Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электромеханические характеристики двигателей постоянного тока

Электромеханические характеристики двигателей постоянного тока

Электромеханическая характеристика представляет собой графическую зависимость частоты вращения и вращающего момента от тока якоря, при условии, что напряжение, прикладываемое к двигателю, не изменяется. Ток якоря изменяется за счёт изменения механической нагрузки на валу якоря (по закону саморегулирования).

3.6.1 ШУНТОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ.

Так как напряжение, подаваемое на ТЭД, постоянное, то ток возбуждения и магнитный поток тоже постоянны. Поэтому при увеличении механической нагрузки на валу ток якоря увеличивается, и прямо пропорционально ему будет увеличиваться вращающий момент. Частота вращения будет уменьшаться незначительно, так как сопротивление якоря мало и падение напряжения на якорной обмотке будет увеличиваться незначительно. Такая характеристика частоты вращения называется жёсткой. Если частота вращения достигнет критической точки, то противоЭДС сравняется с напряжением, а сила тока на якорной обмотке будет равна нулю. При дальнейшем увеличении частоты вращения электродвигатель автоматически перейдёт в генераторный тормозной режим.

3.6.2. СЕРИЕСНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ.

Так как ток возбуждения равен току якоря, то при увеличении тока якоря будет увеличиваться ток возбуждения и магнитный поток. Поэтому вращающий момент такого двигателя зависит от квадрата тока якоря (если ток якоря увеличится в 2 раза, то и магнитный поток увеличится в 2 раза, соответственно вращающий момент увеличится в 4 раза). Такая зависимость сохраняется до магнитного насыщения полюсов машины. При дальнейшем увеличении тока якоря свыше тока насыщения вращающий момент будет увеличиваться прямо пропорционально от тока якоря.

При увеличении механической нагрузки на валу, частота вращения будет значительно уменьшаться в основном из-за увеличения магнитного потока и частично из-за увеличения падения напряжения в обмотке якоря. При достижении магнитного насыщения полюсов дальнейшее уменьшение частоты вращения будет незначительным, только за счёт падения напряжения в обмотке якоря. Такая характеристика частоты вращения называется мягкой. При уменьшении момента сопротивления частота вращения увеличивается и если момент сопротивления будет мал, то она увеличится резко. Но так как мал магнитный поток, то он не может быть больше напряжения и двигатель не сможет автоматически перейти в генераторный режим. Поэтому такой двигатель запрещается запускать без механической нагрузки на валу, иначе он пойдёт вразнос.

Реакция якоря.

Линия, проведённая перпендикулярно оси полюсов через середину расстояния между ними называется геометрической нейтралью.

Линия, проведённая перпендикулярно магнитному потоку полюсов и проведённая через середину расстояния между полюсами называетсяфизической нейтралью.

При отсутствии тока в обмотке якоря физическая и геометрическая нейтрали совпадают.

При протекании тока по виткам якоря они создают магнитное поле вокруг себя. Воздействие магнитного поля якоря на магнитное поле полюсов машины называется реакцией якоря. В результате реакции якоря основное магнитное поле машины искажается и происходит сдвиг физической нейтрали относительно геометрической.

Это приводит к появлению следующих вредных последствий:

1) Размагничивающее действие реакции якоря.

Так как под одним краем полюса магнитное поле усиливается, то под другим уменьшается. Там, где оно усиливается — происходит магнитное насыщение, а где магнитное поле ослабло (причём в большей степени, чем произошло усиление) – размагничивание. Общее магнитное поле уменьшается и уменьшается вращающий момент у тяговых двигателей или ЭДС, если это генератор.

2) Увеличивается вероятность возникновения кругового огня по коллектору.

Так как в витке, проходящем через сгущение магнитных силовых линий, индуктируется большая ЭДС, то увеличивается напряжение между двумя коллекторными пластинами, к которым подсоединяется данный виток, и изоляция между этими коллекторными пластинами может быть пробита. А так как все витки проходят через сгущение магнитных силовых линий, то множество элементарных дуг могут замкнуть две разноимённые щётки между собой. Тогда возникнет мощная электрическая дуга, которая называется круговым огнём по коллектору.

3) Вредные последствия ухудшения коммутации.

