Механические характеристики ДПТ независимого возбуждения

Реакция якоря двигателя постояннго тока (продольная и поперечная)и ее влияние

Рассмотрим действие реакции якоря синхронного генератора при установившейся симметричной нагрузке (рис.3.5 – 3.7). Обмотка якоря изображена в виде упрощенной трехфазной обмотки, как при рассмотрении вращающегося магнитного поля асинхронной машины. Каждая фаза представляет собой виток с полным шагом (A - X, B - Y, C - Z).

Полярность поля обмотки возбуждения обозначена буквами N, S а силовые линии этого поля не изображены.

Синхронные генераторы обычно работают на смешанную нагрузку (активно-индуктивную или активно-емкостную). Для выяснения влияния реакции якоря на работу синхронного генератора рассмотрим случаи его работы при нагрузках предельного характера: активного, индуктивного, емкостного.

Рис. 3.5 Рис. 3.6

Активная нагрузка. Для положения, которое занимает вращающийся ротор, ЭДС фазы А максимальна. Так как угол , то ток фазы А также максимален , а в остальных фазах (рис.3.5).

Направления ЭДС и токов нетрудно установить по правилу правой руки и обозначить крестиками и точками. При этих направлениях токов ось магнитного поля реакции якоря направлена по поперечной оси q. Направление поля реакции якоря для угла сохраняется для любого положения вращающегося ротора, т.к. ротор и поле реакции якоря вращаются синхронно.Индуктивная нагрузка. В случае индуктивной нагрузки угол между ЭДС обмотки якоря и током равен 90 эл. град. (рис.3.6).

Это означает, что максимум тока в фазе А наступит по сравнению с предыдущим случаем на четверть периода позднее, когда ротор повернется на по часовой стрелке. При отстающем токе реакция якоря действует по продольной оси и по отношению к полю обмотки возбуждения является размагничивающей (продольная размагничивающая реакция якоря).

Рис.3.7

Емкостная нагрузка. В случае емкостной нагрузки угол сдвига Y между ЭДС обмотки якоря и током равен –90 эл. град. (рис.3.7). Это означает, что максимум тока в фазе A наступит по сравнению со случаем рис.3.5 на четверть периода раньше. При опережающем токе реакция якоря действует по продольной оси и по отношению к полю обмотки возбуждения является намагничивающей (продольная намагничивающая реакция якоря).

При смешанной нагрузке, когда и ток можно разложить на две составляющие (рис.3.8) , где - продольная и поперечная составляющие тока якоря.

Механические характеристики ДПТ независимого возбуждения

В зависимости от способа возбуждения различают ДПТ с независимым (или параллельным) возбуждением, с последовательным возбуждением и со смешанным возбуждением. Разновидностью независимого возбуждения является возбуждение от постоянных магнитов. Характерной особенностью таких двигателей является независимость тока возбуждения (и потока возбуждения) от тока якоря машины.

Рис. 65. ДПТ с независимым возбуждением, а) параллельным, б) от постоянных магнитов

Подставим в основное уравнение ДПТ в двигательном режиме работы выражения для тока якоря и ЭДС.

, и .

В результате получим:

.

Разрешив последнее уравнение относительно w, получим уравнение механической характеристики ДПТ с независимым возбуждением. С_е = С_м.

.

Так как в этом случае Ф=const, то обозначим к = СФ и получим:

.

Здесь w_xx скорость идеального холостого хода машины; а Dw - изменение скорости, обусловленное моментом нагрузки двигателя. Сама механическая характеристика ДПТ с независимым возбуждением приведена на рис.66 и представляет собой прямую линию, наклон которой к оси абсцисс зависит от величины потока возбуждения и сопротивления якоря Rя. Чем меньше величина потока возбуждения и чем больше сопротивление Rя, тем круче механическая характеристика.

Порядок построения механическая характеристика ДПТ с независимым возбуждением по паспортным данным двигателя.

Вычисляем значение k из соотношений , и получим:

Рис. 66. Механическая характеристика ДПТ с независимым возбуждением

Вычислим w_xx скорость холостого хода (точка 1). .

Определим положение рабочей точки 2: для этого возьмем паспортное значение w_ном и вычислим значение момента: .

Проведем прямую линию через две точки; она пересечет ось моментов в точке пускового момента. М=М_п.

Как следует из уравнения механической характеристики, скорость двигателя при постоянном моменте нагрузки можно регулировать тремя способами:

1. Изменением напряжения на якоре двигателя,

2. Изменением сопротивления в цепи якоря двигателя,

3. Изменением потока возбуждения машины.

При регулировании скорости первым способом, напряжение на якоре изменяется либо с помощью реостата, либо с помощью усилительно – преобразовательного устройства, при этом поток возбуждения остаётся постоянным. Семейство механических и регулировочных характеристик, соответствующих данному способу регулирования, приведено на рис.67.

Рис. 67. Семейство механических (а) и регулировочных (б) характеристик ДПТ с независимым возбуждением

С изменением напряжения U пропорционально изменяется и скорость холостого хода при этом угол наклона (или жестокость) механических характеристик остаётся неизменной. Регулировочные характеристики линейны при напряжении на якоре U > Uтр; у них есть имеет зона нечувствительности при напряжении на якоре U < U тр, где U тр – напряжение трогания двигателя. Двигатель не будет вращаться до тех пор, пока М<М_н, а для создания такого момента необходимо иметь при скорости вращения w=0 ток якоря I_тр и соответствующее напряжение U_тр..

Несмотря на то, что рассмотренный способ регулирования требует довольно сложного оборудования, его широко применяют в современных электроприводах, т.к. он обеспечивает плавное и экономичное регулирование скорости в широких пределах при сохранении высокой жесткости механических характеристик. Лучшие современные системы при данном способе обеспечивают диапазон до 1:100000.