нелинейности рас­сматриваемой характеристики. График зависимости Ia=f(P2) не выходит из начала осей координат, т.к. в режиме хх (Р2=0) двигатель потребляет из сети ток холостого хода Iо и развивает момент холостого хода Мо, обусловленный; механическими и магнитными потерями в двигателе Параметры двигателя, соответствующие номинальной мощности Рном, называют номинальными: nном, Iaном, М2ном. Механическая характеристика двигателя представляет собой графически выраженную зависимость частоты вращения якоря n от электромагнитного момента М при неизменных напряжении питания (U=const) и сопротивлении реостата в цепи возбуждения (rper=const). Получим n=U/(Ce*Ф)-(M*суммаr)/(Ce*Cn*Ф^2)=no-dn где nо — частота вращения двигателя при идеальном холостом ходе (М=0, Iа=0); dn— изменение частоты вращения якоря под действием нагрузки двигателя М=Мо+М2. Если пренебречь размагничивающим действием реакции якоря и принять Ф=const, то механическая характеристика двигателя независимого (параллельного) возбуждения примет вид прямой, наклоненной к оси абсцисс (рис. 6.22, а, график 1).

Эта характеристика называется естественной. Если в цепь якоря двигателя ввести добавочное сопротивление Rдоб (см. рис. 6.20), то механическая характеристика будет определяться выражением n=U/(Ce*Ф)-(M*суммаr+Rдоб)/(Ce*Cn*Ф^2), то

величина no не изменится, а dn возрастет, при этом угол наклона механической ха­рактеристики к оси абсцисс увеличится (рис. 6.22, а, гра­фики 2 и 3). Полученные механические характеристики называют искусственными. Естественная характеристика двигателя независимого (параллельного) возбуждения, т. е. механическая харак­теристика, соответствующая Rдоб=0—«жесткая», так как при изменении нагрузки на валу двигателя частота вращения изменяется незначительно (на 5—10%). Искусственные характеристики двигателя с ростом доба­вочного сопротивления Rдоб в цепи якоря становятся «мягкими», так как изменение нагрузки на валу двигате­ля сопровождается значительными изменениями частоты вращения. На форму механических характеристик влияет основ­ной магнитный поток Ф. При уменьшении Ф увеличивает­ся частота вращения идеального холостого хода nо и dn. Это приводит к резкому изменению жесткости механиче­ской характеристики (рис. 6.22, б). При изменении напряжения на якоре двигателя U изменяется частота вращения no, а dn остается постоян­ной. Следовательно, жесткость механических характе­ристик (если не учитывать реакцию якоря) не изменя­ется — они смещаются по высоте, оставаясь параллель­ными друг другу (рис. 6.22, в).

