Графическое изображение электромеханической характеристики

Практическая работа №1

Тема: Расчет и построение механических характеристик ДПТНВ. (Выбор резистора)

Графическое изображение электромеханической характеристики

Из пропорциональной связи между Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru и Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru следует, что графики механической и электромеханической характеристик ДПТ с НВ при соответствующем масштабировании по оси абсцисс величин Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru и Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru совпадают, поэтому часто обозначение оси абсцисс приводится как Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru .

Из анализа уравнения электромеханической характеристики (3.2) следует, что она может быть представлена прямой линией (рис. 3.2) при неизменных Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru , Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru и Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru .

Если Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru и Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru , то электромеханическая характеристика называется естественной. При изменении хотя бы одного из указанных параметров электромеханическая характеристика называется искусственной. Таким образом, ДПТ с НВ обладает лишь одной естественной характеристикой и множеством искусственных.

Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru

Рис. 3.2. Механические (электромеханические) характеристики ДПТ с НВ в двигательном режиме при различных значениях добавочного сопротивления Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru < Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru .

3.2.2. Анализ уравнений электромеханической характеристики

Скорость холостого хода

При Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru имеет место режим идеального холостого хода и при этом

Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru (3.3)

Ток короткого замыкания

С увеличением нагрузки на валу ДПТ возрастает и ток якоря Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru , т.к. Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru , а это в свою очередь ведет к снижению Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru . Если к якорю подведено напряжение, то при Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru имеет место режим короткого замыкания, при котором, как следует из (3.2), ток короткого замыкания (называемый также пусковым током)

Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru . (3.4)

Максимальное значение тока короткого замыкания имеет место при Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru , когда Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru , и оно может в десятки раз превышать величину номинального значения Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru тока якоря двигателя, т. к. Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru величина сравнительно малая.

Реально режим короткого замыкания имеет место кратковременно, при пуске двигателя и при стопорении двигателя моментом сопротивления.

Ограничение величины Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru

При прямом пуске двигателя значения тока Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru , поэтому якорная обмотка может быстро перегреться и выйти из строя. Кроме того, большие токи негативно влияют и на работоспособность щеточно-коллекторного узла.

Это обуславливает необходимость ограничения Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru до допустимой величины либо введением дополнительного сопротивлений в якорную цепь Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru , либо уменьшением значения питающего напряжения Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru .

Величина максимально допустимого тока Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru определяется коэффициентом перегрузки по току

Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru , (3.5)

обычно принимающим значения от 2 до 5, в зависимости от типа двигателя.

Максимально допустимый ток короткого замыкания должен соответствовать неравенству

Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru . (3.6)

Для микродвигателей обычно осуществляется прямой пуск без добавочных сопротивлений, но с ростом габаритов ДПТ необходимо производить реостатный пуск, особенно если привод с ДПТ используется в напряженных режимах с частыми пусками и торможениями.

Практически следует помнить, что, если не ограничивать пусковые токи, то частыми пусками можно сжечь обмотку якоря ДПТ.

С введением Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru в цепь якоря жесткость электромеханической характеристики уменьшается, что и видно на рис. 3.2.

3.3. Уравнение механической характеристики ДПТ с НВ

С учетом третьего уравнения в (4.1) уравнение (3.2) можно переписать в виде зависимости Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru - которая представляет собой механическую характеристику ДПТ:

Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru (3.7)

Данное уравнение определяет зависимость угловой скорости вращения от момента на валу двигателя. Т.к. в статике вращающий момент Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru равен моменту сопротивления Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru на налу ДПТ, то это уравнение определяет зависимость Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru от Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru .

Следует отметить, что величина электромагнитного момента Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru превышает выходной момент на валу на величину, соответствующую потерям в стали и механическим потерям от трения, но в большинстве практических расчетов указанными потерями можно пренебречь.

Коэффициент пропорциональности Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru можно считать постоянным для тех ДПТ с НВ, у которых имеются компенсационные обмотки или в случае, когда можно пренебречь влиянием реакции якоря на величину Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru . В общем же случае влияние поперечной реакции якоря на величину магнитного потока Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru ведет к нарушению линейности механической характеристики по мере увеличения тока.

3.3.1. Графическое изображение механической характеристики

Из выражения (3.7) следует, что графически механическая характеристика ДПТ с НВ может быть представлена прямой линией с двумя характерными точками - скоростью холостого хода и моментом короткого замыкания Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru , который также называется пусковым. Величина Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru определяется по формуле

Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru (3.8)

C введением добавочного сопротивления Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru в цепь якоря жесткость механических характеристик также падает, что с успехом используется при регулировании скорости вращения ДПТ.

