Что такое механическая характеристика дпт

2. Основные характеристики дпт

Электромеханические свойства ДПТ определяются его скоростной харак­терис­тикой n(I_я), представляющей зависимость частоты вращения n от тока якоря I_я при U = const и I_в = const.

Уравнение естественной скоростной характеристики получают из выражения (3.3), решив его относительно частоты вращения

(3.4)

С ростом нагрузки омическое падение напря­жения R_яI_я в цепи якоря возрастает, но при этом магнитный поток Ф_в уменьшается вследствие реакции якоря, под которой понимают воздействие магнитного потока якоря Ф_я на магнитный поток Ф_в, создаваемый током возбуждения. Так как падение напряжения в цепи яко­ря R_яI_я обычно оказывает более сильное влияние на частоту вращения якоря n, чем реакция якоря, то скоростная характеристика n = (I_я) имеет вид прямой падающей линии (см. рис. 20.5).

Важнейшей характеристикой ДПТ является механическая характеристика n(M), представляющая зависимость частоты вращения якоря от развиваемого ДПТ мо­мен­та при условии постоянства напряжения и соп­ротивлений в цепи якоря и в цепи воз­бу­ж­дения. Заменив ток I_я в (3.4) значением из выражения вращающего момента М = С_MФ_вI_я, получим уравне­ние естественной механической характеристики

(3.5)

Естественная механическая характеристика n = (M) двигателя постоянного тока параллельного возбуждения выведена при условии, что момент холостого хода М₀ = 0, а электромагнитный момент примерно равен моменту на валу двигателя, т. е. М_эм  М, где n₀ — час­тота вращения якоря двигателя на холостом ходу при допущении, что омическое падение нап­ряжения R_яI_я в якоре отсутствует; n — уменьшение частоты вращения якоря дви­га­теля при соответствующем увеличении момента вращения М; С_E, С_М — конструктивные коэффици­енты электродвигателя.

Если принять магнитный поток машины постоянным, т. е. Ф_в = const при токе возбуждения I_вн = const, то естественная механическая характеристика представляет собой прямую линию (см. кривую 1 на рис. 20.4), наклон которой по отношению к оси абсцисс определяется отношением

При переходе двигателя от режима холосто­го хода к номинальной нагрузке частота вра­ще­ния якоря n снижается всего лишь на 2…8 %, т. е. двигатель постоянного тока параллельного возбуждения обладает жесткой скоростной характеристикой.

При введение пускового реостата в цепь якоря уменьшается жесткость механической характеристики (см. реостатные механические характеристики 2…4 на рис. 20.4), что приводит к снижению частоты вращения при определенном моменте сопротивления М_с на валу, создаваемом, например, определенным током электромагнитного тормоза ЭМТ (см. рис. 20.3).

Практическое значение имеют рабочие характеристики ДПТ.

Зависимость М = (I_я) называется моментной характеристикой двигателя. При установившемся режиме работы двигателя электромагнитный момент вращения М связан с током I_я якоря уравнением

М_эм = С_МI_яФ_в = М₀ + М.

Момент холостого хода М₀ мало изменяется при нагрузке; он опре­де­ляется мощ­но­стью Р₀, потребляемой двигателем из сети в режиме холостого хода. Так как отноше­­ние М₀/М_н  3…8%, то, пренебрегая моментом М₀, можно принять М_эм  М = С_МI_яФ_в. При этом условии построение характеристики М = (I_я) начинают из начала координат (рис. 20.5). С увеличением тока I_я в якорной обмотке магнитный поток Ф_в уменьшается за счет размагничивающего действия реакции якоря, а потому моментная характеристика растет медленнее, чем ток I_я, отклоняясь от прямой (пунк­тирной) линии (см. рис. 3.3).

Характеристика коэффициента по­лез­ного действия  = (I_я) нарастает очень быстро при росте нагрузки от нуля (режим холостого хода) до 0,5I_ян и достигает наибольшего значения в пределах от 0,5 до 0,8 номинальной нагрузки, а затем медленно падает вследствие роста переменных потерь (см. рис. 20.5).

