Электромеханические и механические характеристики двигателей постоянного тока

МЕХАНИЧЕСКИЕ И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА С НЕЗАВИСИМЫМ (ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ) ВОЗБУЖДЕНИЕМ.

Электромеханические свойства ДПТ зависят от системы возбуждения. Различают ДПТ независимого (параллельного) (ДПТ НВ), последовательного (ДТП ПВ) и смешанного (ДПТ СВ) возбуждения.

Рассмотрим простейшую электрическую принципиальную схему включения двигателя постоянного тока независимого возбуждения (рис. 2.2). К якорю электродвигателя прикладывают напряжение сети постоянного тока U_c = U, которое в установившемся режиме уравновешивается ЭДС (?) двигателя и падением напряжения в цепи якоря (/_яЛях).

Для улучшения процесса коммутации тока и получения благоприятной коммутации в машине предусмотрены добавочные полюса (ДП), обмотки которых включают последовательно в цепь.

Рис. 2.2. Электрическая принципиальная схема включения двигателя постоянного тока независимого возбуждения якоря. Различают следующие степени искрения: 1,0 — отсутствие искрения; 1,25 —слабое точечное искрение под небольшой частью щетки; 1,5 —слабое искрение под большей частью щетки; 2,0 — искрение под всем краем щетки; 3,0 — значительное искрение под всем краем щетки с крупными и вылетающими искрами. Длительная работа машины допустима при искрении 1; 1,25, которое не приводит к почернению коллектора и появлению нагара на щетках. При степени искрения 1,5 появляются следы почернения на коллекторе, которые легко устраняются бензином. Степень искрения 2,0 допускается при кратковременных перегрузках, степень 3,0 вообще недопустима.

Компенсационную обмотку (КО) закладывают в пазы на главных полюсах, она предназначена для компенсации реакции якоря.

Обмотка добавочных полюсов и компенсационная обмотка предназначены для вспомогательных целей, поэтому их влияние учитывают только активными сопротивлениями и индуктивностями указанных обмоток ДП и КО.

Основные величины и формулы. Работу электродвигателя постоянного тока в общем случае характеризуют следующие основные величины:

М— электромагнитный момент, развиваемый электродвигателем, Н • м;

М_с — момент сопротивления (нагрузка, статический момент), создаваемый производственным механизмом, Н • м;

4 — сила тока якоря электродвигателя, А;

U — напряжение, приложенное к якорной цепи, В;

Е — электродвижущая сила машины постоянного тока (для электродвигателя ее называют противоЭДС, так как здесь она направлена навстречу напряжению U и препятствует протеканию тока), В;

Ф —магнитный поток, создаваемый в электродвигателе при протекании тока по обмотке возбуждения, Вб;

/?_я1 — сопротивление цепи якоря, Ом;

со — угловая скорость якоря электродвигателя, рад/с [вместо со часто употребляют частоту вращения п, об/мин или мин^-1, п = 60со/(2л)].

Взаимосвязь приведенных выше величин отражена в следующих формулах:

где du>/dt — угловое ускорение вала электродвигателя, рад/с²; J— момент инерции системы электоопоивопа. кг-м²: к — конструктивная постоянная электоодвигателя, кp_nN/{2nc^) р_п — число пар главных полюсов; 7V — число активных проводников якоря; а' — число пар параллельных ветвей якоря; Р_ш — электромагнитная мощность.

Формула (2.1) — это видоизмененная запись основного уравнения движения электропривода М — М_с = Jcko/dt. Нетрудно видеть, что основное уравнение движения — аналог закона Ньютона а — F/m. Разница лишь в том, что для вращательного движения линейное ускорение а заменяют угловым ускорением dm/dt, массу т — моментом инерции /, силу F— динамическим моментом М_д, равным разности момента электродвигателя М и статического момента Л/_с.

В формуле (2.2) отражен принцип действия генератора постоянного тока, основанный на законе электромагнитной индукции. Для того чтобы появилась ЭДС, достаточно вращать якорь с некоторой скоростью со в магнитном потоке Ф. ЭДС (?) в машине получить невозможно, если отсутствует хотя бы одна из величин: со (электродвигатель не вращается) или Ф (машина не возбуждена).

Согласно формуле (2.3) на основании закона ток /_я в цепи якоря протекает в двигателе под действием приложенного к якорю напряжения U. Значение этого тока ограничивается вырабатываемой при вращении электродвигателя противоЭДС (Е) и сопротивлением цепи якоря.

В формуле (2.4) отражен принцип действия электродвигателя постоянного тока (создание вращающего момента), основанный на законе взаимодействия тока в проводнике и магнитного поля. Для этого нужно создать магнитный поток Ф и пропустить ток /_я по обмотке якоря. Момент всегда будет, если есть поток Ф и ток якоря /_я.

В формулах (2.1)—(2.4) описаны все основные процессы в электродвигателе постоянного тока.