По аналогии с электромеханическими характеристиками различают естественную и искусственные механические характеристики.

Уравнения механической характеристики можно переписать в виде

Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru , (3.9)

где Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru .

3.4. Способы регулирования угловой скорости вращения

Из уравнения механической характеристики (3.7) следует, что принципиально Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru может регулироваться изменением Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru , Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru и Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru .

Следует отметить, что естественный перепад угловой скорости вращения с увеличением нагрузки Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru не входит в понятие регулирования Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru .

Диапазон регулирования скорости вращения

Одним из основных параметров, характеризующих способы регулирования угловой скорости вращения, является диапазон регулирования Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru . который в электроприводе определяется как отношение максимальной скорости вращения Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru к минимальной Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru :

Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru . (3.10)

Как правило, диапазон регулирования представляют в числах в виде соотношения, например, 100:1 и т. п. Естественно диапазон регулирования увязывается с требуемой стабильностью скорости при заданном отклонении момента.

Регулирование скорости вращения изменением питающего напряжения

Как следует из выражения (3.7) при изменении питающего напряжения можно получить семейство параллельных механических характеристик (рис. 3.3).

Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru

Рис. 3.3. Механические характеристики ДПТ с НВ при различных напряжениях на якоре: Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru

Фактически имеется возможность только уменьшать напряжение питания якоря относительно его номинального значения Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru , т.е. возможно регулировать угловую скорость вращения только вниз от основной (соответствующей естественной характеристике). Это обусловлено тем, что уже на стадии своего проектирования ДПТ рассчитывается на конкретное номинальное напряжение, превышение которого может привести к пробою изоляции.

3.4.1. Реостатное регулирование угловой скорости вращения ДПТ с НВ

Это один из простейших способов регулирования угловой скорости вращения. Схема его реализации представлена на рис. 3.1.

Из уравнения механической характеристики (3.7) следует, что при постоянном моменте сопротивления Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru на валу можно получить различные установившиеся значения угловой скорости вращения ниже основной.

Жесткость механических характеристик уменьшается с увеличением величины добавочного сопротивления Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru .

Диапазон регулирования скорости практически не превышает 2:1. Способ характеризуется большими тепловыми потерями на добавочном сопротивлении Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru .

3.4.2. Регулирование угловой скорости вращения изменением потока возбуждения ДПТ с НВ

При введении добавочного сопротивления Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru (рис. 3.1) в цепь обмотки возбуждения можно изменять величину магнитного потока двигателя Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru в сторону уменьшения от его номинального значения, которое достигается при Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru = 0.

Как следует из уравнения электромеханической характеристики (3.2) для различных значений потока Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru можно получить семейство электромеханических характеристик, представленное на рис. 3.4.

Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru

Рис. 3.4. Электромеханические характеристики при различных потоках возбуждения: Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru > Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru > Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru

Угловая скорость вращения идеального холостого хода определяется выражением (3.4).

На рис. 4.4 нижняя характеристика соответствует номинальному потоку возбуждения Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru . Если при этом добавочное сопротивление в якорной цепи Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru и якорь запитывается номинальным напряжением Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru , то эта характеристика будет естественной. При уменьшении величины потока возбуждения угловые скорости вращения холостого хода возрастают в соответствии с выражением (3.4). Ток короткого замыкания при этом остается неизменным.

Пусковой момент определяется выражением (3.4), поэтому с уменьшением величины потока возбуждения Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru уменьшается и соответствующий пусковой момент Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru .

На рис. 3.5 представлены механические характеристики для различных значений потоков.

Практически этот способ используется только для регулирования угловой скорости вращения вверх от основной.

Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru

Рис. 3.5. Механические характеристики ДПТ при различных потоках возбуждения: Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru > Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru > Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru

Экономически целесообразно регулировать угловую скорость вращения при токе якоря равном номинальному, но при этом номинальные значения моментов будут различными для различных значений величины потока Графическое изображение электромеханической характеристики - student2.ru .

Точки, соответствующие номинальным моментам двигателя будут лежать на гиперболической кривой, обозначенной пунктирной линией на рис. 3.5.

Из этого следует, что целесообразная при таком способе регулирования нагрузка должна характеризоваться нелинейно спадающей механической характеристикой.

Диапазон регулирования для двигателей специального исполнения может достигать 10:1, но обычно составляет 2:1.

Наши рекомендации