Расчет естественной электромеханической и механической характеристик двигателя постоянного тока независимого (параллельного) возбуждения

ЗАДАЧА 2

Для двигателя постоянного тока независимого (параллельного) возбуждения, параметры которого представлены в таблице 4, получающего питание от источника напряжения, необходимо решить 11 заданий.

Таблица 4 – Технические данные двигателя постоянного тока параллельного возбуждения

Вариант	Двигатель	Рн, кВт	Uн, В	Iн, A	nн, об/мин	Rя+Rдоп, Ом	Rш, Ом	N	a	Jн, кг∙м2
7	Д-808	37	440	96	575	0.21	44	556	1250	2

1). Рассчитать и построить естественную электромеханическую и механическую характеристики.

РЕШЕНИЕ

Номинальная угловая скорость определена как

Так как в рассматриваемом примере конструктивные параметры двигателя не заданы, поэтому определяем сразу произведение с∙Ф_н:

Здесь в R_я учтены сопротивления собственно обмотки якоря, дополнительных полюсов и компенсационной обмотки, щеточных контактов.

Скорость идеального холостого хода определяется из выражения:

Номинальный электромагнитный момент равен:

Уравнение естественной механической характеристики

Уравнение естественной электромеханической характеристики

На рисунке 4 приведена естественная механическая характеристика, а на рисунке 5 электромеханическая характеристика двигателя.

Рисунок 4 – Естественная механическая характеристика

Рисунок 5 – Естественная электромеханическая характеристика

2). Рассчитать и построить пусковые характеристики при статическом моменте М_с=0.8∙М_н и определить величины пусковых резисторов. Число пусковых ступеней принять m=4.

РЕШЕНИЕ

Зададимся пусковым током

Рассчитаем статический ток, соответствующий М_с = 0,8∙М_н

Суммарное сопротивление якорной цепи двигателя при пуске

При заданном числе ступеней пуска m кратность токов переключений при пуске λ =I₁/I₂ определяется, как

Ток переключения при этом составит

Вычисляем сопротивления секций пускового реостата:

Пусковые характеристики представлены на рисунке 6.

Рисунок 6 – Пусковые характеристики

3). Определить скорость двигателя при введении в цепь якоря дополнительного сопротивления R_доп=2∙R_я и при статическом моменте М_с=0.5∙М_н.

РЕШЕНИЕ

Чтобы определить скорость двигателя при введении в цепь якоря дополнительного сопротивления R_доп=2∙R_я и при статическом моменте М_с=0.5∙М_н, необходимо подставить эти значения в уравнение механической характеристики.

4). Определить значение дополнительного сопротивления, которое следует включить в цепь якоря, чтобы при изменении полярности напряжения на зажимах якоря ток был бы равен 2.2∙I_н, при начальной скорости равной номинальной. Построить соответствующую искусственную характеристику.

РЕШЕНИЕ

Рассчитаем начальный тормозной момент

Значение дополнительного сопротивления, которое следует включить в цепь якоря, чтобы при изменении полярности напряжения на зажимах якоря ток был бы равен 2.2∙I_н найдем по формуле

Величина тормозного момента при нулевой скорости

Соответствующая искусственная характеристика режима противовключения с подключением добавочного сопротивления представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 – Рассчитанная характеристика

5). Рассчитать и построить электромеханические и механические характеристики для двух значений магнитного потока: Ф₁=0.8∙Ф_н и Ф₂=0.5∙Ф_н.

РЕШЕНИЕ

Определяем коэффициенты при ослабленном потоке

Скорость идеального холостого хода при ослабленном потоке

Модуль жесткости механической характеристики

Уравнения механической и электромеханической характеристик при Ф₁ = 0.8∙Ф_н.

Уравнения механической и электромеханической характеристик при Ф₂ = 0.5∙Ф_н.

Построенные механические характеристики для двух значений магнитного потока и естественная характеристика двигателя представлены на рисунке 8.

Построенные электромеханические характеристики для двух значений магнитного потока и естественная характеристика двигателя представлены на рисунке 9.

Рисунок 8 – Рассчитанные механические характеристики

Рисунок 9 – Рассчитанные электромеханические характеристики

6). Определить скорость двигателя при одновременном  снижении на 30% напряжения на якоре и на обмотке возбуждения, если М_с=0.5∙М_н.

РЕШЕНИЕ

Так как напряжение на обмотке возбуждения снижается, следовательно, коэффициент ЭДС сФ=0.7∙сФ_н. Тогда скорость идеального холостого хода будет равна

Скорость двигателя, при этом режиме работы, рассчитывается с помощью уравнения механической характеристики

7). Определить дополнительное сопротивление, обеспечивающее в режиме динамического торможения ток якоря -2.2∙I_н при начальной скорости, равной номинальной. Построить соответствующую характеристику.

РЕШЕНИЕ

Рассчитаем величину начального тормозного момента при токе якоря равного -2∙I_н

Дополнительное тормозное сопротивление определим по формуле

На рисунке 10 представлена работа двигателя в режиме динамического торможения.

Рисунок 10 – Режим динамического торможения

8). Построить две искусственные механические характеристики при снижении напряжения на якоре: U₁=0.7∙U_н и U₂=0.4∙U_н.

РЕШЕНИЕ

Рассчитаем скорость идеального холостого хода при пониженном напряжении

Уравнения механической характеристики при различных напряжениях двигателя примут вид

Механические характеристики при различных напряжениях двигателя представлены на рисунке 11.

Рисунок 11 – Рассчитанные механические характеристики

9). Рассчитать и построить электромеханическую и механическую характеристики двигателя в схеме шунтирования якоря при R_ш=4∙R_я и R_п=5∙R_я.

РЕШЕНИЕ

Рассмотрим на практике.

10). Рассчитать и построить естественную электромеханическую и механическую характеристики двигателя при питании от источника тока.

РЕШЕНИЕ

При питании двигателя от источника тока ток якоря постоянен I_я=const, следовательно, момент двигателя постоянен М_дв= const, а значит естественная электромеханическая и механическая характеристики двигателя будут прямыми линиями, параллельными оси скорости.

Рисунок 12 – Естественная механическая характеристика

Рисунок 13 – Естественная электромеханическая характеристика

11). Описать все энергетические режимы двигателя при питании от источника напряжения и источника тока и перечислить основные различия.

РЕШЕНИЕ

См. книгу Москаленко В.В. - Электрический привод (1991).djvu стр.50.

12). Перечислить все возможные способы регулирования скорости двигателя.

РЕШЕНИЕ

1. Реостатное регулирование скорости.

2. Параметрическое регулирование скорости изменением напряжения на якоре.

3. Автоматическое регулирование скорости при питании двигателя от источника тока.

4. Регулирование скорости изменение потока двигателя.

5. Импульсное параметрическое регулирование скорости.

6. Регулирование шунтированием якоря.