Avtoargon.ru

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

Расчет и построение естественных электромеханической и механической характеристик двигателя с последовательным возбуждением

Расчет и построение естественных электромеханической и механической характеристик двигателя с последовательным возбуждением

Страницы работы

Содержание работы

Величина сопротивления Rт , обеспечивающая Мт,нач = 2 Мн:

.

В соответствии со схемой рис. 9.16 ток якоря равен:

.

Результаты расчета механической характеристики режима
динамического торможения с самовозбуждением

с×Ф,

М = сФ×Iя,

Ф*×Фн×х 10 -3 , Вб

Все дальнейшие расчеты сведены в табл. 9.3 и не требуют дополнительных пояснений. По данным табл. 9.3 построена механическая характеристика (рис. 9.18) режима динамического торможения с самовозбуждением (кривая 2). Там же показана естественная механическая характеристика (прямая 1). Из кривой 2 легко определяется критическая скорость, при которой начинается самовозбуждение (wкр » 40 1/с). При достижении скорости величины wкр в процессе торможения тормозной момент двигателя практически становится равным нулю.

Пример 12

Рассчитать и построить естественные электромеханическую и механическую характеристики двигателя с последовательным возбуждением.

Номинальные данные двигателя: ; ; ; ; ; . Сопротивления обмоток двигателя заданы в нагретом состоянии.

Решение


Расчет естественных характеристик и произведем с помощью универсальных характеристик и /2/. На рис. 9.18 приведены универсальные характеристики и в относительных единицах, а в табл. 9.4 приведены численные значения этих же характеристик (столбцы 1, 2, 3).

Номинальная скорость двигателя:

.

Коэффициент ЭДС двигателя при номинальном потоке:

.

Данные универсальных характеристик и расчета естественных электромеханической и механической характеристик двигателя с последовательным возбуждением

Номинальный электромагнитный момент:

В табл. 9.4 (столбцы 4, 5, 6) приведены результаты расчета естественной электромеханической и механической характеристик двигателя по формулам:

; ; .

Естественные электромеханическая характеристика и механическая характеристика в соответствии с данными табл. 9.4 имеют вид (рис. 9.19).

Пример 13

Для двигателя, рассмотренного в примере 12, рассчитать и построить искусственные характеристики: а) при введении в цепь якоря дополнительного сопротивления ; б) при изменении напряжения .

Решение

Величина дополнительного сопротивления, вводимого в цепь якоря:

.

Суммарное сопротивление якорной цепи:

.

Расчет искусственных характеристик производится с помощью естественной характеристики по точкам. В основу расчета положен следующий принцип. При данном значении тока якоря (Iяi) магнитный поток двигателя (Фi) не зависит как от величины напряжения так и от величины суммарного сопротивления якорной цепи (RS). Следовательно, скорость двигателя на естественной и искусственной характеристиках можно определить как:

;

, где и — соответственно скорость на естественной и искусственной характеристиках; — сопротивление двигателя; и — ЭДС якоря соответственно на естественной и искусственной характеристиках.

Зависимость (Е/w)еi = f(Ii) называется переходной характеристикой и строится с помощью естественной электромеханической характеристики w = f(Iя).

В табл. 9.5 приведены результаты расчета искусственных характеристик двигателя. Данные естественной характеристики взяты из примера 12. Электромагнитный момент вычислен по формуле:

.

Результаты расчета искусственных характеристик двигателя

Характеристики двигателей с последовательным возбуждением

Рис. 3.8

Двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением имеют меньшее распространение по сравнению с другими двигателями. Они используются в установках с нагрузкой, не допускающей режима холостого хода. Позже будет показано, что работа двигателя последовательного возбуждения в режиме холостого хода может привести к разрушению двигателя. Схема подключения двигателя показана на рис. 3.8.

Ток якоря двигателя одновременно является и током возбужде­ния, так как обмотка возбуждения ОВ включена последовательно
с якорем. Сопротивление обмотки возбуждения достаточно мало, так как при больших токах якоря намагничивающая сила, достаточная для создания номинального магнитного потока и номинальной индукции в зазоре, достигается малым количеством витков провода большого сечения. Катушки возбуждения располагаются на главных полюсах машины. Последовательно с якорем может быть включен дополнительный реостат , который может использоваться для ограничения пускового тока двигателя.

Естественная скоростная характеристика двигателей последовательного возбуждения выражается зависимостью при
U = Uн = const. При отсутствии дополнительного реостата
в цепи якоря двигателя сопротивление цепи определяется суммой сопротивления якоря и обмотки возбуждения , которые достаточно малы. Скоростная характеристика описывается таким же уравнением, каким описывается скоростная характеристика двигателя с независимым возбуждением

.