Электромеханические свойства двигателей постоянного тока

Двигатели постоянного тока с плавным регулированием частоты вращения находят применение в приводах различных машин, станков и установок. Наряду с широким пределом регулирования частоты вращения они дают возможность получать механические характеристики различной (требуемой) жесткости.

Из курса электротехники известно, что уравнение механической характеристики [ n =f(M) ] можно записать в виде

где коэффициенты Се и См зависят от конструктивных данных двигателя; U — напряжение сети; Ф — магнитный поток двигателя; R — сопротивление цепи якоря.

Формула показывает, что если U, R и Ф постоянны, механическая характеристика двигателя параллельного возбуждения представляет прямую линию (рис.). Если в цепи якоря нет сопротивлений, то механическая характеристика естественная (прямая 1, рис.а). Точка А соответствует номинальной частоте вращения n н, а n o называют частотой идеального холостого хода. Жесткость характеристики определяется сопротивлением двигателя R’, куда входит сопротивление обмотки якоря, дополнительных полюсов, компенсационной обмотки, щеток. Влияние сопротивления в цепи якоря на характеристику иллюстрируется прямыми 2 и 3 (см. рис.а).

Рис. 1. Механические характеристики двигателей постоянного тока: а — при изменении сопротивления в цепи ротора, б — при изменении напряжения в цепи якоря двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, в — при регулировании частоты вращения шунтированием обмотки возбуждения двигателя с последовательным возбуждением, г — при различных режимах торможения.

Формула позволяет оценить влияние напряжения U и потока Ф. При изменении U механическая характеристика двигателя с независимым возбуждением смещается параллельно естественной (рис.б); частота вращения холостого хода при постоянных R и U изменяется обратно пропорционально потоку.

Из формулы при n = 0 имеем

т. е. пусковой момент пропорционален потоку.

Таким образом, частота вращения двигателя может регулироваться изменением магнитного потока, напряжения, подводимого к обмотке якоря, введением сопротивлений в цепь якоря.

Регулирование частоты вращения двигателя изменением Ф применяют довольно часто, так как регулирование происходит плавно, без больших потерь энергии, поддается автоматизации. Диапазон регулирования в сторону увеличения частоты вращения не превышает 1:4, его можно расширить введением небольшой стабилизирующей обмотки последовательного возбуждения наряду с обмоткой дополнительных полюсов.

Регулирование частоты вращения изменением напряжения, подаваемого в цепь якоря двигателя, широко используют у двигателя независимого возбуждения (рис.б). В настоящее время выпускают двигатели с диапазоном регулирования до 1:8, диапазон увеличивается при применении тиристорных преобразователей.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Ранее на эту тему: Электропривод

Механические характеристики электродвигателей и производственных механизмов

Механические характеристики любых механизмов играют важную роль во время конструирования электропривода, ведь любая деталь влияет на его работу.

Механическая характеристика – это зависимость нескольких факторов между собой. В случае характеристики механизма, то это пропорция угловой скорости на момент сопротивления механизма.

Существует порядка четырёх видов характеристик механизмов:

1. Х-ка с моментом сопротивления (который никак не связан с темпом). Пример: подъемные краны, лебедки и прочее.
2. Х-ка с моментом сопротивления, который связан со скоростью (линейная зависимость). Пример: генератор постоянного тока.
3. Х-ка с нелинейным ростом момента сопротивления. Пример: вентилятор, гребной винт.
4. Х-ка со спадающим сопротивлением (нелинейно). Пример: токарный станок.

Характеристика электродвижка — отношение угловой скорости к вращающему моменту. Для того чтобы оценить свойства характеристик существует их жёсткость.

Мягкая характеристика — темп сильно меняется при слабом изменении загрузки. Примером может быть двигатель с постоянным типом напряжения.

Жесткая характеристика — темп меняется при меняющейся загрузке. Пример: движок постоянного тока (синхронное возбуждение).

Абсолютно жесткая характеристика — константный темп оборотов движка во время меняющейся загрузки мотора. Пример: синхронный двигатель.

