Расчет характеристик двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

1. Определяем номинальный ток, потребляемый двигателем, номинальный ток якоря и ток возбуждения.
Определим электрическую мощность, потребляемую из сети
кВт.
Тогда номинальный ток двигателя
А,
а ток возбуждения в номинальном режиме
А.
В соответствии со схемой замещения номинальный ток якоря
А.
2. Определим сопротивление пускового реостата Rп, при котором начальный пусковой ток в цепи якоря составлял бы 2,5∙Iя.ном. Заданная кратность пускового тока () составляет 2,5. Воспользуемся соотношением:
.
Откуда получим:
Ом.
3. Определим номинальный вращающий момент двигателя:
Нм.
4. Определим начальный пусковой момент двигателя при заданной кратности пускового тока. Поскольку вращающий момент двигателя связан с током якоря соотношением:
,
то при неизменном магнитном потоке:
Нм.
5. Построим в одной системе координат естественную механическую характеристику и искусственную (при введении пускового реостата Rп) механическую характеристику. Естественную механическую характеристику построим по двум точкам: (nхх; M = 0); (nном; Мном). Определим частоту холостого хода при номинальном магнитном потоке. Воспользуемся соотношением для частоты холостого хода и вычислим:
об/мин.
Таким образом, естественную механическую характеристику строим по двум точкам: (n = nхх =1538 об/мин; М = 0); (n = nном =1500 об/мин; М = Мном = 452 Нм ). Искусственную механическую характеристику (при включении пускового реостата) строим также по двум точкам: (n= nхх =1538 об/мин; М = 0); (n = 0 об/мин; М = Мп =1130 Нм ). Следует обратить внимание, что частота холостого хода при неизменном магнитном потоке остается такой же, как и для естественной механической характеристики.
Рисунок 1 - Механические характеристики двигателя: 1 – естественная,
2 – искусственная (пусковая)
Диапазон изменения частоты вращения можно определить по графику: Δn = nном – n'=1500 - 923 = 577 об/мин.
6. Рассмотрим работу двигателя при регулировании частоты вращения изменением магнитного потока (при полюсном регулировании). При этом важно учесть, что момент сопротивления исполнительного механизма не изменяется, а, следовательно, изменение магнитного потока приведет к изменению тока якоря. Введем коэффициент пропорциональности магнитного потока:
,
где α = 1; 0,8; 0,5. Тогда, сравнивая соотношения и , можно видеть:
.
При этом получаем, что изменяющийся ток якоря будет связан с номинальным соотношением:
.
Каждая из трех механических характеристик может быть построена по двум точкам. Для естественной механической характеристики (α = 1) данные получены ранее. Для двух других характеристик (при α = 0,8 и α = 0,5) будем использовать соотношения
;
Результаты расчетов сведем в таблицу 2.
Таблица 2 - Частота вращения при Фном; 0,5∙Фном; 0,8∙Фном
α 1 0,8 0,5
nхх, об/мин;
М = 0 1538 1923 3076
n, об/мин;
М = Мном
1500 1863 2924
Построим семейство механических характеристик (см. рисунок 2).
Рисунок 2 - Механические характеристики
1 – естественная механическая характеристика;
2-3 – искусственные (при α = 0,8 и α = 0,5 соответственно)
Контрольные вопросы
1 . Для чего предназначены машины постоянного тока (МПТ)?
В основном машины постоянного тока используются в качестве двигателей. Эти устройства используются для привода различных механизмов на транспорте (электровозы, тепловозы, поезда, электромобили, на морских и речных судах), в черной металлургии (прокатные станы, транспортеры), станкостроении, в системах автоматического регулирования и т. д.
2. Для чего предназначен коллектор машины?
Коллектор в электрических машинах выполняет роль выпрямителя переменного тока в постоянный (в генераторах) и роль автоматического переключателя направления тока во вращающихся проводниках якоря (в двигателях).
3. Какой обмоткой создается магнитное поле МПТ?
Обмоткой возбуждения.
4. Какой физический закон лежит в основе принципа работы генератора постоянного тока?
Принцип действия генератора основан на законе электромагнитной индукции — индуцировании электродвижущей силы в прямоугольном контуре (проволочной рамке), находящейся в однородном вращающемся магнитном поле.
5. Как создается магнитный момент в машине?
В основе работы электрических машин лежат проявления магнитного поля. В частности электромагнитный вращающий момент возникает при взаимодействии магнитного поля, создаваемого в электрической машине, с электрической обмоткой, в которой замыкается ток (силовое действие магнитного поля).
При работе электрической машины ее обмотки перемещаются относительно магнитного поля. При этом в обмотках индуцируется ЭДС (индукционное действие магнитного поля). Совместное действие этих проявлений магнитного поля определяет свойства и характеристики электрической машины.
6. Запишите выражение ЭДС МПТ и поясните, какие величины в него входят.
,
СЕ - конструктивная постоянная ЭДС, Ф - магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, расположенной на главных полюсах, n – частота вращения якоря, измеряемая в оборотах в минуту.
7. Запишите выражение электромагнитного вращающего момента МПТ и поясните, какие величины в него входят.
,
где См - конструктивная постоянная момента, Iя – ток якоря, Ф – основной магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения, расположенной на главных полюсах.
8. Виды потерь в машине постоянного тока.
Механические потери – это потери на трение на валу машины и трение о вращающегося якоря о воздух. Магнитные потери – это потери в сердечнике якоря на вихревые токи и гистерезис. В насыщенном сердечнике эти потери не зависят от режима работы. Добавочные потери связаны с наличием в машинах постоянного тока щеточно-коллекторного аппарата и определяются равными одному проценту от номинальной мощности ( Pдоб 0,01Рном).
9. Определение коэффициента полезного действия машины. Зависимость КПД от нагрузки.
Зависимость КПД двигателя от нагрузки представлена на рис.
10. Способы возбуждения в МПТ. Схемы и определения.
- независимого возбуждения (В машинах независимого возбуждения ток возбуждения не зависит от напряжения на зажимах якоря машины, поскольку обмотка возбуждения получает ток от независимого источника возбуждения);
- параллельного (шунтового) возбуждения (В машинах с параллельным возбуждением обмотка возбуждения присоединяется параллельно к зажимам якоря