Схема включения и основные соотношения для двигателей постоянного тока независимого возбуждения

Модуль 2. Электромеханические и регулировочные свойства двигателей постоянного тока независимого возбуждения

2.1 Схема включения и основные соотношения для двигателей постоянного тока независимого возбуждения

Вплоть до последнего времени двигатели постоянного тока являлись основой для регулируемого электропривода различных механизмов. Несмотря на интенсивное внедрение регулируемого электропривода переменного тока в последние годы и тенденцию постепенной замены приводов постоянного тока регулируемым приводом переменного тока, регулируемый электропривод постоянного тока находит широкое применение в промышленности. Поэтому следует рассмотреть основные характеристики и режимы работы двигателей постоянного тока.

Двигатели постоянного тока могут иметь независимое, последовательное и смешанное возбуждение. В зависимости от схемы возбуждения будут различаться и механические характеристики двигателей.

Двигатели независимого возбуждения могут иметь электромагнитное возбуждение  и возбуждение от постоянных магнитов. Последнее применяется для  высоко динамичных двигателей мощностью до 20 кВт.

Схема включения двигателя независимого возбуждения с электромагнитным возбуждением приведена на рис. 2.1

На рисунке приняты следующие обозначения:

 и  - токи якоря и обмотки возбуждения;

U и – напряжение на зажимах двигателя и ЭДС двигателя;

Рекомендуемые материалы

и  – угловая скорость и момент двигателя;

 – дополнительные сопротивления в цепи якоря и обмотки возбуждения.

R_я, L_я – сопротивление и индуктивность обмотки якоря двигателя;

Rв,Lв – сопротивление и индуктивность обмотки возбуждения двигателя.

 – полное сопротивление в якорной цепи   двигателя;

R_дп,R_ко – сопротивления обмотки дополнительных полюсов и компенсационной обмотки.

 – напряжения питания обмотки якоря и обмотки возбуждения.

В схеме могут быть два, либо один источник напряжения. В последнем случае обмотка возбуждения подключена параллельно якорю (при U=220В или 440В). Однако, чаще применяют независимое питание обмотки возбуждения двигателя, особенно в схемах, где применяется регулирование скорости изменением напряжения якоря и тока возбуждения двигателя.

Прежде чем представить математическое описание двигателей постоянного тока, принимаем следующие допущения: в машине не проявляется действие реакции якоря, ток возбуждения однозначно определяет магнитный поток Ф (), т.е. магнитная система машины не насыщена, щетки расположены на геометрической нейтрале, т.е. коммутация идеальная и др.

В этом случае можно представить следующие уравнения для установившегося режима работы двигателя:

,                                      (2.1)

,                                          (2.2)

.                                      (2.3)

где– конструктивный коэффициент двигателя постоянного тока;

 – индуктивности обмотки якоря и обмотки возбуждения;

– полное сопротивление цепи якоря;

– число проводников и пар параллельных ветвей обмотки якоря;

 – число пар полюсов машины постоянного тока.

Момент на валу двигателя отличается от электромагнитного момента из-за наличия механических потерь и потерь в стали. В двигательном режиме момент на валу будет всегда меньше, а в тормозном режиме – больше электромагнитного. Т.к. разность этих моментов составляет примерно 2÷5% от номинального момента, то приблизительно можно считать, что момент на валу двигателя М_в равен электромагнитному моменту М_эм.

Знак вращающего момента зависит от направления тока якоря и магнитного потока. Поэтому для изменения направления вращения (реверсирования) двигателя постоянного тока изменяют направление магнитного потока или тока якоря.

При работе в двигательном режиме в машине происходит преобразование электрической энергии в механическую. Для этого режима имеем:

P₁=U·I_я – мощность, потребляемая двигателем из сети;

 – потери, выделяемые двигателем в обмотке якоря;

P_эм=Е·I_я – электромагнитная мощность машины.

Электромагнитная мощность – это та часть потребляемой электрической мощности, которая преобразуется в механическую, поэтому можно принять

P_эм=Е·I_я=(kФ ω)·I_я=М·ω

Последняя, в свою очередь, может быть определена следующим образом

P₂=М·ω

При совпадении направлений момента и скорости вращения машина работает в двигательном режиме и преобразует электрическую энергию в механическую. Если же эти направления не совпадают, то машина работает в генераторном режиме и преобразует механическую энергию, поступаемую с вала машины, в электрическую.

Бесплатная лекция: "Послеродовой период" также доступна.

КПД двигателя без учёта потерь на возбуждение и механические потери

                                      (2.5)

где _∆P-потери в машине могут быть найдены

_∆P=^·R=U·I_я-E·I_я

Номинальное значение КПД двигателя может быть найдено по его номинальным величинам

                                                       (2.6)