Естественные и искусственные электромеханические и механические характеристики ДПВ

Точное аналитическое выражение механической характеристики ДПВ дать трудно, т.к. Ф¹const, сложной является и зависимость момента от нагрузки. При номинальном токе магнитная цепь машины насыщена. Для получения достаточно подробного представления о характеристике двигателя воспользуемся кусочно-линейной аппроксимацией характеристики намагничивания.

Начальный участок кривой намагничивания (I_Я£0,3I_Н и М<0,15М_Н) с достаточной точностью можно аппроксимировать прямой . Тогда откуда . Подставив это в уравнение электромеханической характеристики, получим:

.

Отсюда следует, что при малых нагрузках механическая характеристика ДПВ имеет гиперболический характер. Второй участок линейной аппроксимации кривой намагничивания соответствует значениям I_Я до 1,3I_Н и М до 1,4М_Н. Для этого участка справедливы соотношения для потока при выражении через ток и через момент , где ; a₁ – коэффициент пропорциональности, а Ф₀ – поток остаточной индукции. Если подставить значения Ф в уравнение электромеханической характеристики, получим неявно выраженную гиперболу. При нагрузках когда I_Я>1,3I_Н, а М>1,4М_Н Ф остается практически постоянным и механическая характеристика двигателя приобретает линейный характер. Скорость двигателя уменьшается лишь за счет падения напряжения в якорной цепи.

При различных расчетах эл.приводов с ДПВ обычно применяются графические и графоаналитические методы с использованием экспериментальных зависимостей его скорости, момента, потока от тока якоря, учитывающих как насыщение, так и влияние реакции якоря. Эти зависимости приводятся в каталогах для каждого типа двигателей в абсолютных, а в справочниках – в относительных единицах в виде универсальных характеристик для двигателей до 10 и выше 10кВт(см. рис.).

Зная номинальные данные двигателя и пользуясь этими универсальными характеристиками можно, задаваясь различными значениями тока якоря, найти w и М по кривым и и построить естественную механическую характеристику двигателя . Однако нужно помнить, что это будет зависимость скорости от момента на валу.

При изменении напряжения на зажимах двигателя характеристики перемещаются вниз или

вверх по отношению к естественной. При увеличении сопротивления якорной цепи скорость двигателя уменьшается и характеристики смещаются вниз. Жесткость характеристик при этом уменьшается. Семейства механических характеристик, соответствующих различным напряжениям на зажимах двигателя и различным сопротивлениям якорной цепи изображены на рисунках. Из графиков видно, что скорость ДПВ при работе как на естественной, так и на искусственных характеристиках при увеличении нагрузки резко падает. Характеристики являются мягкими. Поэтому ДПВ непригодны для электроприводов, требующих постоянства скорости при меняющейся нагрузке.

При идеальном холостом ходе скорость двигателя теоретически может возрасти до бесконечности. В действительности всегда имеет место трение в подшипниках, о воздух и т.п. и есть поток остаточной индукции, составляющей (0,02¸0,09)Ф_Н. Поэтому скорость не возрастает до бесконечности, но может в 5¸7 раз превышать номинальную. Однако во избежание опасности разноса двигателя его с приводным механизмом нельзя соединять при помощи ременной и цепной передачи. Реверсирование ДПВ осуществляется путем изменения направления тока в якоре.Схема предшествующая реверсу, и схема реверса изображены на соответствующих рис. Для ограничения первоначального броска тока в якорную цепь должно быть введено добавочное сопротивление.

Тормозные режимы ДПВ

Двигатель последовательного возбуждения позволяют иметь в обычной схеме включения только 2 тормозных режима: противовключение и динамическое торможение. Торможения с рекуперацией энергии в сеть невозможно, т.к. у них ЭДС не может быть больше приложенного напряжения. Даже в идеальном случае, когда ток в якоре станет равным 0, ЭДС может стать лишь равной U сети.

Торможение противовключением является для ДВП основным тормозным режимом и широко применяется для грузоподъемных механизмов, механизмов передвижения и поворота.

