Расчет характеристик двигателей постоянного тока: Методические указания к выполнению практической работы

Министерство образования и науки Российской федерации

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный технический университет

Балаковский институт, техники, технологии и управления

РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЕЙ

ПОСТОЯННОГО ТОКА

Методические указания к выполнению практической работы

по дисциплине «Электромеханические системы» для студентов

специальности 220201 всех форм обучения

Одобрено

редакционно-издательским советом

Балаковского  института техники,

технологии и управления

Балаково 2010

Цель работы: Изучить способы расчета механических характеристик двигателя постоянного тока независимого и последовательного возбуждения.

РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДПТ

НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Расчет механических характеристик электроприводов с ДПТНВ в основном режиме. Механические характеристики – зависимость частоты вращения n или угловой скорости ω от электромагнитного момента двигателя n=f(M) или ω=f(M) при неизменных значениях других параметров, способных влиять на частоту вращения и величину момента двигателя (напряжение питания, величины тока и так далее).

Рис.1. Схема двигателя постоянного тока

Без учета индуктивности якорной цепи

Следует что

Электромагнитный момент

,

Тогда

где ω₀ - скорость идеального холостого хода;

Δω - изменение угловой скорости относительно скорости холостого хода, вызванное изменением нагрузки двигателя (момента на его валу).

Все механические характеристики ДПТНВ пересекаются в точках ω₀.

Регулирование частоты вращения ДПТНВ осуществляется:

- изменением сопротивления реостата r_доб в цепи якоря (только в сторону ее уменьшения от номинальной)

- изменением магнитного потока возбуждения с помощью реостата Ф в цепи обмотки возбуждения (при двухзонном регулировании)

- изменением подводимого к цепи якоря напряжения (только в низ от номинальной частоты вращения, так как подавать на двигатель напряжение выше номинального недопустимо по условиям коммутации и электрической прочности изоляции).

- импульсное регулирование (цепь якоря периодически подключается к сети). Если же хотя бы один из перечисленных параметров двигателя изменен, то механические характеристики называются искусственными.

Для ДПТ – механические характеристики прямолинейны и определяются двумя точками:

Точка А – точка холостого хода ω = ω₀, M=0.

Точка Б – соответствующая номинальной нагрузке двигателя с координатами M_НОМ и ω_НОМ.

Для естественной характеристики точка Б определяется из каталога

;
.

Для точки А скорость холостого хода

;
.

Для построения искусственной характеристики точки Б рассчитывается число оборотов

.

1 – естественная характеристика при r_доб1=0

2; 3 – искусственные характеристики при r_доб1>0 r_доб2>0, и при r_доб3>r_доб4

Рис.2. Естественная и искусственные механические характеристики

При расчете механических характеристик обычно решают одну из двух задач:

1)  По заданным координатам точки на искусственной механической характеристики при номинальной нагрузке с координатами M_НОМ и n_НОМ определяют сопротивление резистора M, в соответствующее этой искусственной характеристики.

2)  По заданным значениям сопротивления резистора M и тока якоря I_ЯНОМ, соответствующего номинальной нагрузке двигателя, определяют частоту вращения якоря двигателя и строят искусственную механическую характеристику.

Задача 1: ДПТНВ имеет номинальные данные:

- мощность Р_НОМ=42кВт;

- напряжение U_НОМ=440В;

- частота вращения n_НОМ=3000об/мин;

- сопротивление обмоток цепи якоря R_Я=0,17Ом;

- КПД η_НОМ=90,5%.

Требуется определить сопротивление резистора r_доб, который следует включить последовательно в цепь якоря, чтобы при номинальном моменте нагрузки M_НОМ частота вращения была n’_НОМ=0,5 n_НОМ об/мин.

Решение:

1)  Ток якоря в номинальном режиме:

2)  Пограничная частота вращения:

3)  Номинальный момент на валу двигателя:

4)  Координаты точки номинального режима на естественной механической характеристики:

;
.

5)  Номинальное сопротивление двигателя:

6)  Сопротивление резистора M, соответствует искусственной механической характеристике с координатой частоты вращения:

7)  Механические характеристики ЭП с рассматриваемым двигателем на рис.3:

Рис.3. Естественная и искусственная механические характеристики

На рис.3 цифрой 1 обозначена естественная характеристика, а цифрой 2 искусственная характеристика. В режиме искусственной механической характеристики вводится понятие номинального сопротивления, представляющего собой сопротивление R_НОМ, каким должна обладать цепь якоря двигателя, чтобы при подведенном к неподвижному якорю напряжении U_НОМ ток в цепи якоря был бы номинальным I_ЯНОМ:

Задача 2: Рассчитать координаты необходимые для построения естественной и искусственной механической характеристики ДПТНВ типа ПБС-62, если внешнее сопротивление в цепи якоря r_доб=2,4Ом.

(Для данной задачи немного увеличьте добавочное сопротивление, рассчитанное в задаче 1).

Номинальные данные двигателя:

- мощность Р_НОМ=4,7кВт;

- напряжение U_НОМ=220В;

- частота вращения n_НОМ=1000 об/мин;