Тема 1.2. Режимы работы и характеристики

Электродвигателей постоянного тока

Основные схемы включения и режимы работы электродвигателей. Основные соотношения, базовые или относительные величины. Механические и скоростные характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения в различных режимах работы. Характеристики при введении в цепь якоря сопротивления (реостата), при ослабленном магнитном потоке, при питании цепи якоря пониженным напряжением, при шунтировании обмотки якоря.

Механические и скоростные характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения в различных режимах работы. Характеристики при введении в цепь якоря сопротивления. Характеристики при шунтировании обмотки якоря.

Литература: [1] стр. 15-36 , [3] стр. 17-40.

Методические указания

Перед изучением темы следует восстановить в памяти принципиальные схемы включения двигателей постоянного тока, их характеристики, зависимость скорости вращения от напряжения, сопротивления цепи якоря, величины магнитного потока и другие вопросы, изученные в курсе «Электрические машины». Правильный выбор двигателя по мощности и способу возбуждения имеет решающее значение для производительной работы производственной машины или механизма. Электропривод должен наиболее полно удовлетворять требования производственной машины в отношении как статической нагрузки, так и переходных режимов: пуск, регулирование скорости, торможение, реверсирование.

Основным критерием при выборе типа двигателя для производственной машины являются его электромеханические свойства.

Основной характеристикой для оценки электромеханических свойств электродвигателя является механическая характеристика, представляющая собой зависимость n = f ( M) или ω = f ( M ). Иногда используется

так называемая скоростная характеристика, представляющая собой зависимость n = f ( I ) или ω = f ( I ). Механическая характеристика может быть представлена аналитически в виде уравнения и графически.

При изучении механических характеристик прежде всего необходимо разобраться в уравнении этой характеристики, усвоить смысл величин с_е=к_е Ф, с_м = к_м Ф и скорости идеального холостого хода. Необходимо иметь в виду, что момент двигателя М является электромагнитным моментом.

Для практических расчетов с достаточной точностью электромагнитный момент принимают равным моменту на валу. Величины k _е и k _м могут быть определены по конструктивным данным машины, но проще их определить по каталожным данным. При неизменном магнитном потоке в системе СИ

                               с_е=с_м=с=к_ф=                          (3)

Так как механическая характеристика двигателя с параллельным или независимым возбуждением является прямолинейной, то она может быть построена по двум точкам.

Механическая характеристика двигателей с последовательным и смешанным возбуждением не имеет аналитического выражения, так как магнитный поток последовательной обмотки возбуждения изменяется вместе с изменением нагрузки, причем зависимость Ф = f ( I ) нелинейна.

Естественная характеристика этих двигателей дается заводом-изготовителем. При построении искусственных характеристик двигателей с последовательным и смешанным возбуждением следует сначала построить по каталожным данным естественную характеристику.

Искусственные характеристики могут быть построены, исходя из пропорциональности скорости вращения и ЭДС двигателя.

При I = const и Ф = const , где индексы «е» и «и» соответствуют координатам естественной и искусственной характеристик.

Скорость на искусственной характеристике

                                       w _и = w _е×                                 (4)

или в относительных величинах

                                        w _{и *} = w _{е *} ×                          (5)

где г_дв - внутреннее сопротивление двигателя; r - заданное внешнее сопротивление.

Из курса «Электрические машины» известно, что электрическая машина обратима, т. е. может работать не только в двигательном, но и в генераторном режиме.

Генераторные режимы в электроприводах используются для торможения. Учащемуся необходимо, разбирая тормозные режимы, четко уяснить физическую сторону процесса,  разобраться в направлении токов в генераторных режимах относительно приложенного напряжения или относительно направления тока в двигательном режиме. Необходимо уяснить, от чего зависит длительность процесса торможения. Необходимо также уяснить, что для двигателя с параллельным возбуждением аналитическое выражение механической характеристики в тормозных режимах можно получить из уравнения механической характеристики двигательного режима.

Так, например, для режима динамического торможения двигателя с параллельным или независимым возбуждением уравнение механической характеристики будет иметь вид

                                          w = -                                           (6)

Так как в уравнении механической характеристики

                                          w =                                        (7)

Величина U=0 (якорь двигателя отключается от сети и замыкается на резистор).

Разобрав способы получения искусственных характеристик двигателей постоянного тока, необходимо научиться их строить в системе координат с соблюдением выбранного масштаба скорости вращения и момента.

Говоря о тормозном режиме двигателя с последовательным возбуждением, необходимо помнить, что двигатель с последовательным возбуждением нельзя перевести в генераторный рекуперативный режим повышением скорости, так как двигатель не имеет конечной скорости идеального холостого хода.

Вопросы для самоконтроля

1. Что называется механической характеристикой электродвигателя?

2. Какая механическая характеристика называется естественной и какая – искусственной?

3. Что такое перепад скорости?

4. Как определить скорость идеального холостого хода двигателя с параллельным или независимым возбуждением?

5. Начертить (принципиально, без расчета) механические характеристики двигателя с параллельным возбуждением в двигательном режиме:

а)при U = const , Ф= const и R _доп = var ;

б)при U = var , Ф= const и R _доп = 0;

в)при U = const , Ф= var и R _доп = 0.

6. Начертить (без расчета) естественную характеристику двигателя с последовательным возбуждением, объяснить ее.

7. Как перевести двигатель с параллельным возбуждением в генераторный рекуперативный режим? Начертить характеристики этого режима, объяснить физическую сущность процесса торможения.

8. Какими способами можно перевести двигатель с параллельным возбуждением в режим противовключения? Начертить механические характеристики, объяснить физическую сторону процесса торможения.

9. Какими способами можно перевести двигатель с последовательным возбуждением в режим динамического торможения? Дать сравнительную оценку способам перевода.

10. Начертить (без расчета) характеристики двигателя параллельного возбуждения при шунтировании якоря. Объяснить сущность происходящего процесса и вид характеристик.

11. Почему двигатель с последовательным возбуждением нельзя перевести повышением скорости якоря в режим рекуперативного торможения?