методические указания по лабораторным работам / РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы: Изучить способы расчета механических характеристик двигателя постоянного тока независимого и последовательного возбуждения.

РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДПТ

Расчет механических характеристик электроприводов с ДПТНВ в основном режиме. Механические характеристики – зависимость частоты вращения n или угловой скорости ω от электромагнитного момента двигателя n=f(M) или ω=f(M) при неизменных значениях других параметров, способных влиять на частоту вращения и величину момента двигателя (напряжение питания, величины тока и так далее).

Рис.1. Схема двигателя постоянного тока

Без учета индуктивности якорной цепи

где ω0 - скорость идеального холостого хода;

Δω - изменение угловой скорости относительно скорости холостого хода, вызванное изменением нагрузки двигателя (момента на его валу).

Все механические характеристики ДПТНВ пересекаются в точках ω0.

Регулирование частоты вращения ДПТНВ осуществляется:

- изменением сопротивления реостата rдоб в цепи якоря (только в сторону ее уменьшения от номинальной)

- изменением магнитного потока возбуждения с помощью реостата Ф в цепи обмотки возбуждения (при двухзонном регулировании)

- изменением подводимого к цепи якоря напряжения (только в низ от номинальной частоты вращения, так как подавать на двигатель напряжение выше номинального недопустимо по условиям коммутации и электрической прочности изоляции).

- импульсное регулирование (цепь якоря периодически подключается к сети). Если же хотя бы один из перечисленных параметров двигателя изменен, то механические характеристики называются искусственными.

Для ДПТ – механические характеристики прямолинейны и определяются двумя точками:

Точка А – точка холостого хода ω = ω0, M=0.

Точка Б – соответствующая номинальной нагрузке двигателя с координатами MНОМ и ωНОМ.

Для естественной характеристики точка Б определяется из каталога

Для точки А скорость холостого хода

Для построения искусственной характеристики точки Б рассчитывается число оборотов

1 – естественная характеристика при rдоб1=0

2; 3 – искусственные характеристики при rдоб1>0 rдоб2>0, и при rдоб3>rдоб4

Рис.2. Естественная и искусственные механические характеристики

При расчете механических характеристик обычно решают одну из двух задач:

По заданным координатам точки на искусственной механической характеристики при номинальной нагрузке с координатами MНОМ и nНОМ определяют сопротивление резистора M, в соответствующее этой искусственной характеристики.

По заданным значениям сопротивления резистора M и тока якоря IЯНОМ, соответствующего номинальной нагрузке двигателя, определяют частоту вращения якоря двигателя и строят искусственную механическую характеристику.

Задача 1: ДПТНВ имеет номинальные данные:

- частота вращения nНОМ=3000об/мин;

- сопротивление обмоток цепи якоря RЯ=0,17Ом;

Требуется определить сопротивление резистора rдоб, который следует включить последовательно в цепь якоря, чтобы при номинальном моменте нагрузки MНОМ частота вращения была n’НОМ=0,5 nНОМ об/мин.

Ток якоря в номинальном режиме:

Пограничная частота вращения:

Номинальный момент на валу двигателя:

Координаты точки номинального режима на естественной механической характеристики:

Номинальное сопротивление двигателя:

Сопротивление резистора M, соответствует искусственной механической характеристике с координатой частоты вращения:

Механические характеристики ЭП с рассматриваемым двигателем на рис.3:

Рис.3. Естественная и искусственная механические характеристики

Н а рис.3 цифрой 1 обозначена естественная характеристика, а цифрой 2 искусственная характеристика. В режиме искусственной механической характеристики вводится понятие номинального сопротивления, представляющего собой сопротивление RНОМ, каким должна обладать цепь якоря двигателя, чтобы при подведенном к неподвижному якорю напряжении UНОМ ток в цепи якоря был бы номинальным IЯНОМ:

Задача 2: Рассчитать координаты необходимые для построения естественной и искусственной механической характеристики ДПТНВ типа ПБС-62, если внешнее сопротивление в цепи якоря rдоб=2,4Ом.

Номинальные данные двигателя:

- частота вращения nНОМ=1000 об/мин;

Номинальный ток якоря:

Номинальное сопротивление двигателя:

Сопротивление обмоток в цепи якоря:

Пограничная частота вращения:

Частота вращения в режиме искусственной механической характеристики при номинальном моменте нагрузки:

7) По координатам n0=1069об/мин, nНОМ=1000 об/мин и MНОМ=44,9Н·м строят естественную механическую характеристику; а по координатам n0=1069об/мин, n'НОМ=714 об/мин и MНОМ=44,9Н·м, строят искусственную механическую характеристику.

РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДПТ

На рис.4 представлена схема включения ДПТ последовательного возбуждения.

Рис.4. Схема ДПТ последовательного возбуждения

Отличительный признак – ток нагрузки двигателя (ток якоря) является током возбуждения IЯ=IB=I, поэтому магнитный поток Ф зависит от нагрузки:

где С – коэффициент пропорциональности.

При том вращающий момент

то есть пропорционален квадрату тока, тогда ток

следовательно механическая характеристика ДПТ криволинейна.

Механическая характеристика не пересекает ось координат, так как при отсутствии нагрузки двигателя частота вращения возрастает неограниченно. По той причине не допускается работа ДПТПВ при нагрузке M≤0?25MНОМ.

При малых нагрузках частота вращения значительна (характеристика мягкая). При нагрузках близких к номинальной, характеристика становится более жесткой (пологой). Объясняется это тем, что при токе нагрузки IЯ≥0,8IЯНОМ магнитная система насыщается и магнитный поток возбуждения остается практически неизменным.

Для построения естественной механической характеристики n=f(M) ДПТПВ по универсальным характеристикам поступают следующим образом:

1) Определяют фактические номинальные значения тока IЯ(A), момента M(Н·м) и частоты вращения n об/мин.

2) Задаются рядом относительных значений тока нагрузки и по универсальной характеристики определяют относительные значения момента М* и частоты n*

3) Сроят естественную механическую характеристику, пересчитав через номинальное и относительное значения требуемых параметров с целью определения текущих.

Задача 3: Построить естественную механическую характеристику для ДПТПВ с техническими данными:

Номинальное значение момента

2) По полученным данным строим естественную механическую характеристику (график проходящий через точку А1)

При расчете искусственных характеристик решают так же одну из двух задач:

Либо по заданным координатам точки на искусственной механической характеристики определяют сопротивление резистора rдоб, необходимое для получения требуемой искомой характеристики.

Либо по заданным сопротивлениям rдоб определяют координаты точек искусственной характеристики.

3) Задаемся относительными значениями тока нагрузки и по универсальным естественным характеристикам определяем величины, необходимые для построения естественной характеристики двигателя сначала в относительных единицах, затем в именованных.

Рис.5. универсальная естественная характеристика

Рис.6. График естественной и искусственных механических характеристик

Задача 4: Для двигателя последовательного возбуждения (см задача выше) определить сопротивление резистора rдоб, при включении которого в цепь якоря искусственная механическая характеристика пройдет через т А2 с координатами: MНОМ=25,35Н·м, nНОМ=750 об/мин.

Номинальное сопротивление двигателя:

КПД в номинальном режиме:

Сопротивление обмоток в цепи якоря:

Сопротивление резистора rдоб

Для всех задач использовать формулировку как в приведенных примерах. Технические характеристики двигателей выбрать из таблицы согласно вариантам.