Искусственные электромеханические и механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Из формул электромеханической (2.11) и механической (2.12) характеристик ДПТ НВ следуют три способа получения искусственных характеристик: путем изменения добавочного сопротивления внешнего резистора Я_аоб, напряжения источника питания U, магнитного потока Ф.

Реостатные характеристики.

Их получают путем введения в цепь якоря добавочных активных сопротивлений резисторов, то есть Лд ц = Лдл + Адоб = var при U = ?/", Ф = Фн. Как видно из уравнения механической характеристики (2.12), при изменении добавочного сопротивления /?доб в цепи якоря скорость идеального холостого хода остается постоянной (о>о = ин/кФн), изменяется лишь модуль статической жесткости р, а с ним и крутизна характеристики (рис. 2.6).

Например, при введении добавочного резистора сопротивлением R_ro6 = R& модуль статической жесткости искусственной характеристики (ИМХ) р_и в два раза меньше, чем для естественной механической характеристики (ЕМХ) р_с, то есть р_и = 0,5р_с. Соответственно в два раза возрастет статический перепад скорости Дю_{с и} = 2Дсо_{с е}.

В относительных единицах реостатную механическую характеристику можно записать:

где /г_доб —добавочное сопротивление в цепи якоря в относительных единицах.

При номинальном моменте или токе.

где Д&Ддоб — статический перепад скорости, обусловленный добавочным сопротивлением.

По условию допустимого нагрева ток якоря не должен превышать номинального значения, то есть 1_ЯЛ0П = /_{я н}, тогда Л/_доп = —^{ФнАиЮП —} А/_н.

Рис. 2.6. Реостатные характеристики ДПТ HB:

/— рабочая зона; // — нерабочая зона; X — перегрузочная способность двигателя Потребляемая мощность при этом регулировании, если /_я = /_н, составляет:

Механическая мощность на валу двигателя КПД двигателя в этом случае.

Пример 2.3. Определите добавочное сопротивление резистора /?_до6 в цепи якоря двигателя 2ПФ-160МУ4, чтобы при статической нагрузке Л/_с = 0,8 А/_н скорость о составляла 0,5 скорости идеального холостого хода Ц). Постройте искусственную механическую характеристику (ИMX) двигателя в относительных единицах. Приведите принципиальную электрическую схему. Укажите направление потоков мощности в электроприводе.

Решение. Если контакт К замкнут, то двигатель работает на естественной характеристике, когда UU_H Ф = Ф_Н.

В случае введения добавочного сопротивления в цепь якоря выражение И MX.

• • •.

принимает вид: 6=1 — Л/(Д,_? + Лдоб).

Из уравнения механической характеристики в относительных единицах следует:

так как =0,06 (см. пример 2.2).

Отсюда Л_Доб=0,5/0,8−0,06=0,565; (&,_Е+Л_до6)=0,565 +0,06 =0,625.

Абсолютное значение добавочного сопротивления.

где Лн = 5,79 Ом (см. пример 2.2).

Жесткость характеристики: естественной.

искусственной.

где кФ_н = (и_и- /"Л, nos-с)М = (220 — 38 • 0,335)/157 — 1,32 В • с.

При введении добавочного сопротивления в цепь якоря жесткость характеристики уменьшается, тем самым увеличивается статический перепад скорости при неизменном статическом моменте.

Следует отметить существенное увеличение потерь мощности в силовой цепи якоря, которые при номинальном токе составят АР = /"Дюб = 38² * 3,27 = 4722 Вт или 63% от Р_н двигателя.

Изменение магнитного потока. Как уже отмечалось, магнитный поток целесообразно изменять только в сторону уменьшения от номинального значения, поэтому такой способ регулирования осуществляется путем ослабления магнитного потока возбуждения двигателя. При этом соблюдаются условия: U— U_H; /?_доб = 0. В случае варьирования магнитным потоком изменяется как модуль статической жесткости = реФ², так и скорость идеального холостого хода соои = cDqc/Ф.

Из уравнения (2.11) электромеханической характеристики (ЭМХ) следует, что с уменьшением магнитного потока, соо_и хотя и возрастает, но все электромеханические характеристики имеют общую точку: /_кз = UJR& при со = 0 (рис. 2.7).