Активные стороны той секции, которая замыкается щёткой, лежат на геометрической нейтрали. Из-за реакции якоря в этой секции индуктируется ЭДС вращения, которая увеличивает искрение под щётками.

Машины постоянного тока. Электродвигатели и генераторы.

1. Особенности коллекторных машин постоянного тока

Коллекторные машины — это в основном машины постоянного тока. Они выпускаются мощностью от долей ватта до десятков тысяч киловатт. Коллекторные машины переменного тока находят применение в качестве приводных двигателей лишь для узкого круга специальных механизмов небольшой мощности, например как приводы некоторых бытовых приборов, электрифицированного ручного инструмента, медицинского оборудования, т. е. в тех случаях, когда для питания двигателей используется однофазный и реже трехфазный переменный ток, а характеристики асинхронных машин не удовлетворяют требованиям приводного механизма.
Коллекторные машины постоянного тока используются как двигатели и как генераторы. В промышленности более распространены двигатели, что объясняется все возрастающим применением различных статических выпрямителей, обеспечивающих промышленные установки энергией постоянного тока.
Широкое распространение электродвигателей постоянного тока несмотря на их более высокую стоимость и сложность эксплуатации по сравнению с асинхронными двигателями, объясняется в первую очередь простыми и надежными способами регулирования частоты вращения, большими пусковыми моментами и перегрузочной способностью, чем у двигателей переменного тока. Наибольшее распространение двигатели постоянного тока получили в приводах, требующих глубокого регулирования частоты вращения (металлургическая промышленность, транспорт и т. п.).

2. Основные элементы конструкции машин постоянного тока^

Рис. 1. Двигатель постоянного тока серии 2П:
1 — тахогенератор; 2 — траверса; 3 — коллектор; 4 — станина; 5 — якорь; 6 — главный полюс; 7 — добавочный полюс;

Основными конструктивными элементами машин постоянного тока (рис. 1) являются станина с закрепленными на ней главными и добавочными полюсами, вращающийся якорь с обмоткой и коллектором и щеточный аппарат. В машинах малой и средней мощностей станина одновременно служит и корпусом, к которому крепятся лапы для установки машины, и частью магнитопровода. По ней замыкается магнитный поток. В большинстве машин станина выполнена массивной, из стальных труб, либо сварной из листов конструкционной стали. В ряде машин станину выполняют шихтованной.
К внутренней поверхности станины крепят главные и добавочные полюсы. Сердечники главных полюсов массивные либо набраны из листов стали толщиной 1 — 2 мм. Сердечники добавочных полюсов, как правило, массивные. На главных полюсах располагаются обмотки возбуждения; их МДС создают рабочий поток машины. Обмотки добавочных полюсов, расположенных по поперечным осям машины, служат для обеспечения нормальной коммутации.
Магнитопровод якоря шихтуется из листов электротехнической стали. В машинах малой мощности сердечник якоря насаживается непосредственно на вал со шпонкой и фиксируется в осевом направлении буртиком вала и кольцевой шпонкой. С торцов якоря для предотвращения распушения листов во время работы установлены нажимные шайбы, совмещенные с обмоткодержателями.
Обмотки якорей двухслойные. В машинах мощностью до 15 — 20 кВт они выполнены из круглого провода и уложены в полузакрытые пазы. В пазовых частях обмотка крепится пазовыми клиньями, в лобовых — бандажами из стеклоленты или немагнитной стальной проволоки, которые прижимают их к обмоткодержателям. В машинах большой мощности катушки обмотки якоря наматывают из прямоугольного провода и укладывают в открытые пазы. Крепление обмотки либо такое же, как и в машинах малой мощности, т. е. клиньями в пазовой и бандажами в лобовой части, либо бандажами и в пазовой, и в лобовой части. Выводные концы каждой секции обмотки впаиваются в прорези коллекторных пластин.
Коллекторы в большинстве машин общего назначения цилиндрические. Торцевые коллекторы применяют лишь в некоторых машинах малой мощности специального назначения. Во всех цилиндрических коллекторах пластины имеют клиновидную форму с углом наклона, при котором пластины, собранные в кольцо, плотно прилегают друг к другу боковыми поверхностями и зажимают миканитовую изоляцию (рис. 2). Наибольшее распространение получили коллекторы, в которых пластины удерживаются в сжатом состоянии металлическими нажимными конусами (рис. 3) либо опрессовкой в пластмассу (рис. 4).

