Файл: Основы автоматизированного электропривода учеб. пособие.pdf

в движение механизмом, тй вторые позволяют оценить загрузку двигателя по току. Эта оценка очень важна для электрических машин, так как значение тока должно быть ограничено по условиям нагрева обмоток, а для машин постоянного тока по условиям безыскровой ком­ мутации коллектора. Вместе с тем оба указанных типа характеристик взаимосвязаны, так как величина электро­ магнитного момента, развиваемого двигателем, опреде­ ляется значениями тока и потока.

На рис. 2-1 показана нормальная схема включения в сеть двигателя постоянного тока независимого возбуж­ дения. Ее также часто называют схемой параллельного возбуждения, так как цепь обмотки возбуждения включена параллельно це­ пи якоря двигателя. Обыч­ но рассматривается сеть постоянного тока, мощ­ ность которой во много раз превышает мощность дви­ гателя. При этом условии внутреннее сопротивление источника постоянного на­ пряжения ничтожно мало и не зависит от тока в сети, а напряжение сети

постоянно, Uc = const. Поэтому цепи обмотки возбуж­ дения и якоря становятся независимыми друг от друга, что и отражено в наименовании рассматриваемой схемы. Кроме того, следует отметить, что в ряде случаев для обмотки возбуждения подобного типа двигателей, особенно при большой мощности, используются отдельные источ­ ники питания.

Установившийся режим работы двигателя постоянного тока независимого возбуждения характеризуется неизмен­ ностью мгновенных значений токов в цепях обмоток якоря и возбуждения.

Для схемы рис. 2-1 могут быть записаны следующие уравнения:

47

где 1Я н / в — токи соответственно в цепях якоря н обмотки возбуждения, А;

Uс — напряжение сети постоянного тока, В;

Е— э. д. с., наводимая в обмотке якоря при его вращении в магнитпом поле, созда­

ваемом обмоткой возбуждения, В;

R 0 -b и Яп.в — сопротивления обмотки возбуждения и

Электродвижущая сила двигателя постоянного тока не­ зависимого возбуждения определяется' выражением

внесистемная единица — об/мин. Угловая скорость, опреде­ ляемая числом оборотов в минуту (частота вращения), обо­ значается через п. Если учесть соотношение между п и со

а = 2яи/60,

48

где коэффициент пропорциональности кп определяется вы­ ражением

Полученное выражение представляет собой уравнение скоростной характеристики двигателя постоянного тока. От этого уравнения можно перейти к уравнению механиче­ ской характеристики, так как развиваемый двигателем электромагнитный момент определяется как

Подставляя в (2-7) значение тока из (2-8), получаем уравнение механической характеристики двигателя по­

Из (2-7) и (2-9) следует, что при Ф = const скоростная и механическая характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения представляют собой пря­ мые линии, пересекающие оси координат. Эти характери­ стики показаны соответственно на рис. 2-2 п 2-3. Ось ординат обеими характеристиками пересекается в одной точке, так как первые слагаемые в (2-7) п (2-9) одинаковы. Ордината указанной точки может быть получена, если в этих уравнениях положить / я = О или М = 0, что соответствует режиму идеального холостого хода двига­ теля. Соответствующая этому режиму скорость назы­ вается скоростью идеального холостого хода

Точки пересечения скоростной п механической харак­ теристик с соответствующими осями абсцисс определя/от

49

токи п момент в режиме короткого замыкания. Здесь под коротким замыканием понимается такой режим работы двигателя, когда его скорость, а следовательно, и э. д. с. равны нулю. При этом условии из (2-6) следует, что ток якоря двигателя определяется только сопротивлением

Ля + Лц.я и не зависит от потока возбуждения

тик двигателя.

При малых значениях тока якоря и соответственно момеита действие реакции якоря практически не прояв­ ляется, благодаря чему характеристика остается линей­ ной. При дальнейшем увеличении тока начинается замет­ ное снижение потока возбуждения, что вызывает откло­ нение характеристик от линейных в сторону больших ско­ ростей. Соответствующие характеристики, учитывающие влияние реакции якоря, обозначены пунктирными ли­ ниями на рис. 2-2 и 2-3. Следует отметить, что, как это следует из (2-11), на ток короткого замыкания реакция якоря влияния не оказывает, тогда как момент при корот­

50

ком замыкании вследствие снижения потока возбуждения уменьшается.