Механические характеристики (рис. 2.8) отличаются от электромеханических тем, что при со = 0 имеют неодинаковые значения моментов короткого замыкания Л/_1СЗ = ЛФ/_К.₃ вследствие разного значения магнитного потока: Л/_{к з е} > A/_K.₃i >

Электромеханические и механические характеристики в относительных единицах:

Рис. 2.7. Электромеханические характеристики ДПТ НВ при изменении магнитного потока

Рис. 2.8. Механические характеристики ДПТ НВ при изменении магнитного потока

отличаются друг от друга.

Регулирование скорости изменением магнитного потока по условию нагрева допускается при /_н. Тогда допустимый момент.

поскольку значение кФ из уравнения ЭМХ (2.11) составляет кФ = (и_н-1_нЯ_я1)/со.

В соответствии с уравнением (2.26) момент с увеличением частоты вращения уменьшается по гиперболической зависимости. Максимальная угловая скорость, определяемая механической прочностью двигателя (приведена в его паспортных данных), составляет от двух до восьми номинальных скоростей.

Пример 2.4. Рассчитайте и постройте искусственную механическую характеристику (ИМХ) двигателя 2ПФ-160МУ4 при ослабленном магнитном потоке Ф = 0,5Ф_Н и при статическом моменте сопротивления А/_С = А/_Н, полагая, что напряжение на якоре равно номинальному.

Решение. Исходя из условий задачи ИМХ при Ф = 0,5Ф:

Номинальный момент двигателя.

Для построения необходимо найти скорость идеального холостого хода при Ф = 0,5Ф":

Из примера 2.1 значение естественной скорости идеального холостого хода свое — 166,6 рад/с.

Жесткость характеристики:

естественной из примера 2.3 р_е =* 5,2 Н • м • с, искусственной при Ф =* 0,5Ф_Н

то есть Ре > р_и.

При М_н — М_с ^в 48 Н • м номинальная угловая скорость на ЕМХ со = 166,6 — — 0,192 -48= 157 рад/с, а на ИМХ со = 333 — 0,768 • 48 = 296 рад/с.

Перегрузочная способность двигателя равна X.

Потери мощности в цепи якоря при номинальном токе в этом случае составят 0,335=483,7Вт или 6,4% от номинальной мощности двигателя.

Из анализа рисунка следует, что при уменьшении магнитного потока ИМХ имеют меньшую статическую жесткость, чем ЕМХ. Момент короткого замыкания также уменьшается.

Изменение питающего напряжения. При рассмотрении данного способа необходимы регулируемые источники напряжения. Из уравнения электромеханической характеристики (2.11) видно, что с регулированием напряжения связано изменение скорости идеального холостого хода coq = и_нкФ_н при сохранении жесткости характеристик р_и = (?Ф)²/Яя = р_е, поскольку Ф = Ф_н и добавочное соРис. 2.9. Механические характеристики ДПТ НВ при изменении напряжения на якоре

противление в цепи якоря отсутствует. Это позволяет существенно расширить диапазон регулирования. Другое достоинство способа — регулирование в цепях управляющих устройств (обмотка возбуждения системы Г—Д), угол запирания вентиля (ТП— Д), мощность управления которых значительно меньше по сравнению с главными силовыми цепями. Регулирование угловой скорости происходит, как правило, вниз от основной скорости.

Искусственные характеристики при изменении U представляют собой параллельные прямые, показанные на рисунке 2.9. Искусственные электромеханические и механические характеристики в относительных единицах для рассматриваемого случая принимают вид:

Пример 2.5. Определите напряжение U на якоре двигателя 2ПФ-160МУ4, чтобы при статической нагрузке М_с = 0,8Л/_Н скорость <�о составляла 0,5 от скорости идеального холостого хода coq. Постройте искусственную механическую характеристику двигателя в абсолютных и относительных единицах.

Решение. Рассчитаем численное значение статического момента Л/_с:

и одинаковы благодаря постоянству магнитного потока (Ф = Ф_н).

Необходимо определить значение угловой скорости при заданной статической нагрузке.

где wo = 166,6 рад/с (см. пример 2.1).

Зная скорость и статический момент, определим напряжение на якоре.

Для построения И MX необходимо найти угловую скорость искусственного идеального холостого хода.

Для построения ИМХ в относительных единицах приведем к ним значения статического момента, скорости и искусственной скорости идеального холостого хода.

При изменении напряжения на якоре жесткость характеристик остается неизменной и искусственные и естественные механические характеристики параллельны друг другу.