Читать еще:  Все о форд фокус 2 2008 сколько масла в двигателе

Рис. 2. Положение коллекторных пластин в цилиндрических коллекторах:
1 — пластины коллектора; 2 — изоляция между пластинами; Р — сила давления нажимных конусов; Р, — сила арочного распора

В коллекторах с нажимными конусами пластины закрепляются передвижением переднего нажимного конуса по втулке коллектора. При этом создается давление на нижнюю часть ласточкина хвоста пластин и возникает арочный распор (рис. 2). Такие коллекторы называют арочными. Пластины коллектора с расположенными между ними изоляционными прокладками образуют монолитное кольцо. Нажимные конусы изолируют от пластин миканитовыми фигурными прокладками — манжетами, имеющими большую механическую прочность.

Рис. 3. Коллектор с нажимными конусами:
1 — передний нажимной конус; 2 — пластины коллектора ; 3 — втулка коллектора; 4 — изоляционная манжета; 5 —задний нажимной конус

Коллекторы на пластмассе более просты в изготовлении, но в силу меньшей механической прочности и надежности не применяются в машинах большой мощности.
В некоторых быстроходных машинах, например в возбудителях турбогенераторов, из-за больших центробежных сил, действующих на пластины коллектора, прочность их крепления с помощью ласточкиных хвостов оказывается недостаточной и коллекторные пластины крепят на втулку с помощью внешних бандажных колец (рис. 5).

Рис. 5. Принципиальная конструкция коллектора с бандажными кольцами:
1 — изоляция под бандажными кольцами; 2 — бандажные кольца; 3 — пластины коллектора; 4 — втулка коллектора

Щетки коллекторных машин устанавливают в щеткодержатели, закрепленные на щеточных пальцах, причем на каждом щеточном пальце может быть установлено по нескольку щеткодержателей и щеток, соединенных между собой параллельно. Число щеток и их размеры определяются номинальным током машины. Число щеточных пальцев должно быть равно числу полюсов машины. Двигатели с волновой обмоткой на якоре при отсутствии места для установки полного комплекта щеточных пальцев допускают установку неполного числа щеточных пальцев, что используется в некоторых конструкциях тяговых двигателей. Щеточные пальцы укреплены на траверсе, которая допускает поворот на некоторый угол вокруг оси машины для регулирования положения щеток на коллекторе.
В последние годы получают распространение бесколлекторные двигатели постоянного тока, в которых механический преобразователь тока — коллектор со щеточным аппаратом — заменен вентильным коммутатором. Вентильные двигатели имеют широкий диапазон регулирования частоты вращения и не имеют недостатков, связанных с работой скользящих контактов коллектор—щетки, характерных для коллекторных машин постоянного тока.

3. Характеристики машин постоянного тока.
Машины постоянного тока по своим характеристикам определяются системой возбуждения: независимой, параллельной, последовательной или смешанной.

При независимой системе возбуждения обмотка возбуждения питается от постороннего источника постоянного тока и ток возбуждения не зависит от режима работы и нагрузки машины. Генераторы с независимой системой возбуждения допускают регулирование напряжения практически от нуля до номинального. Изменение напряжения при увеличении нагрузки определяется только размагничивающим действием реакции якоря и увеличением падения напряжения на сопротивлении якорной цепи.
Ток параллельной обмотки возбуждения генераторов с самовозбуждением меняется в зависимости от напряжения на выводах генератора и уменьшается с ростом нагрузки из-за размагничивающего действия реакции якоря, что в свою очередь приводит к добавочному увеличению падения напряжения. За счет этого номинальное падение напряжения генераторов с параллельным возбуждением больше, чем генераторов с независимым возбуждением.
В генераторах со смешанной системой возбуждения при согласном включении параллельной и последовательной обмоток поток стабилизируется, так как размагничивающее действие реакции якоря компенсируется изменением МДС последовательной обмотки, пропорциональным току нагрузки. Последовательную обмотку таких машин называют стабилизирующей. Номинальное падение напряжения генераторов со стабилизирующей обмоткой мало. Некоторые генераторы выполнены со стабилизирующей обмоткой, при которой обеспечивается равенство 7НОМ = (7Х|Х (где 1/Х]Х — напряжение холостого хода).