Регулирование частоты вращения двигателей независимого и параллельного возбуждения. Хорошие регулиро­вочные свойства двигателей по­стоянного тока — одна из основных причин их примене­ния в современном электроприводе, несмотря на сущест­венные недостатки, обусловленные наличием у них щеточно-коллектор­ного узла. Лучшие регулировочные свойства у двигателей независимого и параллельного воз­буждения. Регулирование частоты вращения изменением под­водимого к обмотке якоря напряжения. Как следует из n=(U-Ia*суммаr)/(ce*Ф), с изменением напряжения U частота вращения изменяется. Так как превышение но­минального напря­жения недопустимо, то этот способ позволяет изменять частоты вращения только в сторону уменьшения от номи­нальной. В двигателях мощностью до 100—120 Вт напря­жение, подводимое к обмотке якоря, можно изменять посредством потенциометра потери в котором вследствие небольшой пе­редаваемой мощности неве­лики. Если питание двигателя осуществляется через автономные выпрямители (В1 — в цепи обмотки якоря и В2— в цепи обмотки возбуждения ОВ), то регулировать частоту вращения можно посредством автотрансформатора AT, на выход которого включен выпрямитель В1. При этом напряжение возбуждения остается неизменным. Этот способ регулирования частоты вращения успешно при­меняется при мощности двигателя до 500—600 Вт. Регулирование частоты вращения изменением доба­вочного сопротивления в цепи обмотки якоря. Этот способ регулирования также позволяет изменять частоту вращения только в сторону уменьшения от номи­нальной и осуществляется посредством реостата Rдоб (см. рис. 6.20). Недостатки рассматриваемого спо­соба: значи­тельные потери на нагрев реостата (Ia^2*Rдоб) — с измене­нием сопротивления доб меняется жесткость механиче­ских характеристик двигателя (см. рис. 6.22, a). Регулирование частоты вращения изменением магнит­ного потока возбуждения. Этот способ регулирова­ния весьма экономичен, так как изменение магнитного потока осуществляется реостатом в цепи обмотки возбуждения, ток в которой у рассматриваемых двигателей в несколько раз меньше тока в цепи обмотки якоря. Способ позволяет изменять частоту вращения в сторону увеличения от номинальной. При увеличе­нии сопротивления реостата rрег (см. рис. 6.20) уменьшается ток в обмотке возбужде­ния Iв, а следовательно, и магнитный поток Ф, что вызы­вает возрастание частоты вращения якоря двигателя. вращения может превышать максимальное значение. Недостаток данного способа регулирования состоит в том, что при изменении потока Ф в значительной степени меняется жесткость механических характеристик двигате­ля (см. рис. 6.22, б). Импульсное регулирование частоты вращения. Цепь обмотки якоря двигателя независи­мого возбуждения периодически подключается к ис­точни­ку напряжения ключом К. При замыкании цепи якоря на время t1 к обмотке якоря подводится напря­жение U=Uном, ток нарастает до значения Imax (рис. 6.25, б). При размыкании ключа ток уменьшается, дос­тигая значения Imin, замыкаясь через диод VD. При следующем замыкании ключа К. ток в якоре вновь дос­тигает значения Imax и т. д. Таким образом, к цепи обмотки якоря подводятся импульсы напряжения, ам­плитудное значение которых равно напряжению U источника. Среднее напряжение, прикладываемое к дви­гателю, В, Uср=Ut1/T=gU, где t1—длительность импульса напряжения; Т—время между двумя следующими друг за другом импульсам напряжения (рис. 6.25, б); g=t1/T— коэффициент управления. Ток в обмотке якоря определяется средним значение Iср=0,5(Imax+Imin). Частота вращения двигателя при импульсном регулировании n=(gU-Ia*суммаr)/(ce*Ф). Импульсное регулиро­вание обеспечивает изменение частоты вращения лишь в сторону уменьшения от номинальной. Для снижения пульсаций тока в цепь якоря включают дроссель L. Частота работы ключа составляет 200—400 Гц. На рис. 6.25, в показана одна из возможных схем импульсного регулирования напряжения, где в качеств ключа используют тиристор VS. Включается тиристор (что соответствует замыканию ключа) подачей кратко­временного импульса от генератора импульсов ГИ на управляющий электрод УЭ. Цепь из дросселя L1 и кон­денсатора С, шунтирующая тиристор, служит для выключения последнего в интервале между двумя управ­ляющими импульсами. При включении тиристора конденсатор С перезаряжается по контуру С—VS—L1—С и к тиристору прикладывается напряжение, обратное напряжению сети. Время открытого состояния тиристора (с) определяется параметрами цепи L1С: t=p*sqrt(L1C), где L1 —индуктивность дросселя, Гн; С—емкость кон­денсатора, Ф. Среднее значение напряже­ния Uср, подводимого к обмотке якоря, регулируется изменением частоты следования управляющих импульсов. Частота вращения Д с постоянными магнитами регулируется изменением напряжения на обмотке якоря (реостатом Rдоб или импульсным методом) только в сторону уменьшения от номинального значения. Для из­менения направления вращения якоря (реверса) Д необходимо изменить направление тока в обмотке якоря либо в ОВ. При одновременном изменении тока в обеих обмотках якорь не изменяет направления вращения. В Д с постоянными магнитами реверс осуществляется изменением полярности клемм обмотки якоря.