Двигатели постоянного тока и их характеристики

В зависимости от способа подключения обмотки возбуждения к обмотке якоря различают следующие типы: параллельного, последовательного, смешанного возбужденя.

Рассмотрим двигатель параллельного возбуждения.

Полная электрическая мощность, подводимая к двигателю из сети, равна

,
где – напряжение на зажимах двигателя; – ток, потребляемый двигателем из сети; – ток в якоре; – ток возбуждения.

Часть мощности тратится на покрытие потерь в цепи возбуждения и потерь в цени якоря . Остальная мощность преобразуется в электромагнитную мощность . Следовательно,

.
Полезная механическая мощность , отдаваемая двигателем, меньше электромагнитной мощности на величину потерь холостого хода :

.

ЭДС , индуцируемая в обмотке якоря двигателя при его вращении, называется обратной ЭДС, поскольку направлена встречно относительно тока (мощность потребляется).

В установившемся режиме работы двигателя ток якоря , магнитный поток и частота вращения постоянны. В двигателе существуют две обратные ЭДС: и , причем

.
Заменив в последнем уравнении и выразив угловую скорость вращения, получим механическую характеристику двигателя:

или .

Уравнение ЭДС двигателя (получено из формулы для электромагнитной мощности или умножением последнего выражения на ):

,
где – подводимая к якорю мощность; и – составляющие этой мощности.

Электромагнитная мощность преобразуется в механическую мощность; мощность расходуется на покрытие потерь в цепи якоря.

В установившемся режиме работы (при ) в двигателе действуют три момента:

– вращающий электромагнитный момент М;

– полезный тормозной момент нагрузки ;

– тормозной момент при холостом ходе (потери в обмотках и на трение).

Закон равновесия моментов:

.

При вращающий момент двигателя содержит динамический момент , обусловленный моментом инерции J всех вращающихся масс:

.

Свойства двигателей постоянного тока определяются по совокупности пусковых, рабочих и регулировочных характеристик.

Пусковые характеристики определяют пусковую операцию от момента пуска двигателя до момента перехода к установившемуся режиму работы. К кусковым характеристикам относятся пусковой ток , пусковой момент , время пуска , экономичность пуска (энергозатраты), стоимость и надежностью пусковой аппаратуры.

Рабочие характеристики определяют свойства двигателя при установившемся режиме работы: зависимости , , от мощности .

Регулировочные характеристики определяют свойства двигателей при регулировании частоты вращения: пределы регулирования по частоте вращения; экономичность регулирования с точки зрения первоначальных затрат на оборудование и последующих эксплуатационных расходов; характер регулирования – плавный или ступенчатый, простота и надежность регулировочной аппаратуры и операций по регулированию частоты вращения.

Способы пуска двигателей: прямое включение, реостатный способ пуска (с реостатом в цепя якоря), изменение подводимого к двигателю при пуске напряжения.

Прямой пуск самый простой и дешевый, осуществляется прямым включением двигателя на полное напряжение сети. Недостатком способа являются значительные пусковые токи, опасность возникновения кругового огня по коллектору, значительное падение напряжения в питающей сети.

Реостатный пуск применяют для снижения броска тока при пуске.

В установках большой мощности (свыше 200 кВт) пусковой реостат не используется из-за значительных потерь энергии. Применяют безреостатный пуск путем изменения подводимого напряжения.

Напряжение двигателя при регулировании частоты вращения:

,
где – падение напряжения на регулировочном реостате. Или

.

Откуда

.

Таким образом, частоту вращения двигателей постоянного тока можно регулировать тремя способами: изменением напряжения сети , реостатом в цепи якоря , потоком возбуждения Ф.

Двигатель последовательного возбуждения. Способы регулирования частоты вращения двигателя последовательного возбуждения: изменение потока Ф; шунтирование обмотки возбуждения; шунтирование обмотки якоря.

Рис. 4.27. Механические характеристики двигателя последовательного возбуждения в сравнении с характеристиками двигателей постоянного тока других типов возбуждения.

Механическая характеристика таких двигателей в линейном приближении определяется выражением:

,
где k – коэффициент пропорциональности магнитного потока и тока возбуждения линейной части характеристики холостого хода двигателя, см. рисунок 4.27.

Тормозные режимы двигателей: генераторное торможение (при ускорении двигателя); торможение противовключением; динамическое торможение (отключения якоря от сети и замыкание его на реостат), рисунок 4.28.

Рис. 4.28. Механические характеристики торможения двигателя параллельного возбуждения: 1 – естественная; 2 и 3 – при различных регулировочных сопротивлениях.

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

Лабораторная работа №1.
Исследование однофазного трансформатора

Цель работы

Ознакомиться с устройством и принципом действия однофазного трансформатора; определить коэффициент трансформации, потери в трансформаторе; снять рабочие характеристики; определить параметры схемы замещения.