При встречном включении параллельной и последовательной обмоток возбуждения напряжение на выводах генератора резко падает с увеличением тока нагрузки. Такие системы возбуждения находят применение в сварочных генераторах постоянного тока.
В двигателях параллельного возбуждения размагничивающее действие реакции якоря может вызвать неустойчивую работу, так как уменьшение потока с ростом нагрузки из-за действия реакции якоря при малом суммарном сопротивлении якорной цепи приводит к увеличению частоты вращения двигателя. Поэтому в большинстве двигателей средней и во всех двигателях большой мощности помимо параллельной устанавливается последовательная обмотка возбуждения, стабилизирующая магнитный поток и придающая устойчивость механической характеристике (рис. 7, а).

Рис. 7. Механические характеристики двигателей постоянного тока:
а — смешанного возбуждения; б — последовательного возбуждения

Механические характеристики двигателей с последовательным возбуждением (рис. 7,б) имеют специфический «падающий» характер. Двигатели с последовательным возбуждением используются в приводах, требующих больших пусковых моментов и устойчивой работы при малых частотах вращения.

4. Регулирование частоты вращения машин постоянного тока.

Частота вращения двигателя при неизменной нагрузке может быть изменена регулированием питающего напряжения U, включением последовательно с якорем дополнительного регулировочного резистора и изменением магнитного потока машины (изменением тока возбуждения). В практике применяются все три способа регулирования.
Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения встречает трудности, связанные со сложностью преобразования напряжения постоянного тока. Для этой цели либо применяют статические преобразователи напряжения, либо питают двигатель от отдельного генератора постоянного тока, допускающего плавное регулирование напряжения (система генератор — двигатель). Такие системы применяют лишь для отдельных специальных приводов, требующих регулирования частоты вращения по сложной программе, например для главных двигателей прокатных станов.
Регулирование частоты вращения потоком является наиболее экономичным способом, так как потери в регулировочных резисторах, включаемых для этой цели последовательно с обмоткой возбуждения, невелики из-за малого тока возбуждения.
Однако этот способ позволяет лишь увеличивать частоту вращения двигателей по сравнению с номинальной. Такой способ регулирования предусмотрен для всех серийных двигателей постоянного тока.
Включение добавочного резистора в цепь якоря дает возможность плавно регулировать частоту вращения, но сопряжено с большими потерями в регулировочном реостате, по которому проходит полный ток нагрузки. Этот способ используется, например, для регулирования частоты вращения тяговых двигателей.
В современных системах регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока применяются тиристорные схемы, позволяющие осуществить регулирование частоты вращения в широких пределах по заданной программе. Датчиками частоты вращения для осуществления обратной связи при регулировании могут быть тахогенераторы, размещенные на валу якоря двигателя (рис. 1).

5. Коммутация машин постоянного тока

Коммутация машин постоянного тока, т. е. изменение направления тока в секциях обмотки якоря при переходе секций от одного полюсного деления к другому, происходит при кратковременном замыкании их щетками на пластинах коллектора. При коммутации в короткозамкнутых секциях возникают реактивная ЭДС и ЭДС вращения, наводимая потоком реакции якоря, магнитные силовые линии которого пронизывают замкнутые при коммутации секции. При движении коллектора в момент отхода пластины коллектора от замыкающей данную секцию щетки происходит разрыв цепи (замкнутой секции), имеющей индуктивное сопротивление, и возникает искрение между сбегающим краем щетки и коллекторной пластиной. При неудовлетворительной коммутации искрение может быть значительным и может привести к местному повреждению коллектора, что в свою очередь ухудшает переходный контакт щетка—коллектор и усиливает искрение. Качество коммутации машины постоянного тока оценивается по интенсивности искрения на коллекторе (табл. 1).
Для улучшения коммутации во всех машинах постоянного тока, кроме машин малой мощности, устанавливают добавочные полюсы, МДС которых компенсирует МДС реакции якоря по поперечной оси машины, т. е. в зоне расположения коммутируемых секций. Кроме того, поток, создаваемый обмоткой добавочных полюсов, наводит в замкнутых при коммутации секциях ЭДС, несколько превышающую реактивную ЭДС секций и направленную ей навстречу. Коммутация машины при этих условиях становится прямолинейной или даже ускоренной. Напряжение под сбегающим краем щеток уменьшается до весьма малых значений и искрение под щетками становится не опасным для работы машины.
В крупных машинах постоянного тока кроме добавочных полюсов в пазах на наконечниках главных полюсов располагают компенсационную обмотку . Компенсационная обмотка предназначена для компенсации воздействия реакции якоря на поток возбуждения по продольной оси. Уменьшение влияния реакции якоря позволяет выполнять машины с уменьшенным воздушным зазором и улучшить их коммутацию.