Для перевода из двигательного режима, соответствующего подъему груза, в режим противовключения, соответствующий тормозному спуску, в цепь якоря вводится добавочное сопротивление. Момент двигателя становится меньше статического (см. т. В характеристики), подъем груза прекращается. Под действием М_С груз начинает опускаться, вращая якорь двигателя в обратном направлении. При скорости, соответствующей т.С, М двигателя сравняется с М_С и спуск будет происходить с постоянной скоростью. При изменении направления вращения ЭДС двигателя изменит знак и станет действовать согласно с напряжением сети. Ток якоря увеличится, а момент М по отношению к моменту М_С, создаваемому грузом, будет тормозным.

Для торможения противовключением механизмов с реактивным моментов сопротивления необходимо на ходу изменить полярность питания якоря, оставив без изменения направления тока в обмотке возбуждения согласно следующей схеме. Для ограничения первоначального броска тока и момента в цепь якоря должно быть введено значительное добавочное сопротивление, т.к. без него бросок тока может в 30-40 раз превышать номинальное значение.

Переход их двигательного в тормозной режим изображен на графике. При изменении полярности питания якоря двигатель переходит из т.А на характеристику в т.В и тормозится до остановки в т.С. Если после остановки его не отключить и момент двигателя в т.С больше М_С, двигатель будет разгоняться в противоположном направлении и новый установившийся режим наступит в т.Д.

Режим динамического торможения ДПВ может осуществляться 2-мя способами: с самовозбуждением и с независимым возбуждением. При торможении с самовозбуждением двигатель отключается от сети и замыкается на тормозное сопротивление. Двигатель работает в качестве генератора с самовозбуждением. Главным условием этого способа является наличие самовозбуждения. При вращении якоря за счет кинетической энергии механизма или груза в якоре от остаточного магнетизма будет наводится ЭДС. При правильном соединении обмотки якоря и обмотки возбуждения и соответствующем сопротивлении цепи якоря, ток, созданный наведенной ЭДС, усилит магнитный поток, а следовательно и ЭДС что приведет к дальнейшему увеличению тока. Это значит, что при переводе машины из двигательного режима в тормозной необходимо во избежания размагничивания машины переключить полярность якоря или обмотки возбуждения таким образом, чтобы ток в последней имел такое же направление, что и в режиме, предшествующему тормозному (см. схемы). Иначе самовозбуждения не произойдет.

Кроме того, чтобы возбуждение возникло, скорость двигателя должна быть достаточной и выполнялось условие: ЭДС якоря, определяемая величиной Ф и скоростью вращения была больше падения напряжения в сопротивлении тормозного контура, т.е. .

Возбудившись, машина создает тормозной момент. При некоторой скорости наступит равновесие. Режим работы двигателя определится точкой пересечения кривой при достигнутой скорости вращения с линией, характеризующей падение напряжения . Для каждой данной машины кривая лежит тем выше, чем больше скорость вращения, а наклон прямой тем больше, чем больше (см. рис.). Поэтому выполнение этого условия при данной скорости, а значит и работа в тормозном режиме, возможны лишь при R (а следовательно и Rm), меньших, чем значения, соответствующие прямой, касательной к кривой в начале координат. Для возможности торможения, при больших сопротивлениях цепи якоря необходимо увеличить скорость машины в режиме, предшествующем тормозному.

Наименьшая скорость, при которой машина еще может самовозбуждаться, будет иметь место при ее замыкании накоротко, т.е. при .

Скорость, при которой самовозбуждения уже не произойдет, называется критической. Ей соответствует сопротивление, также называемое критическим: .

Семейство электромеханических и механических характеристик, соответствующих различным значениям тормозного сопротивления, изображено на графиках. Из них видно, что при каждом данном Rm торможение осуществляется в относительно узкой зоне скоростей. С целью торможения до достаточно малых скоростей необходимо по мере снижения скорости уменьшать Rm.

Обычно динамическое торможение ДПВ осуществляется с независимым возбуждением. В этом случае якорь двигателя замыкается на тормозное сопротивление, а обмотка возбуждения подключается к сети через сопротивление как изображено на рис., ограничивающее ток в ней до номинальной величины. Т.к. в этом случае двигатель работает генератором с независимым возбуждением, его характеристики подобны характеристикам ДНВ при динамическом торможении и приведены на графике. Все они пересекаются в начале координат.

Следует отметить, что динамическое торможение с самовозбуждением используется как аварийное.