Естественная механическая характеристика — когда двигатель работает в условиях исходных параметров. Двигатель каждого вида имеет только одну такую характеристику. В отличие от других, которые имеют бесконечное число.

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) В этом двигателе (рисунок 1) обмотка возбуждения подключена к отдельному источнику питания. В цепь обмотки возбуждения включен регулировочный реостат r_рег, а в цепь якоря — добавочный (пусковой) реостат R_п. Характерная особенность ДПТ НВ — его ток возбуждения I_в не зависит от тока якоря I_я так как питание обмотки возбуждения независимое.

Схема двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)

Механическая характеристика двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)

Уравнение механической характе­ристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения имеет вид

где: n₀ — частота вращения вала двигателя при холостом ходе. Δn — изменение частоты вращения двигателя под действием механической нагрузки.

Из этого уравнения следует, что механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) прямолинейны и пересекают ось ординат в точке холостого хода n₀ (рис 13.13 а), при этом изменение частоты вращения двигателя Δn, обусловленное изменением его механической нагрузки, пропорционально сопротивлению цепи якоря R_а =∑R + R_доб. Поэтому при наименьшем сопротивлении цепи якоря R_а = ∑R, когда R_доб = 0, соответствует наименьший перепад частоты вращения Δn. При этом механическая характеристика становится жесткой (график 1).

Механические характеристики двигателя, полученные при номинальных значениях напряжения на обмотках якоря и возбуждения и при отсутствии добавочных сопротивлений в цепи якоря, называют естественными рисунок 13.13, а (график 1 Rдоб = 0 ).

Если же хотя бы один из перечисленных параметров двигателя изменен (напряжение на обмотках якоря или возбуждения отличаются от номинальных значений, или же изменено сопротивление в цепи якоря введением R_доб), то механиче­ские характеристики называют искусственными .

Искусственные механические характеристики, полученные введением в цепь якоря добавочного сопротивления R_доб, называют также реостатными (графики 2 и 3).

При оценке регулировочных свойств двигателей постоянного тока наибольшее значение имеют механические характеристики n = f(M). При неизменном моменте нагрузки на валу двигателя с увеличением сопротивления резистора R_доб частота вращения уменьшается. Сопротивления резистора R_доб для получения искусственной механической характеристики, соответствующей требуемой частоте вращения n при заданной нагрузке (обычно номинальной) для двигателей независимого возбуждения:

где U — напряжение питания цепи якоря двигателя, В; I_я — ток якоря, соответствующий заданной нагрузке двигателя, А; n — требуемая частота вращения, об/мин; n₀ — частота вращения холостого хода, об/мин.

Частота вращения холостого хода n₀ представляет собой пограничную частоту вращения, при превышении которой двигатель переходит в генераторный режим. Эта частота вращения превышает номинальную n_ном на столько, на сколько номинальное напряжение U_ном подводимое к цепи якоря, превышает ЭДС якоря Е_{я ном} при номинальной нагрузки двигателя.

На форму механических характеристик двигателя влияет величина основного магнитного потока возбуждения Ф. При уменьшении Ф (при возрастании сопротивления резистора r_peг) увеличивается частота вращения холостого хода двигателя n₀ и перепад частоты вращения Δn. Это приводит к значительному изменению жесткости механической характеристики двигателя (рис. 13.13, б). Если же изменять напряжение на обмотке якоря U (при неизменных R_доб и R_рег), то меняется n₀, a Δn остается неизменным [см. (13.10)]. В итоге механические характеристики смещаются вдоль оси ординат, оставаясь параллельными друг другу (рис. 13.13, в). Это создает наиболее благоприятные условия при регулировании частоты вращения двигателей путем изменения напряжения U, подводимого к цепи якоря. Такой метод регулирования частоты вращения получил наибольшее распространение еще и благодаря разработке и широкому применению регулируемых тиристорных преобразователей напряжения.

Используемая литература: — Кацман М.М. Справочник по электрическим машинам