Читать еще:  Датчик температуры двигателя для пежо 408

Таблица 1. Оценка степени искрения под сбегающим краем щеток по ГОСТ 183-74

Электродвигатели постоянного тока и их характеристики

В зависимости от способа соединения обмотки якоря и обмотки возбуждения различают двигатели параллельного, последовательного и смешанного возбуждения.

Двигатель параллельного возбуждения. До включения рубильника Р (рис. 157) необходимо поставить сопротивление пускового реостата R2 на максимум и сопротивление регулировочного реостата R1 на нуль. После включения в сеть якорь двигателя начнет вращаться, и по мере увеличения частоты вращения сопротивление пускового реостата постепенно уменьшают.

Рабочие характеристики двигателя (рис. 158, а) выражают зависимость частоты вращения п, вращающего момента М, тока 1 и к. п. д. т] от развиваемой двигателем полезной мощности Р2 при неизменном напряжении сети. Частота вращения якоря двигателя п = (U — — — 1Ягя)/(СФ).

При постоянном напряжении U ток возбуждения двигателя не меняется, но магнитный поток с увеличением нагрузки немного уменьшается из-за реакции якоря. С другой стороны, с увеличением нагрузки возрастает ток 1я и внутреннее падение напряжения Uя = 1ягя. Уменьшение магнитного потока увеличивает частоту вращения якоря, а увеличение падения напряжения в обмотке якоря уменьшает ее. У двигателя параллельного возбуждения преобладает последняя причина, поэтому частота его вращения с увеличением нагрузки от нуля до номинальной уменьшается на 5-10%.

Полезная мощность, развиваемая двигателем, Р2=М2пп/60, тогда вращающий момент М = 30Р2І (пп).

При постоянной частоте вращения двигателя п вращающий момент М был бы прямо пропорционален мощности Р2 и зависимость M=f(P2) имела бы вид прямой, проходящей через начало координат. В действительности частота вращения двигателя с увеличе нием нагрузки немного снижается и машина имеет момент холостого хода М. Следовательно, кривая M=f(P2) отклоняется от прямой вверх и начинается с ординаты М. Увеличение тока практически пропорционально полезной мощности двигателя Р2. С увеличением нагрузки к.п.д. двигателя быстро растет и достигает предельного значения 0,8-0,9 при нагрузке, близкой к PJ2, оставаясь в дальнейшем почти постоянным. Чтобы с увеличением нагрузки частота вращения двигателя была постоянной, следует уменьшить магнитный поток двигателя, уменьшая ток возбуждения регулировочным реостатом.

Регулировочная характеристика выражает зависимость тока возбуждения 1в от тока якоря 1я (рис. 158, б) при постоянном напряжении U и частоте вращения п, т. е. 1в 1 (/я) при U — const и п ¦ — const. Эта характеристика показывает, как следует регулировать ток возбуждения, чтобы при различных нагрузках частота вращения двигателя оставалась неизменной.

Электродвигатели параллельного возбуждения применяют в тех случаях, когда при переменной нагрузке требуется, чтобы частота вращения оставалась постоянной и была возможность ее плавной регулировки. Электродвигатель параллельного возбуждения типа СЛ-571К применяют в автоматических шлагбаумах, ограждающих железнодорожные переезды со стороны автомобильных дорог. Такой двигатель имеет номинальную мощность 95 Вт при напряжении 24 В и токе 7 А, частота вращения якоря двигателя 2200 об/мин.