Отличие заключается в том, что магнитный поток машины Ф создается током якоря I в соответствии с кривой намагничивания магнитной цепи машины. Для упрощения анализа предположим, что магнитный поток машины пропорционален току обмотки возбуждения, то есть току якоря . Тогда , где k – коэффициент пропорциональности.

Читать еще:  Что такое кнопка запуска двигателя ford power

Заменив магнитный поток в уравнении скоростной характеристики, получим уравнение:

.

График скоростной характеристики представлен на рис. 3.9.

Из полученной характеристики следует, что в режиме холостого хода, т. е. при токах якоря, близких нулю, частота вращения якоря в несколько раз превышает номинальное значение, а при стремлении тока якоря к нулю частота вращения стремится к бесконечности (ток якоря в первом слагаемом полученного выражения входит в знаменатель). Если считать формулу справедливой для весьма больших токов якоря, то можно сделать предположение, что . Полученное уравнение позволяет получить значение силы тока I, при котором частота вращения якоря будет равняться нулю. У реальных двигателей последовательного возбуждения при определенных значениях тока магнитопровод машины входит в насыщение, и магнитный поток машины изменяется незначительно при значительных изменениях тока.

Характеристика показывает, что изменение тока якоря двигателя в области малых значений приводит к значительным изменениям частоты вращения.

Характеристика механического момента

Рассмотрим характеристику момента двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением. , при U = U н = const.

Как уже показано, . Если магнитная цепь машины не насыщена, магнитный поток пропорционален току якоря ,
а электромагнитный момент М будет пропорционален квадрату тока якоря .

Полученная формула с математической точки зрения представляет собой параболу (кривая 1 на рис. 3.10). Реальная характеристика проходит ниже теоретической (кривая 2 на рис. 3.10), так как из-за насыщения магнитной цепи машины магнитный поток не пропорционален току обмотки возбуждения или току якоря в рассматриваемом случае.

Характеристика момента двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением представлена на рисунке 3.10.

КПД двигателя последовательного возбуждения

Формула, определяющая зависимость КПД двигателя от тока якоря, для всех двигателей постоянного тока одинакова и не зависит от способа возбуждения. У двигателей последовательного возбуждения при изменении тока якоря механические потери и потери в стали машины практически не зависят от тока Iя . Потери же в обмотке возбуждения и в цепи якоря пропорциональны квадрату тока якоря. КПД достигает максимального значения (рис. 3.11) при таких значениях тока, когда сумма потерь в стали и механических потерь равна сумме потерь в обмотке возбуждения и цепи якоря.

При номинальном токе КПД двигателя несколько меньше максимального значения.

Механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения

Естественная механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения, т. е. зависимость частоты вращения от механического момента на валу двигателя , рассматривается при постоянном напряжении питания, равном номинальному напряжению U = Uн = const. Если магнитная цепь машины не насыщена, как уже утверждалось, магнитный поток пропорционален току якоря, т. е. , и механический момент пропорционален квадрату тока . Ток якоря в этом случае равен

,

а частота вращения

.

Или .

Подставив вместо тока его выражение через механический момент, получаем

.

Обозначим и ,

получаем .

Полученное уравнение представляет собой гиперболу, пересекающую ось моментов в точке .

Так как или .

Пусковой момент таких двигателей в десятки раз больше номинального момента двигателя.

Рис. 3.12

Общий вид механической характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения представлен на рис. 3.12.

В режиме холостого хода частота вращения стремится к бесконечности. Это следует из аналитического выражения механической характеристики при М → 0.

У реальных двигателей последовательного возбуждения час­тота вращения якоря в режиме холостого хода может в несколько раз превышать номинальную частоту вращения. Такое превышение опасно и может привести к разрушению машины. По этой причине двигатели последовательного возбуждения эксплуатируются в ус­ловиях постоянной механической нагрузки, не допускающей режима холостого хода. Такой тип механической характеристики относят к мягким механическим характеристикам, т. е. к таким механическим характеристикам, которые предполагают значительное изменение скорости вращения при изменении момента на валу двигателя.

3.4.3. Характеристики двигателей постоянного тока
смешанного возбуждения

Схема подключения двигателя смешанного возбуждения представлена на рис. 3.13.

Последовательная обмотка возбуждения ОВ2 может быть включенной так, что ее магнитный поток может совпадать по направлению с магнитным потоком параллельной обмотки ОВ1 или не совпадать. Если намагничивающие силы обмоток совпадают по направлению, то суммарный магнитный поток машины будет равен сумме магнитных потоков отдельных обмоток. Частота вращения якоря n может быть получена из выражения

.

В полученном уравнении и – магнитные потоки параллельной и последовательной обмоток возбуждения.

