Расчет естественной механической характеристики двигателя постоянного тока с независимым возбуждением по номинальным данным

Расчёт естественной механической характеристики осуществляется по номинальным параметрам ДПТ НВ: Р_И0М — номинальная мощность, Вт; п_ном — номинальная частота вращения, об/мин; и_иом, 1_ИОМ — номинальное напряжение и ток соответственно, В и А; т}_мом — номинальный КПД.

Методика расчёта включает 6 этапов расчета:

1. Номинальной частоты вращения, 1/с:

2. Номинального момента, Нм:

3. Номинального сопротивления ДПТ, Ом:

4. Сопротивления якоря ДПТ, Ом:

Сопротивление якоря ДПТ часто приводится в его технической характеристике.

5. Коэффициента кФ, В-с:

6. Синхронной частоты вращения вала двигателя, 1/с:

На основе вычисленных параметров строится естественная механическая характеристика ДПТ НВ, по двум точкам с координатами: со₀, М = 0 — точка а со_ном; М_иоы — точка в, (рис. 5.38, прямая 4).

Естественные электромеханическая и механическая характеристики двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением

Схема включения ДПТ с последовательным возбуждением (ДПТ ПВ) представлена на рис. 5.41.

Обмотка возбуждения ОВ данного двигателя включается последовательно с обмоткой якоря, т. е. в этом двигателе ток возбуждения равен току якоря. Магнитный поток Ф зависит.

Рис. 5.41. Схема включения двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением.

Рис. 5.42. Кривая намагничивания ДПТ последовательным возбуждением

от тока возбуждения или тока якоря / в соответствии с кривой намагничивания представленной на рис. 5.42.

Кривая намагничивания Ф (Г) является нелинейной функцией тока якоря, (рис. 5.42, кривая 1).Рабочая точка на кривой намагничивания для ДПТ ПВ обычно соответствует точке, А — номинальный режим работы. Аналитически выражение кривой намагничивания практически не применяется в расчётах. Расчёт естественных электромеханических и механических характеристик ДПТ последовательного возбуждения осуществляют аппроксимацией кривой намагничивания, прямой 2, рис. 5.42, либо ломаной линией ОБС, (рис. 5.42), или использованием универсальных характеристик ДПТ последовательного возбуждения определённой серии.

Рассмотрим естественные электромеханическую и механическую характеристики ДПТ при представлении кривой намагничивания прямой линией 2, (рис. 5.42). В этом случае магнитный поток машины определяется уравнением.

где  — коэффициент; (р — угол наклона прямой 2 к оси токов, (рис. 5.42); Шф, т1 — масштабы представления потока и тока на рис. 5.42, если расчет ведется в абсолютных величинах.

Подставляя (5.58) в уравнение (5.51), получим зависимость для момента двигателя,.

Подставляя (5.58) в уравнение (5.54), получим уравнение электромеханической характеристики ДПТ последовательного возбуждения

Заменяя в уравнении (5.60) ток через момент из (5.59), получим уравнение механической характеристики ДПТ ПВ.

Из анализа уравнений (5.60) и (5.61) следует, что зависимости со (1) и со (М) для данного ДПТ являются гиперболическими, при этом с приближением тока и момента к нулю (/ -" 0, М —" 0) частота вращения стремится к бесконечности (со-+со). Если ток или момент стремятся в бесконечность (/-> со, А/ -> оо), то частота вращения ДПТ асимптотически приближается к величине (рис. 5.43). При изменении тока и момента ДПТ в пределах от нуля до номинальных значений характеристики находятся в первом квадранте со (1), со (М).

Снижение частоты вращения ДПТ до нуля происходит при токах 1_Ю и моментах М_п значительно превышающих их номинальные значения (рис. 5.43).

При представлении кривой намагничивания ломаной линией ОБС, (рис. 5.42), точку перелома характеристики (точка Б) выбирают при токе якоря (возбуждения) 1*_в = 0,95.

В этом случае в диапазоне изменения токов якоря (возбуждения) от нуля до 0,951_Виом (участок ОБ) уравнения естественных электромеханической и механической характеристик соответствуют (5.60) и (5.61), так как магнитный поток ДПТ зависит от тока якоря — уравнение (5.58).

В диапазоне изменения токов якоря выше 0,951_Н0М магнитный поток двигателя является постоянным (участок БС, рис. 5.42), Ф = const. Поэтому в этом режиме электромеханическая и механическая характеристики ДПТ последовательного возбуждения строятся по уравнениям (5.54), (5.55) и являются прямыми линиями.

На рис. 5.43 представлены естественные электромеханическая и механическая характеристики ДПТ, которые состоят из двух участков: первый участок I (от 0 до /^построен по уравнениям (5.60) и (5.61); второй участок II (Г > Г_Б) построен по уравнениям (5.54) и (5.55).

Из анализа естественной механической характеристики ДПТ последовательного возбуждения (рис. 5.43,6) следует, что она имеет переменную и достаточно малую жесткость и поэтому её часто называют «мягкой».

Рис. 5.43. Естественные характеристики ДПТ последовательного возбуждения: а — электромеханическая; б — механическая.

С увеличением момента М на валу ДПТ частота вращения вала уменьшается, а при малых моментах частота — увеличивается и может превысить максимально допустимое значение (двигатель идет «вразнос»).

Поэтому необходимо в схеме управления ДПТ последовательного возбуждения предусмотреть ограничение максимальной частоты вращения.

ДПТ последовательного возбуждения применяются в механизмах с тяжелыми условиями пуска (при малых частотах момент максимальный) и широким диапазоном изменения момента сопротивления. В частности большинство стартерных электродвигателей автомобилей — это ДПТ последовательного возбуждения. Они применяются также в электровозах, электрокарах и т. д.