Расчет характеристик двигателя постоянного тока

Методика расчета характеристик двигателя постоянного тока, представленная на данной странице состоит из кратких теоретических сведений, порядка выполнения работы, исходных данных по вариантам, а также рассмотрены вопросы пуска, реверсирования и торможения двигателей постоянного тока.

Механической характеристикой электродвигателя называется зависимость его скорости вращения от вращающего момента, то есть кривая ω = f(M).

Различают естественные и искусственные механические характеристики. Под естественной механической характеристикой понимают характеристику, которую двигатель имеет при номинальном значении напряжения, номинальном токе возбуждения и при отсутствии в силовой цепи двигателя добавочных сопротивлений. При отсутствии этих условий механическая характеристика называется искусственной. Естественные механические характеристики различают по степени изменения скорости Δω при изменении момента на ΔM, то есть по жесткости β:

Механическую характеристику с β = 0 называют абсолютно жесткой, если β ≤ 10 %, то характеристику называют жесткой, а если β ≥ 10 %, то мягкой.

Необходимая степень жесткости характеристики достигается путем выбора двигателей соответствующего типа и посредством применения соответствующих систем управления.

Механические характеристики машин постоянного тока строятся как для режима электродвигателя, так и для режима генератора. В данной работе ограничимся построением механических характеристик двигательного режима.

Рассмотрим общую схему двигателя постоянного тока (ДПТ) с независимым возбуждением (рис. 1).

На схеме показан ДПТ с характеристиками: активное сопротивление обмотки якоря R_я, индуктивности обмоток якоря L_я; и возбуждения L_в. Обмотка якоря подключена к источнику постоянного напряжения напряжением U через добавочный резистор цепи якоря R_я, при этом в данной цепи возникает ток i_я. Обмотка возбуждения подключена к источнику постоянного напряжения напряжением U через добавочный резистор цепи возбуждения R_в, при этом в данной цепи возникает ток i_в.

Из теории известно, что угловая скорость вала ДПТ ω определяется выражением

где С – конструктивные постоянные машины; Ф – магнитный поток обмотки возбуждения; М – механический момент, приложенный к ДПТ со стороны приводимого в движение механизма.

По выражению (2) строятся три механические характеристики ДПТ:

• при изменении напряжения питания (рис. 2 а),
• при изменении добавочного сопротивления (рис. 2 б),
• при изменении магнитного потока (рис. 2 в).

Механические характеристики ДПТ при изменении напряжения питания (рис. 2 а) строят при условии R_я = const; Ф = const; U = var.
При реализации данного способа регулирования изменяется просадка скорости.
Достоинства: можно регулировать скорость вращения двигателя во всем диапазоне.
Недостатки: требует введение в цепь дополнительных потенциометрических преобразователей, что приводит к перегреву элементов электрической цепи и снижению КПД.

Механические характеристики ДПТ при изменении добавочного сопротивления (рис. 2 б) строят при условии R_я = var; Ф = const; U = const.
Данный вид регулирования используется достаточно часто в момент реверсов для перехода на новую характеристику.
Достоинства: не требует сложных дополнительных устройств для своей реализации.
Недостатки: нет возможности регулирования скорости двигателя во всем диапазоне.

Механические характеристики ДПТ при изменении магнитного потока (рис. 2 в) строят при условии R_я = const; Ф = var; U = const.
Для реализации данного способа используется рабочий линейный участок зависимости магнитного потока от напряженности поля.
Этот способ позволяет получать как жесткие, так и мягкие характеристики. Регулирование характеристик двигателя данным способом предпочтительнее.
Недостаток: магнитный поток электромеханической системы ограничен в изменении. Для большинства машин магнитный поток нельзя изменить больше чем в 2-3 раза.

В данной работе проводится исследование регулирования двигателя, исходные данные для которого заданы по вариантам в соответствующем разделе. Для этого требуется построить характеристики, выполнив следующие пункты.

1. Построить по 3-4 точкам, используя формулу (2), естественную механическую характеристику двигателя при значениях U_п, R_я, С, Ф и R_д = const = 0 Ом, если момент М изменяется в пределах от 0 до М_макс. Числовые значения параметров приведены в табл. 1.

2. На этом же графике построить семейство искусственных механических характеристик для U_п2 = 0,85·U_п, U_п3 = 0,7·U_п, U_п4 = 0,55·U_п. В итоге получится график аналогичный приведенному на рис. 2 а.

3. Повторить п.1 на следующем графике.

4. На этом же графике построить семейство искусственных механических характеристик для R_я2 = 1·R_я, R_я3 = 2·R_я, R_я4 = 3·R_я. В итоге получится график аналогичный приведенному на рис. 2 б.

5. Повторить п.1 на следующем графике.

6. На этом же графике построить семейство искусственных механических характеристик для Ф₂ = 0,8·Ф, Ф₃ = 0,6·Ф, Ф₄ = 0,4·Ф. В итоге получится график аналогичный приведенному на рис. 2 в.

Вариант задания выбирается студентом исходя из номера по списку группы.

В таблице 1 расположены общие данные по варианту.

Изучить вопросы пуска, реверсирования и торможения двигателей постоянного тока по данным из интернет-источника "Пуск, реверсирование и торможение двигателей постоянного тока" https://electricalschool.info/elprivod/913-pusk-reversirovanie-i-tormozhenie.html.

В отчете по работе качестве вывода после изучения выше обозначенного материала требуется сделать выводы о:

• методе запуска ДПТ, заданного вариантом;
• способе реверсирования ДПТ, заданного вариантом;
• методе торможения ДПТ, заданного вариантом;
• методе регулирования скорости ДПТ, заданного вариантом, в процессе работы (этот вывод делается на основании кратких теоретических сведений выше изложенной методики).

Вывод делается на предположении, что используется схема независимого возбуждения двигателя, тяжесть пуска - средняя. Двигатель приводит в движение производственный механизм не обладающий повышенной надежностью и не предназначенный для перемещения людей и грузов.