Построение естественной электромеханической характеристики (при питании от сети), характеристики в разомкнутой системе (при питании от ТП)

 

Уравнение механической характеристики двигателя постоянного тока независимого (параллельного) возбуждения имеет вид [1]:

 

,

 

где U_C – напряжение, подводимое к якорной цепи электродвигателя, U_C=U_H=220 В; kФ_Н – конструктивный коэффициент двигателя (по потоку), kФ_Н=1,96 В·с; M – электромагнитный момент, развиваемый двигателем:

 

;

R_ДВ – сопротивление цепи якоря:

 

;

ω₀ – скорость идеального холостого хода:

 

;

 

Δω – перепад скорости, с^-1.

Приведенное уравнение преобразуют в уравнение электромеханической (скоростной) характеристики:

 

,

 

где I – сила тока в нагрузке, I=16,9 А.

Для построения электромеханической характеристики необходимо определить номинальную скорость вращения ω_Н:

 

.

 

Естественная электромеханическая характеристика представляет собой прямую линию, поэтому для её построения достаточно воспользоваться двумя точками с координатами (ω₀, I =0; ω_Н, I = I_H). Естественная электромеханическая характеристика электродвигателя при питании от сети представлена на рисунке 2.1.

При изменении напряжения на якорной цепи двигателя его характеристики перемещаются параллельно естественной (т.е. жесткость не меняется). Скорость идеального холостого хода ω^/₀ при напряжении отличном от номинального, можно найти по соотношению:

 

,

 

где ω₀ – скорость идеального холостого хода, ω₀=112,244 с^-1;

U_Н – номинальное напряжение, подводимое к якорной цепи электродвигателя, U_H=220 В;

U – напряжение, подводимое к якорной цепи электродвигателя, U=0,5·U_Н В; Таким образом

 

.

 

Проведя прямую через ω^/₀ параллельно естественной характеристике, получают искусственную механическую характеристику при сниженном напряжении U=0,5·U_Н, которая представлена на рисунке 2.1.

Характеристика при минимальном напряжении должна быть такой, чтобы при изменении в необходимых пределах момента на валу двигателя, последний не останавливался. Проведя прямую через точку ω=0; I=2I_H, параллельно естественной характеристике, получаем искусственную характеристику при минимальном напряжении, представленную на рисунке 2.1 и находим скорости ω_0min=15,38 с^-1, и ω_min=7,79 с^-1.

Тогда минимальное напряжение будет равно:

 

.

 

С учетом условий нагрева, при регулировании скорости ослаблением магнитного потока, ток в якорной цепи не должен превышать номинального значения.

Построение искусственной характеристики в данном случае можно выполнить в следующей последовательности:

Скорость холостого хода:

 

 

Номинальная скорость при 0,5·kФ_Н:

 

.

 

Искусственная механическая характеристика при снижении величины потока до 0,5· k Ф_Н приведена на рисунке 2.1.

Диапазон регулирования скорости в первой зоне (изменением напряжения)

 

.

 

Диапазон регулирования скорости во второй зоне (изменением магнитного потока)

 

.

 

Полный диапазон регулирования

 

.

 

Жесткость механической характеристики при изменении напряжения

 

.

 

Статизм характеристики определяется следующим образом:

 

.

 

Построение электромеханических характеристик двигателя при питании от преобразователя в разомкнутой системе и при допущениях непрерывности тока вплоть до I=0 можно осуществить по формуле:

 

.

 

Характеристики следует строить при углах управления α_Н (обеспечивает получение номинальной скорости _Н при номинальном токе нагрузки), α=1,5 α _H и α = α _max (обеспечивает минимальную скорость при номинальной нагрузке).

Значение α_Н определим из следующей формулы:

 

.

 

Задаваясь токами I, находят им соответствующие скорости и строят электромеханическую характеристику при α=α_Н.

Результаты расчётов для электромеханической характеристики при α=α_Н представлены в таблице 2.1.

 

Таблица 2.1 – Результаты расчётов для электромеханической характеристики при α=α_Н

	Н = 40,4°			1,5 Н = 60,6°			max = 67,1°
I	0	IH	2IH	0	IH	2IH	0	IH	2IH
	140,57	104,67	68,76	90,62	54,71	18,81	71,82	35,91	0

 

Для построения характеристики при максимальном угле управления через точку (ω=0, I=2I_Н) параллельно характеристике при α=1,5α_н проводится прямая до пересечения с осью скорости.

Электромеханические характеристики электродвигателя при питании от тиристорного преобразователя в разомкнутой системе регулирования представлены на рисунке 2.2.

 

Результат сравнения рисунков 2.1 и 2.2 следующий: качественные показатели характеристик при питании электродвигателя от тиристорного преобразователя в разомкнутой системе хуже, нежели при питании его от сети (жёсткость характеристик при питании электродвигателя от тиристорного преобразователя в разомкнутой системе ниже за счёт увеличения сопротивления якорной цепи). Максимальный угол регулирования:

 

.

 

Жесткость характеристик можно определить по известному соотношению:

.

 

Статизм определяется следующим образом:

 

.