Двигатель последовательного возбуждения (рис. 159). Обмотка возбуждения OB, обмотка якоря Я и пусковой реостат R соединены последовательно. Запуск двигателя последовательного возбуждения следует осуществлять с нагрузкой, которая должна быть не менее 20-25% номинальной вследствие того, что ток возбуждения 1в равен току якоря 1я. При холостом ходе или малых нагрузках потребляемый ток небольшой, следовательно, незначителен и магнитный по ток Ф, а частота вращения двигателя п — U — 1яя + гъ)/(СФ) достигает опасного значения. Во избежание разноса при внезапной разгрузке для этих двигателей применяют зубчатую передачу или непосредственное соединение вала двигателя с рабочим механизмом.

Рабочие характеристики двигателя последовательного возбуждения (рис. 159, б) имеют две особенности при увеличении нагрузки: резко снижается частота вращения п — U — 1яя 4 1^/(СФ); и резко увеличивается вращающий момент М = СМ/ЯФ = См/яСм1/я = = См2/1, где Сы1 — коэффициент пропорциональности магнитного потока и тока до насыщения стали, а постоянный коэффициент См2 =

Свойства двигателей последовательного возбуждения развивать большие вращающие моменты, приблизительно пропорциональные квадрату тока при малых частотах вращения якоря и, наоборот, малые вращающие моменты при больших частотах вращения обусловливают их применение в подъемных механизмах, электровозах и тепловозах. Частоту вращения двигателя последовательного возбуждения обычно регулируют реостатом, включенным параллельно обмотке возбуждения.

Двигатели последовательного возбуждения типа МСП устанавливают в стрелочных электроприводах, предназначенных для дистанционного управления стрелками при электрической, диспетчерской и горочной централизации. Электрические характеристики этих двигателей приведены в табл. 10.

Электродвигатели типа МСП — двигатели закрытого типа, двухполюсные реверсивные, работают в повторно-кратковременном режиме. Для реверсирования имеют две обмотки возбуждения OBI и ОВ2 (рис. 160). При включении первой обмотки якорь двигателя вращается в прямом направлении, а при включении второй обмотки — в обратном. Электродвигатели типа МСП-0,1 устанавливают в электроприводах, предназначенных для перевода стрелок легких типов. В новых разработках эти двигатели не применяют. Электродвигатели типов

Характеристики машин постоянного тока

Рассмотрим лишь основные характеристики, которые необходимы как для технической эксплуатации, так и для правильного обеспечения действующих и проектируемых электрифицированных технологических процессов.

Рабочие характеристики ДПТ — зависимости скорости вращения ω, электромагнитного вращающего момента М, тока якоря Iа и КПД η от мощности на валу — нагрузки Р со стороны рабочей машины (рис.1.4) при неизменных значениях U и IB . На рисунке представлены рабочие характеристики двигателя параллельного возбуждения. Из рисунка видно, что работа ДПТ с малой нагрузкой Рx не экономична.

Рис.1.4 Рабочие характеристики машины постоянного тока в двигательном режиме

Механические характеристики ДПТ — зависимости скорости вращения ω от вращающего момента электромагнитного происхождения на валу при неизменных напряжении сети U и токе возбуждения IB. Так как для ДПТ, например, параллельного (независимого) возбуждения

где : Rя – полное активное сопротивление якоря;

Се и См – конструктивные константы ДПТ

то скорость ДПТ в этом частном случае будет определяться зависимостью:

(1.11)

где ω — скорость идеального холостого хода.

Из аналитической зависимости механической характеристики ω(М) (1.11) видно, что при U = const., IB = const и RЯ = const для ДПТ независимого (параллельного) возбуждения она есть прямая в отрезках 1(см рис.1.5).

Она показывает три основных режима работы ДПТ: режим холостого хода — РХХ, режим номинальной работы — РНР и режим короткого замыкания — РКЗ. Эта зависимость ω(М) называется естественной механической характеристикой, если она получена при естественных условиях: U = UH, IB = IBн, RЯ = RЯ и искусственной, если получена при изменении U, СE, СM и RЯ.