В зависимости от соотношения магнитных потоков и скоростная характеристика представляется кривой, которая занимает промежуточное положение между характеристикой того же двигателя при параллельной схеме возбуждения и характеристикой двигателя с последовательным возбуждением (рис. 3.14). Характеристика моментов займет также промежуточное положение между характеристиками двигателя последовательного и параллельного возбуждения.

Читать еще:  Будет ли заводиться двигатель если погнуло клапана

В общем случае, с увеличением момента частота вращения якоря уменьшается. При определенном количестве витков последовательной обмотки можно получить очень жесткую механическую характеристику, когда частота вращения якоря практически не будет изменяться при изменении механического момента на валу.

Если магнитные потоки обмоток не совпадают по направлению (при встречном включении обмоток), то зависимость частоты вращения якоря двигателя от потоков опишется уравнением

.

При увеличении нагрузки ток якоря будет увеличиваться. При увеличении тока магнитный поток будет расти, а частота вращения n уменьшаться. Таким образом, механическая характеристика двигателей смешанного возбуждения с согласным включением обмоток является очень мягкой (см. рис. 3.14).

Искусственные электромеханические и механические характеристики двигателей постоянного тока последовательного возбуждения при шунтировании обмотки возбуждения.

Механические характеристики ДПТ ПВ являются искусственными в следующих случаях:

в цепь якоря последовательно включают добавочный резистор;
изменяют напряжение питания машины;
параллельно якорю или обмотке возбуждения включают резистор.
На искусственных механических характеристиках двигатель работает при регулировании частоты вращения, ограничении пусковых токов и во многих других случаях, например, при снижении напряжения при пуске мощного двигателя.

Искусственные электромеханические и механические арактеристики двигателей постоянного тока последовательного возбуждения при шунтировании двигателя.

Рис. 9. Естественная и искусственные скоростные (а) и механические (б) характеристики двигателя параллельного -возбуждения (к примеру 2)

Искусственные электромеханические и механические характеристики двигателей постоянного тока последовательного возбуждения при изменении сопротивления двигателя.

Искусственные электромеханические и механические характеристики двигателей постоянного тока последовательного возбуждения при шунтировании якоря.

Искусственные статические характеристики ДПТ ПВ. Реостатные характеристики двигателя (схема на рисунке 5) можно построить, используя естественную характеристику.

Если скорость двигателя на естественной характеристике при некоторой нагрузке ωе, а на искусственной – ωи, то

. (4.3)

Если задана величина скорости на реостатной характеристике при определенном значении нагрузки, то соотношение (3) позволяет решить обратную задачу: найти величину добавочного сопротивления, которое нужно включить, чтобы характеристика прошла через заданную точку.

При шунтировании якоря (рисунок 7) при малых нагрузках напряжение на якоре может быть много меньше номинального, и ток возбуждения при малой нагрузке стремится не к нулю, а к величине

.

Поэтому в этой схеме скорость двигателя при идеальном холостом ходе имеет конечное значение и механическая характеристика обладает повышенной жесткостью.

Кроме приведенных схем, в приводе с ДПТ ПВ применяются варианты с шунтированием двигателя (совместно ОВМ и якоря – рисунок 4.9) и шунтированием возбуждения (рисунок 4.10), которые необходимо изучить самостоятельно.

Построение естественных электромеханических и механических характеристик двигателей постоянного тока последовательного возбуждения

Главным отличием является то, что в ДПТ ПВ поток является функцией тока нагрузки, то есть

; (4.1) ; (4.2), .

Зависимость Ф = φ(I) – характеристика намагничивания – не имеет простого аналитического описания и ее примерный вид изображен на рисунке 4.2. Построение характеристик ДПТ ПВ производится либо по данным, представленным заводом изготовителем в табличной или графической форме, либо с использованием универсальных характеристик, приведенных в специальной литературе (рисунок 4.3).

Последние представляют собой зависимости момента и скорости от тока двигателя в относительных единицах. Переход к абсолютным единицам производится через базовые номинальные величины. Построенная таким образом механическая характеристика ДПТ ПВ представлена на рисунке 4.4. Жесткость характеристики непостоянна в диапазоне изменения нагрузки. Такая форма обеспечивает плавный пуск при значительной нагрузке, что определило применение ДПТ ПВ в транспортирующих агрегатах. Еще одна ее особенность – скорость идеального холостого хода (т.е. при I = 0)

.

Это означает, что такую машину нельзя запускать без нагрузки на валу. В реальных машинах величина ω ограничена остаточным магнитным полем, но может превышать номинальную в десятки раз.

Дата добавления: 2018-02-15 ; просмотров: 926 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Механическая характеристика ДПТ последовательного возбуждения. График

58. Чем отличаются механические и рабочие характеристики ДПТ параллельного и последовательного возбуждения?