Следует обратить внимание на то обстоятельство', что в случае размагничивания двигателя под действием реак­ ции якоря его механическая характеристика может содер­ жать участок с положительной жесткостью (на рис. 2-3 — участок аб). Это обусловлено тем, что первый член в пра­ вой части (2-9) сначала растет быстрее, чем второй, а затем при дальнейшем увеличении момента сильнее сказы­ вается второй член. Такая форма механической характе­ ристики не может считаться удовлетворительной, тац как

вряде случаев она приводит к неустойчивой работе элек­ тропривода. Поэтому в современных электрических маши­ нах с целью устранения влияния реакции якоря в цепь якоря последовательно включают компенсационную об­ мотку, как это показано на рис. 2-1, которая распола­ гается на главных полюсах. Наличие такой обмотки ослаб­ ляет влияние реакции якоря при изменении тока якоря

впределах, обусловленных коммутационной способностью коллектора, что позволяет не считаться с изменением потока возбуждения при анализе скоростных и механиче­ ских характеристик двигателей постоянного тока незави­ симого возбуждения. При этом практически можно считать поток возбуждения не зависящим от тока якоря. Поэтому

вдальнейшем рассматриваются скоростные и механиче­ ские характеристики при кФ = const для любых значений тока якоря.

Уравнения скоростной и механической характеристик могут быть представлены в виде уравнений прямых, отсе­ кающих на осях координат отрезки 1я.к.з или М КЗ и со0, т. е.

(2-13)

(2-14)

м к.з

Последние выражения могут быть получены непосред­ ственно из (2-7) и (2-9) с учетом (2-10)—(2-12).

Из (2-10)—(2-12) следует, что основные параметры скоростных и механических характеристик со„, / я.к.з и М к з зависят от подведенного к зажимам двигателя напряже­ ния Uc, сопротивления цепи якоря и потока возбуждения. При вариации значений последних величин могут быть получены семейства скоростных и механических характе-

51

ристык. Из этих семейств принято выделять е с т е ­ с т в е н н у ю с к о р о с т н у ю и е с т е с т в е н н у ю м е х а н и ч е с к у ю характеристики, под которыми по­ нимаются характеристики, соответствующие номиналь­ ному напряжению на зажимах якоря двигателя £/,„ поми­ нальному потоку возбуждения Ф1Г, определяемому номи­ нальным током в обмотке возбуждения / в „, и отсутствию дополнительного сопротивления в цепи якоря (i?n я = 0). Все остальные скоростные и механические характеристики называются и с к у с с т в е н и ы м и.

Номинальными данными электрической машины назы­ вается совокупность параметров, характеризующих ее номинальный решим работы. Под последним понимается режим работы, для которого электрическая машина пред­ назначена предприятием-изготовителем.

Для оценки жесткости механической характеристики целесообразно найти зависимость М (со). Из (2 = 9) и (2 = 14)

м = л ж <и ° - № и >= ( 4 - £ ) ■ <2-15>

Тогда жесткость механической характеристики равна:

Следовательно, модуль жесткости механической харак­ теристики определяется только потоком возбуждения и сопротивлением цепи якоря. Из (2-16) следует также,' что естественная механическая характеристика имеет наи­ большее значение модуля жесткости по сравнепию с искус­ ственными характеристиками, так как ток возбуждения двигателя не может быть больше номинального, а сопро­ тивление цепи якоря не может быть меньше /?„•

На практике для оценки жесткости механических ха­ рактеристик двигателя независимого возбуждения часто используется другой параметр — уменьшение, или паде­ ние, скорости при поминальной нагрузке по сравнению со

.скоростью идеального холостого хода (см. рис. 2-2 и 2-3):

Из (2-7) и (2-9) следует, что

где / я „, Ма — ток якоря и электромагнитный момент дви­ гателя в номинальном режиме работы.

52