Для сравнения с естественной механической характеристикой 1 на рис.1.5 показаны естественные характеристики ДПТ последовательного2 и смешанного 3 возбуждения. Видно, что ДПТ с последовательным возбуждением при холостом ходе имеет бесконечную скорость вращения, при которой якорь машины выходит из строя. Поэтому ДПТ с последовательным возбуждением можно применять в приводах таких рабочих машин и механизмов, которые постоянно нагружают двигатель, например, механизмы позиционирования транспортного оборудования, вентиляторы, компрессоры.

Читать еще:  Двигатели субару форестер в чем разница

Рис.1.5 Механические характеристики двигателей постоянного тока

Аналитическое выражение механических характеристик ДПТ независимого или параллельного возбуждения (1.11) показывает, что регулирование скорости при неизменной нагрузке М можно осуществлять на основе трех принципов:

1. за счет изменения напряжения сети U при неизменных магнитном потоке Ф и сопротивлении якоря RЯ:

(1.12)

2. за счет изменения тока возбуждения IB при неизменных напряжении U и сопротивлении RЯ:

(1.13)

3. за счет изменения сопротивления цепи якорной обмотки при неизменных напряжении U и магнитном потоке Ф:

(1.14)

2. Пример определения параметров и естественной механической характеристики ДПТ по его каталожным данным и анализ нагрузочных режимов

Пусть необходимо определить параметры привода с одним ДПТ и приведенным моментом инерции системы ДПТ — РМ (1, 2—1,5) ЈЯ, сравнить среднюю мощность потребления энергии из сети при пуске и в режимах согласованной и номинальной нагрузки, а также исследовать нагрузочные режимы заданной системы.

Алгоритм расчета

1. Электрический ток в обмотке якоря при номинальном режиме двигателя (А)

(2.1)

2. Номинальный коэффициент полезного действия

(2.2)

3. Электрическое сопротивление эквивалентного якоря (Ом)

(2.3)

4. Основной параметр при номинальной нагрузке (с -1 )

(2.4)

где n – скорость вращения якоря, об/мин

5. Величина противоЭДС (В), индуктируемая в обмотке якоря при номинальном основном параметре

(2.5)

6. Номинальная электромагнитная мощность (Вт)

(2.6)

7. Вращающий момент электромагнитного происхождения при номинальной нагрузке (Н • м)

(2.7)

8. Второй основной параметр — скорость идеального холостого хода (c -1 )

(2.8)

9. Основной параметр при номинальном моменте сопротивления рабочей машины (с -1 )

(2.9)

10. Естественная механическая характеристика — прямая в отрезках с координатами [М = 0; ω = ω]; [М = МН; ω = ωН]. Характеристику следует построить в масштабе на миллиметровой бумаге и проверить, с какой точностью точка [ω = ω2; M = 2MH] ложится на полученную характеристику (см. рис.2.1).

Рис.2.1 Результаты расчета естественной механической характеристики ДПТ по его каталожным данным

11. По естественной механической характеристике определить момент короткого замыкания М = MK и найти третий основной параметр — электромеханическую постоянную времени (с) системы по соотношению

(2.10)

где J – момент инерции ДПТ

12. Время разгона привода (с) с принятым двигателем от скорости покоя ω = 0 до скорости номинального режима ω = ωH

(2.11)

13. Кинетическая энергия (Дж) вращающихся частей привода при номинальном режиме

(2.12)

14. Потери электроэнергии (Дж) в приводе при пуске системы ДПТ –

РМ от ω = 0 до ω = ωH

(2.13)

15. Электрическая энергия (Дж), поступающая из сети к ДПТ за время пуска,

(2.14)

16. Средняя мощность потребления энергии из сети при пуске, (Вт)

(2.15)

17. Сопоставление средней пусковой мощности с мощностью номинального режима:

(2.16)

Примечание. Здесь целесообразно остановиться и сделать выводы в направлениях:

• оценки момента короткого замыкания по сравнению с номинальным вращающим моментом;

• сопоставления скоростей ω, ωH и ω1 , а также напряжения и противоЭДС;

• сравнения мощности пуска с номинальной установленной мощностью потребления энергии ДПТ из сети.