Механические и рабочие характеристики ДПТ параллельного и последовательного возбуждения отличаются тем , что скоростные характеристики параллельного возбуждения линейные , а последовательного имеют форму гиперболы.

Читать еще:  Что сделать если залегли кольца двигателя

59. Как зависит момент ДПТ последовательного возбуждения от тока якоря? Формула. График.

Зависимость электромагнитного момента М от тока нагрузки М=f(I)

60) Почему ДПТ последовательного возбуждения нельзя использовать при малых моментах сопротивления?

двигатель последовательного возбуждения категорически нельзя запускать без нагрузки: он разгонится до очень большой скорости («пойдет вразнос»), и скорость эта приведет к механическим разрушениям. У двигателей же смешанного возбуждения есть предельная скорость холостого хода и для них пуск без нагрузки не так страшен.

61) Область применения ДПТ последовательного возбуждения

Двигатели с последовательным возбуждением широко распространены в электрическом транспорте (трамвай, метро, троллейбус, пригородные электрические железные дороги, электровозы), а также в подъемных устройствах (электрические подъемные краны). В этих установках необходим большой пусковой момент электродвигателя, так как наибольшее усилие затрачивается на трогании с места. Каждому, вероятно, приходилось видеть, с каким трудом паровоз трогает с места тяжелый поезд. Машинист дает полный пар, а колеса паровоза буксуют, т.е. вращаются на месте. И только после нескольких буксовок поезд медленно трогается с места. Разгон поезда происходит очень медленно, так как ему надо сообщить ускорение, а на это затрачивается большая сила. Электровоз же легко трогает состав с места и быстро набирает скорость. Это происходит потому, что электродвигатели с последовательным возбуждением электровоза развивают большой вращающий момент при пуске.

Если бы на трамвае установить двигатели с параллельным возбуждением, то пассажирам пришлось бы после каждой остановки подталкивать вагон, чтобы помочь ему стронуться с места, а двигатели с последовательным возбуждением легко страгивают вагон с места и быстро разгоняют его. Опасность чрезмерного увеличения скорости вращения трамвайного двигателя с последовательным возбуждением отсутствует, так как даже если все пассажиры выйдут, двигатель будет под нагрузкой, которая состоит из усилия для передвижения пустого вагона.

62)Механические характеристики ДПТ

Схема включения двигателя независимого возбуждения показана на рис. 5.19.


Рис. 5.19.

Механические характеристики.
Механические характеристики двигателей принято подразделять наестественные и искусственные. Естественная характеристика соответствует номинальному напряжению питания и отсутствию добавочных сопротивлений в цепях обмоток двигателя. Если хотя бы одно из перечисленных условий не выполняется, характеристика называется искусственной.
Уравнения электромеханической ω=f(I я) и механической ω=f(M эм.) характеристик могут быть найдены из уравнения равновесия ЭДС и напряжений для якорной цепи двигателя, записанного на основании второго закона Кирхгофа:

где R я – активное сопротивление якоря.
Преобразуя (5.35) с учетом (5.6), получим уравнение электромеханической характеристики

В соответствии с (5.10) ток якоря I я=M эм./kФ и выражение (5.36) преобразуется в уравнение механической характеристики:

Это уравнение можно представить в виде ω= ω о.ид.— Δ ω, где

ω о.ид — угловая скорость идеального холостого хода ( при Iя=0 и, соответственно, Мэм.=0 ); Δ ω= Мэм. [(Rя+Rд)/(kФ) 2 ]– уменьшение угловой скорости, обусловленное нагрузкой на валу двигателя и пропорциональное сопротивлению якорной цепи.
Семейство механических характеристик при номинальном напряжении на якоре и потоке возбуждения и различных добавочных сопротивлениях в цепи якоря изображено на рис. 5.20,а.


Рис.5.20

Механические характеристики двигателей принято оценивать по трем показателям: устойчивости, жесткости и линейности.
Естественная механическая характеристика, соответствующая (5.37) при Rд=0, изображена прямой линией 1. Механическая характеристика линейная; отклонение от линейного закона может быть вызвано реакцией якоря, приводящей к изменению потока Ф. Эта характеристика жесткая, так как при изменении момента нагрузки и соответственно скорости поток возбуждения не изменяется. Жесткость характеристики уменьшается при введении добавочного сопротивления в цепь якоря (прямые линии 2 и 3 – искусственные реостатные характеристики). Характеристики устойчивые, так как dω/dMэм.

возрастает. Соответственно растет электромагнитный момент вплоть до нового значения момента сопротивления (переход из точки А в точку В на механической характеристике).
По аналогии на основании (5.37) может быть построено семейство искусственных характеристик при различных значениях Uя или Ф. Анализ таких характеристик будет проделан в разделе исполнительных двигателей постоянного тока (§ 5.7).

63) Перечислить основные способы пуска ДПТ.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector