Волченсков В.И. Исследование двигателей постоянного тока с параллельным возбуждением (2011), страница 2

ВоспользуемсяуравнениемРис. 2. Механическая n(M)и электромеханическаяn(Iя) характеристики ДПТnD = U / (СЕФ) – MD(Rя ++ Rдоп.п) / (СЕСМФ2).3. РАСЧЕТ ИСКУССТВЕННЫХ МЕХАНИЧЕСКИХХАРАКТЕРИСТИК n(M) ПРИ РАЗНЫХ СПОСОБАХРЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ДПТРасчет n(M) при уменьшении напряженияисточника питания в цепи якоряВлияние U на вид характеристики n(M). Выражения для электромеханической n(Iя) и механической n(M) характеристик имеютвидn = U / (СЕФ) – Iя(Rя + Rдоб.п) / (СЕФ) = n0 – Δn,n = U / (СЕФ) – M(Rя + Rдоб.п) / (С Е С МФ2) = n0 – Δn.Как следует из приведенных выражений, при уменьшении напряжения на якорной обмотке U и неизменном магнитном потоке(Ф = const) частота n0 снижается пропорционально U, а Δn остается неизменным при одинаковых значениях момента М. Значит,наклон характеристики n(M) не меняется.При уменьшении напряжения (U = Uq1), приложенного к обмотке якоря, получаем искусственную характеристику n(M), смещенную вниз относительно естественной характеристики n(M)(рис.

3).8Расчет искусственной характеристики n(M) при U = Uq1.Для построения искусственной характеристики n(M) в силу ее линейности достаточно рассчитать координаты двух точек, например:– для режима холостого ходаМ = 0; n0 = U /(СЕФ) = Uq1 / (СЕФ) = n0q1;– при номинальной нагрузкеМ = Мн; nн = U / (СЕФ) – Mн(Rя + Rдоб.п) / (СЕСМФ2).На общем графике строим естественную n(M) и искусственную n(M) характеристики (см.

рис. 3).Коэффициент регулирования kD призаданном MD. Вычисляем коэффициентрегулирования kD частоты вращения nпри изменении напряжения источникапитания U = Uq1 и моменте нагрузкиMD = Mнt : kD = nD / nD. Здесь nD – частота Рис. 3. Влияние напряжевращения, соответствующая моменту ния источника на вид меMD, при работе ДПТ на естественной ха- ханической характеристики n(M) ДПТрактеристике n(M); эту частоту вычислили раньше при рассмотрении естественной характеристики (см.с. 8); nD – частота вращения, соответствующая моменту MD, приработе ДПТ на искусственной характеристике n(M) при том же моменте нагрузки MD и пониженном напряжении U1 = U1q1.Далее необходимо показать преимущества и недостатки данного метода регулирования n и сделать выводы о целесообразности его применения.Расчет характеристики n(M) при введениидобавочного сопротивления Rя.доб в цепь якоряВлияние Rя.доб на вид характеристики n(M). Электрическаясхема, соответствующая реостатному регулированию n ДПТ, приведена на рис.

4.Уравнение механической характеристики n(M) при использовании реостатного регулирования выглядит следующим образом:n = U / (СЕФ) – M(Rя + Rдоб.п+ Rя.доб) / (СЕСМФ2) = n0 – Δn.9Рис. 4. Электрическая схемаДПТ, соответствующая реостатному регулированию nРис. 5. Естественная и реостатная характеристики n(M)ДПТПри введении Rя.доб возрастает Δn и увеличивается наклон характеристики n(M). При этом n0 = U/(CЕФ) не меняется, значит,естественная и реостатная характеристики n(M) выходят из однойточки (режим холостого хода, М = 0, рис. 5).Расчет реостатной характеристики n(M). Для построенияреостатной характеристики n(M) необходимо знать координатыдвух точек:– для режима холостого хода n0 = U / (CЕ Ф) при М = 0;– при номинальном режиме М = Мнnн = U / (CЕФ) – Mн(Rя + Rдоб.п + Rя.доб) / (СЕСМ Ф 2).На общем графике строим естественную n(M) и искусственную n(M) характеристики (см.

рис. 5).Коэффициент регулирования kD при заданном МD. Определимизменение частоты вращения ДПТ при регулировании n с помощью Rя.доб при моменте нагрузки MD = Мнt.Значение nD, соответствующее работе ДПТ на естественнойхарактеристике и моменту нагрузки MD = Mнt, определено раньше(см. с. 8).Вычислим частоту вращения nD при работе ДПТ на искусственной реостатной характеристике с добавочным сопротивлениемв цепи якоря Rя.доб = Rяq2.При моменте нагрузки MD = Мнt определяемnD = U / (CЕФ) – MD(Rя + Rдоб.п + Rя.доб) / (СЕСМФ2).Коэффициент регулирования частоты вращения составляетkD = nD / nD.10Далее необходимо показать преимущества и недостатки данного метода регулирования n и сделать выводы о целесообразности его применения.Расчет n(M) при уменьшении потока возбужденияВлияние потока возбуждения Ф на вид характеристики n(M).На рис.

6 приведена электрическая схема, соответствующая регулированию частоты вращения n ДПТ при уменьшении магнитногопотока возбуждения (Ф = Фq1).Рис. 6. Электрическая схема, соответствующая регулированию n ДПТ изменением потока возбужденияРис. 7. Естественная и искусственная характеристики n(M) при изменении потока возбужденияПри введении добавочного сопротивления в цепь обмоткивозбуждения Rв.доб уменьшается ток возбуждения Iв и магнитныйпоток (Ф < Ф) , создаваемый обмоткой возбуждения.В соответствии с уравнением механической характеристикиn = U / (СЕФ) – M(Rя + Rдоб.п) / (СЕСМ (Ф/)2) = n0 – Δnс уменьшением магнитного потока Ф частота вращения n двигателя на рабочем участке характеристики n(M) возрастает (рис.

7).При этом по сравнению с естественной характеристикой у искусственной меняются и n0, и Δn.Для построения искусственной характеристики n(M) при Ф == Фq1 необходимо определить координаты двух точек:а) в режиме холостого хода при М = 0 и n0 = U / (СЕФ);б) при номинальной нагрузке М = Мнn = U / (СЕФ) – Mн(Rя + Rдоб.п) / (СЕСМ(Ф)2) = n0 – Δn.11Коэффициент регулирования kD при заданном MD. Определимизменение частоты вращения ДПТ при регулировании n уменьшением потока возбуждения (Ф = Фq1).Значение частоты вращения ротора ДПТ на естественной характеристике nD при заданном моменте нагрузки MD = Мнt установили раньше (см. с. 8).Значение частоты вращения nD ДПТ при работе на искусственной характеристике при уменьшении потока возбуждения (Ф == Фq1) и моменте нагрузки MD = Mнt определяем какnD = U / (СЕФ) – MD(Rя + Rдоб.п) / (СЕСМ (Ф)2).Коэффициент регулирования частоты вращения nkD = nD / nD.Далее необходимо показать преимущества и недостатки рассмотренного метода регулирования и сделать выводы о целесообразности его применения.

Затем провести сопоставление трех рассмотренных методов регулирования n.4. РАСЧЕТ ИСКУССТВЕННЫХ МЕХАНИЧЕСКИХХАРАКТЕРИСТИК n(M) ПРИ РАЗНЫХ СПОСОБАХТОРМОЖЕНИЯ ДПТРассмотрим три основных способа электрического торможения ДПТ: генераторное, динамическое и противовключением.Генераторное торможениеУсловие перехода ДПТ в режим генераторного торможения.Электрическая схема двигателя постоянного тока приведена нарис.

8. Направление тока Iя на схеме соответствует работе машиныв режиме двигателя (Е↑↓Iя; Р < 0), электрическая энергия потребляется из сети.На графике механической характеристики n(M) (рис. 9) этомусоответствует точка 1, в которой n < n0 и E < U (n0 – частота вращения ротора ДПТ в режиме холостого хода (М = 0)).Уравнение механической характеристикиn = U / (СЕФ) – M(Rя + Rдоб.п) / (СЕСМФ2) = n0 – Δn,12где М = СМФIя – момент, развиваемый двигателем; Iя = (U – E) / Rя –ток в цепи якоря; Е = СЕФn – ЭДС в обмотке якоря.Рис.

8. Электрическая схема ДПТпри генераторном торможенииРис. 9. Генераторное торможение ДПТРежим генераторного (рекуперативного) торможения наступает, когда частота вращения ротора n оказывается больше частотывращения ротора в режиме холостого хода n0 (см. рис. 9, точка 2).При n > n0 E > U, и ток якоря Iя становится отрицательным, т. е.меняет направление. Ток якоря и ЭДС оказываются направленнымив одну сторону (Е↑↑Iя, Р > 0), машина постоянного тока работает врежиме генератора, электрическая энергия отдается в сеть.Рабочая точка машины постоянного тока находится во второмквадранте (точка 2 на рис.

9).Так как ток якоря Iя поменял направление и стал отрицательным, соответственно меняет направление и момент: тоже становится отрицательным, т. е. тормозит вращение ротора (М = Мт < 0).По условию задания требуется рассчитать тормозную реостатную характеристику, соответствующую генераторному торможению и обеспечивающую при заданном моменте торможения Мтчастоту вращения nт (точка 3 на рис. 9).

Решение этой задачи проводим в два этапа.На первом этапе рассчитываем частоту вращения nтЕ приработе ДПТ на естественной характеристике (Rя.доб = 0) и при заданном тормозном моменте Мт = –Mнt:nтЕ = U / (СЕФ) – Mт(Rя + Rдоб.п) / (СЕСМФ2).На втором этапе определяем добавочное сопротивлениеRя.доб, вводимое в цепь якоря и обеспечивающее прохождение реостатной характеристики n(M) через точку 3 с координатами Мт иnт (Mт = –Mнt, nт = nнh1), для чего воспользуемся выражением13nт = U / (СЕФ) – Mт(Rя + Rдоб.п+ Rя.доб) / (СЕСМФ2).Задавая числовые значения Мт и nт, находим Rя.доб.После этого необходимо рассчитать и построить на одном графике естественную nтЕ(M) и реостатную nт(M) механические характеристики, соответствующие генераторному торможению (см.рис.