Уравнение статического падения скорости для естественной характеристики дпт нв (5 видео)

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.

Содержание

Схема двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)
Механическая характеристика двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)
Расчет естественной механической характеристики двигателя постоянного тока с независимым возбуждением по номинальным данным
Естественные электромеханическая и механическая характеристики двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением
Электромеханические свойства двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)
🎦 Видео

Видео:Регулирование частоты вращения двигателей постоянного токаСкачать

Схема двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)

Видео:В чём разница между НАПРЯЖЕНИЕМ и ТОКОМСкачать

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

Видео:Электродвигатель постоянного тока. Принцип работы.Скачать

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).

Видео:Асинхронные и Синхронные двигатели и генераторы. Мощный #энерголикбез ПЕРСПЕКТИВЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙСкачать

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.

Видео:Модуль №4. Частотное регулирование скорости асинхронного двигателяСкачать

Электромеханические свойства двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)

Дата добавления: 2015-09-15 ; просмотров: 3079 ; Нарушение авторских прав

Обычная схема включения двигателя постоянного тока независимого возбуждения представлена на рис. 1. Якорь двигателя М и его обмотка возбуждения ОВ обычно получают питание от разных, независимых друг от друга источников (преобразователей) напряжения U и Uв, что позволяет отдельно регулировать напряжение на якоре двигателя и на обмотке возбуждения и выполнять их на разное номинальное напряжение. Лишь при наличии сети постоянного тока или при нерегулируемом преобразователе в якорной цепи обмотка возбуждения питается от того же источника напряжения, что и якорь двигателя. Но и в этом случае ток возбуждения I_в не зависит от тока I якоря двигателя.

Направления тока I и ЭДС вращения двигателя Е, показанные на рис. 1, соответствуют двигательному режиму работы, когда электрическая энергия потребляется двигателем из сети (от источника напряжения U) и преобразуется в механическую энергию, мощность которой равна Р = Мω. Зависимость же между М и ω двигателя определяется его механической характеристикой.

Аналитическое выражение механической характеристики двигателя может быть получено из уравнения равновесия напряжений, составленного для якорной цепи схемы (рис. 1). При установившемся режиме работы двигателя приложенное напряжение U, В, уравновешивается падением напряжения в якорной цепи IR и наведенной в якоре ЭДС вращения Е, В, т. е.

здесь I — ток в якорной цепи двигателя, A; R — суммарное сопротивление якорной цепи, Ом, включающее внешнее сопротивление резистора Rp и внутреннее сопротивление якоря двигателя Rя (при наличии дополнительных полюсов учитывается и их сопротивление);

где c — коэффициент, зависящий от конструктивных данных двигателя, c = pN/2na (p — число пар полюсов двигателя; N — число активных проводников . обмотки якоря; а — число пар параллельных ветвей обмотки якоря); Ф и ω — соответственно магнитный поток, Вб, и угловая скорость двигателя, рад/с.

Если в (1) вместо Е подставим ее значение Е из (2), то получим уравнение для скорости двигателя

, (3)

Уравнение (3) представляет собой зависимость скорости двигателя от тока якоря. Такую зависимость называют электромеханической характеристикой двигателя.

Электрическая схема замещения (с учетом противоЭДС)

R – активное сопротивление обмотки;

L – индуктивность якорной цепи.

Полная система уравнений, описывающих ДПТ НВ:

Уравнение движения привода:

Для получения уравнения механической характеристики необходимо подставить (3) значение тока I, найденное из (4), получим выражение для механической характеристики:

(5)

(6)

Коэффициент k принимается постоянным, не зависящим от нагрузки, если у двигателя с независимым возбуждением имеется компенсационная обмотка. Он может считаться неизменным, если для обычных двигателей пренебречь реакцией якоря.

Из (5) видно, что механическая характеристика двигателя ω=f(М) при неизменных параметрах U, Ф и R представляется прямой линией.

На рис. 2 представлены механические характеристики двигателя независимого возбуждения для различных сопротивлений якорной цепи. Как видно из (5), при М = 0 все характеристики проходят через одну точку, лежащую на оси ординат. Угловая скорость в этой точке имеет вполне определенное значение, не зависящее от сопротивления якорной цепи. Эта скорость носит название скорости идеального холостого хода и определяется выражением

При скорости идеального холостого хода, когда ток в якорной цепи равен нулю, ЭДС якоря, направленная навстречу приложенному напряжению, равна ему по абсолютному значению. Если двигатель до приложения нагрузки работал с угловой скоростью ω₀, то при появлении на его валу момента сопротивления угловая скорость будет снижаться. Следствием этого будет уменьшение ЭДС вращения Е согласно (2) и увеличение тока якоря в соответствии с (1) и момента двигателя по (4). Угловая скорость будет снижаться до тех пор, пока момент двигателя не сравняется с моментом сопротивления. Разность значений установившихся скоростей электропривода до и после приложения заданной статической нагрузки называется статическим падением (перепадом) скорости электропривода. Второй член (6) характеризует собой статическое падение угловой скорости (перепад) относительно угловой скорости идеального холостого хода:

Таким образом, уравнение для скорости двигателя может быть записано так:

Верхняя характеристика из семейства, приведенного на рис.2 называется естественной. Естественной характеристикой называется такая характеристика двигателя, которая получается при отсутствии внешних резисторов в якорной цепи и номинальных значениях напряжения и магнитного потока двигателя.

М_хх – момент холостого хода;

w_хх – скорость холостого хода;

М_ном – номинальный момент.

Естественная характеристика самая жесткая (соответствует b). При уменьшении b возрастает Dw, то есть характеристика менее жесткая (соответствует b₁, b₂).

М_кз может формироваться лишь аварийно, при прямом пуске двигателя:

w=0 точка короткого замыкания. М_кз=(10…20)М_ном. Такой режим не допустим даже кратковременно, М_к.з.>>λМ_ном

Физические ограничения М_доп:

Длина дуги пропорциональна квадрату тока: ℓ_дуги»I_я 2 .

При М_кз дуга перекрывает промежуток между щетками двигателя, что соответствует короткому замыканию (это называется перекрытием коллектора или круговым огнем по коллектору и, как следствие, двигатель выходит из строя).

Реальная перегрузочная способность ДПТ .

l≤2…2,5 – превышение можно допускать лишь на очень короткий срок.

Но существуют специальные серии двигателей с полым якорем, с печатным якорем, которые допускают перегрузки до l=5…7.

Ламели изготовляются из меди.

2.2. Энергетика ДПТ НВ.

Потери в двигателе пропорциональны снижению скорости Δω под действием нагрузки М_с

Докажем это утверждение.

Пусть двигатель работает под нагрузкой М_с=М_ном на механической характеристике А’В.

Рабочая точка В. Оценим потери в двигателе.

Отдаваемая механическая мощность (см. рис):

Потребляемая из сети электромагнитная мощность:

Здесь использовано:

Потери в двигателе

В масштабе рисунка, механическая мощность равна площади прямоугольника В’ВСО:

а соответственно, потребляемая мощность и потери:

Площадь потерь заштрихована на рисунке.

Таким образом, потери ΔР тем больше, чем больше просадка скорости Δω=АВ под нагрузкой относительно скорости идеального холостого хода. Этими представлениями будем пользоваться для сопоставления энергетики различных способов регулирования скорости двигателя.

Самая плохая энергетика – точка С:

Вся потребляемая энергия переводится в тепло. Р_эл=U_ном∙I _ном.

Чем мягче характеристика двигателя, тем больше в нем внутренние потери.