Типы возбуждения и механические характеристики двигателей постоянного тока
В зависимости от способа подключения обмотки возбуждения ДПТ делятся на двигатели независимого (рис.25.4), параллельного (рис.26.5, а) последовательного (рис.26. 5, б) и смешанного возбуждения (рис.26.5, в). В двигателях независимого возбуждения обмотка возбуждения питается от отдельного источника.
Рис.26.6. Схемы ДПТ с различными типами возбуждения: а – параллельным; б – последовательным; в – смешанным
Важную роль в анализе двигателей играет механическая характеристика – зависимость частоты вращения nот момента Mна валу при U, Iв = const.
ДПТ с независимым и параллельным возбуждением имеют общее свойство: ток возбуждения не зависит от тока якоря. Пренебрегая реакцией якоря, можно считать, что и поток Ф у них не зависит от нагрузки (момента Мс). Поэтому свойства и характеристики этих ДПТ идентичны, далее будем упоминать только ДПТ с параллельным возбуждением.
Из уравнений противоЭДС и цепи якоря выражаем частоту вращения якоря:
n = U/СеФ – IяRя)/ СеФ
Выразив Iя из формулы электромагнитного момента получаем механическую характеристику ДПТ с параллельным возбуждением:
n = (U/ СеФ) – (МRя/CeCмФ2),
которая получена из статических уравнений и задает связь между n и M в установившемся режиме (при M = Mс). Механическую характеристику называют естественной, если она получена для двигателей без реостатов в цепях якоря и возбуждения при U = Uном, Ф = Фном. Естественная характеристика является прямой. В режиме холостого хода M = Mс= 0, поэтому первое слагаемое в определяет частоту идеального холостого хода (рис.26.6)
.
В момент пуска двигателя n = 0 и пусковой момент
.
От коэффициента Kн = –Rя/(CeCмФ2) зависит угол наклона прямой.
Рис. 26.6. Механическая характеристика ДПТ с параллельным возбуж- дением |
У двигателей средней и большой мощности сопротивление якорной обмотки Rя мало (десятые и сотые доли Ом), пусковой момент велик, а коэффициент Kн мал. Естественная характеристика имеет малый наклон, поэтому с изменением нагрузки частота n изменяется незначительно. Характеристики такого типа называют «жесткими».
На рис. 26.6 приведена механическая характеристика n = f(Mс) механизма на валу ДПТ. В установившемся режиме M = Mс, рабочая точка А лежит на пересечении характеристик. Обычно точка номинального режима расположена близко к точке холостого хода: n0 – nном = 3¸7% от n0.
Двигатели с последовательным возбуждением. Для получения механической характеристики полагаем, что в цепях возбуждения и якоря реостаты отсутствуют и Iя = Iв. При слабо насыщенной магнитной цепи можно допустить, что Ф ≈ KIв = KIя, где K = const. Подставив Ф в, получим M = CмKIя2; Iя = . Выразив n и подставив Iя, получим
n =E/CeФ = U – RяIя/CeКIя
Механическая характеристика ДПТ с последовательным возбуждением приведена на рис.26.6
Рис.26.6.Механическая характеристика ДПТ с последовательным воз буждением |
Механическая характеристика ДПТ с последовательным возбуждением нелинейна, является «мягкой», что свидетельствует об очень большом пусковом моменте. Из характеристики видно, что запрещается работа (пуск) двигателя без нагрузки (Mс= 0) или с очень малой нагрузкой (Mс << Mном), так как в результате недопустимо большого нарастания частоты вращения (двигатель идет «в разнос») наступает аварийное разрушение двигателя.
Двигатель со смешанным возбуждением. Наличие параллельной и последовательной обмоток возбуждения у двигателя приводит к тому, что механическая характеристика (кривая 3 на рис.26.7) располагается между характеристиками ДПТ с параллельным возбуждением (кривая 1 рис.26.7) и ДПТ с последовательным возбуждением (кривая 2 рис.26.7). Двигатель с такой характеристикой обладает значительным пусковым моментом и не допускает «разноса». Изменяя соотношение между МДС обмоток, можно приблизить характеристику к кривой 1 или 2.
Рис.26.7.Механическая характеристика ДПТ со
смешанным возбуждением