Анализ режимов

Анализ нагрузочных режимов можно осуществить по графикам технико — экономических показателей привода с заданным ДПТ, например: двигатель типа П-71 с паспортными (каталожными) данными РН = 10 кВт; nН = 1000 мин -1 ; UH = 220 В; IH = 63 А; GД 2 = 1,3 кГ • м 2 .

Расчет параметров и построение естественной механической характеристики выполнены с результатами:

Зависимости Р(М, ω) и ηC(М, ω) по данным графика естественной ме­ханической характеристики ДПТ получаются также при использовании аналитического выражения (1.11)

(2.17)

где: Р2 — мощность на валу ДПТ — нагрузка с учетом граничных условий естественной механической характеристики двигательного режима

(2.18)

ηс — коэффициент полезного действия системы ДПТ-РМ, работающей в естественных электромеханических условиях при равенстве коэффициентов СE и СM, в зависимости от момента на валу — нагрузки со стороны рабочей машины Р

(2.19)

график η (М,ω) есть прямая, пересекающая оси координат ω – ηС — М в точках РХХ и РКЗ;

графическая зависимость Р(М, ω) по данным расчета является квадратичной функцией и представляет собой параболу с осью симметрии, параллельной оси Р и расположенной примерно на расстоянии 0,5 • МК от точки Р = 0 . Функция имеет два нуля при РХХ к РКЗ.

Обобщение и выводы

Из графиков ω (М), ηС (М,ω) и Р(М,ω) (см. рис. 2.1) видно, что при естественных электромеханических условиях ДПТ типа П-71 в приводе может иметь, кроме режима холостого хода РХХ и режима номинальной работы РНР, и другие двигательные режимы, при которых мощностная нагрузка на валу двигательного устройства не может быть более 24,2 кВт — режим согласованной работы РСР, а моментная нагрузка не мо­жет быть выше 793, 6 Н • м — режим короткого замыкания РКЗ. При возрастании момента сопротивления РМ сверх 400Н . м — автоматически начинает падать механическая мощность, развиваемая ДПТ. Режим со­гласованной работы и режим короткого замыкания можно сравнить с РНР по таким относительным технико-экономическим показателям:

которые показывают, что с увеличением моментной нагрузки на ДПТ более, чем в 3,5 раза по сравнению с номинальной, наблюдается снижение скорости вращения системы ДПТ-РМ в 1,75 раза, а ее КПД — в 1,44 раза.

В качестве выводов следует указать, что заданную систему ДПТ-РМ можно длительно использовать в пределах режимов РХХ-РНР, а в РСР — кратковременно с целью получения значительной мощности преобразования механической энергии вращения и крутящего момента на валу при низких технических (ω) и экономических (ηС) показателях. Кратковременность использования системы диктуется опасностью перегрева обмоток ДПТ за счет значительных токов РСР и особенно РКЗ и выхода его из строя, поэтому в процессе технической эксплуатации электродвигателей необходимо постоянно следить за их нагрузкой, не допуская перегрева.

В машинах постоянного тока ЭДС и токи в якорной обмотке являются переменными, а во внешней цепи — выпрямленными одной полярности. Такие машины обратимы, они могут работать как генератором, так и двигателем с независимым возбуждением, параллельным, последовательным и смешанным самовозбуждением. При постоянном магнитном потоке их вращающие моменты и ЭДС соответственно пропорциональны току и скорости.

Технические возможности МПТ определяются их электромеханическим состоянием и статическими характеристиками: внешними, регулировочными, рабочими и механическими. Зависимость КПД от нагрузки определяется скоростью постоянных (магнитных) и переменных (электрических и механических) потерь в машине, а ее вид подобен графику (см. рис.1.4 ) и понятен из соотношений (1.11).

Работа МПТ в системе ДПТ-РМ, где рабочая машина является потре­бителем активной энергии, а двигатель — ее источником, может харак­теризоваться четырьмя режимами: холостого хода РХХ, номинальным РНР, согласованным РСР и режимом короткого замыкания РКЗ. При этом КПД системы и ее основной параметр ω прямолинейно (для систем параллельного или независимого возбуждения) зависят от нагрузки М со стороны рабочей машины.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector