logo
разд

Машина постоянного тока независимого возбуждения. Режимы работы и механические характеристики

Условное изображение машины постоянного тока независимого возбуждения на электрических схемах приведено на рис.20.2.

Рис.20.2. Условное изображение машины постоянного тока независимого возбуждения

При вращении якоря его обмотка пересекает Фост и в ней индуцируется небольшая по величине остаточная ЭДС Еост. Под действием этой ЭДС по обмотке возбуждения потечет ток возбуждения, который создаст небольшой магнитный поток. Если обмотка возбуждения включена правильно, то этот магнитный поток совпадет с остаточным магнитным потоком. В результате общий магнитный поток возрастает, увеличится и ЭДС, наводимая этим потоком в обмотке якоря. Поскольку возросла ЭДС якоря, возрастает и ток возбуждения, что в свою очередь ведет к новому увеличению магнитного потока и ЭДС якоря. Процесс продолжается до тех пор, пока ЭДС якоря не станет равной падению напряжения в цепи возбуждения.

Запишем уравнение согласно второго закона Кирхгофа для контура, включающего в себя цепь якоря и цепь возбуждения:

Ея=Iв Rов+IвRя+IвRв=IвRцв

Здесь:

Rов— сопротивление обмотки возбуждения;

Rя — сопротивление обмотки якоря;

Rв — сопротивление реостата;

Rцв= Rов + Rя+ Iя Rя — сопротивление цепи возбуждения.

Если Ея> IвRцв, то процесс самовозбуждения проходит.

Если Ея= IвRцв, то процесс самовозбуждения останавливается.

Если Ея< IвRцв, то процесса самовозбуждения нет и машина не возбуждается.

Таким образом, для обеспечения процесса самовозбуждения генератора постоянного тока необходимо три условия:

a. наличие остаточного магнитного потока в магнитной системе машины;

b. правильное включение обмотки возбуждения;

c. сопротивление цепи возбуждения должно быть меньше критического.

Аналогично процесс возбуждения происходит у генераторов с последовательным возбуждением, но для этого к ним необходимо подключить нагрузку.

Рассмотрим работу машины постоянного тока независимого возбуждения в режиме двигателя (рис. 20.3).

Рис.20.3. Машина постоянного тока независимого возбуждения в режиме двигателя

Обмотку возбуждения подключена к источнику постоянного тока, под действием которого в ней будет протекать ток возбуждения и создаваться магнитный поток машины. Если к источнику постоянного тока подключить обмотку якоря, то по ней потечет ток якоря. Тогда на проводники с током якоря, находящиеся в магнитном поле возбуждения будут действовать электромагнитные силы, совокупность которых образует вращающий момент, приложенный к якорю. Направление этого момента можно найти по правилу левой руки, а величину его по выражению

M=kФIя.

Под действием этого момента якорь придет во вращение, а его проводники — пересекать магнитный поток возбуждения и в них будет индуцироваться ЭДС Ея, величину которой можно найти согласно:

Ея=kФω

ЭДС определяется по правилу правой руки. В двигательном режиме ЭДС якоря в двигателе будет направлена против тока якоря. По величине Ея близка напряжению сети, но всегда его меньше.

Значение Ея зависит от частоты вращения якоря (ω). Если под действием постороннего вращающего момента увеличивать скорость вращения якоря, то можно достичь такой скорости (ω0), при которой Ея =U. В этом случае ток через якорь протекать не будет (Iя=0) несмотря на то, что обмотка якоря подключена к сети постоянного тока. Такой режим работы называют режимом идеального холостого хода.

Запишем уравнение для цепи якоря двигателя согласно второго закона Кирхгофа:

U - Ея = Iя(R+Rp).

Учитывая, что Ея=kФ ω, после подстановки получим:

ω= (U - Iя(R+Rp))/kФ.

Полученное уравнение называют уравнением электромеханической характеристики.

Если принять, что U=Uн, Ф=Фн, Rр=0, то получим уравнение естественной электромеханической характеристики:

Чтобы получить выражение для механической характеристики, нужно учесть, что M=kФIя., выразить отсюда ток якоря Iя=M/(kФ) и подставить его в уравнение электромеханической характеристики:

Полученное уравнение называется уравнением механической характеристики.

Если в это уравнение подставить U=Uн, Ф=Фн, Rp=0, то получим уравнение естественной механической характеристики:

В режиме идеального холостого хода, когда Ея=U, Iя=0, М=0, якорь должен вращаться со скоростью ω0, тогда из выражений для механической и электромеханической характеристик следует, что скорость идеального холостого хода можно найти согласно выражению:

ω0= U/(kФ)

Механическая характеристика двигателя — это зависимость угловой скорости двигателя от вращающего момента ω =f(M), полученная при неизменных других параметрах (при U=const, Ф=const, Rp=const). Механическая характеристика, снятая при нормальных рабочих условиях (Uн,Iвн,Rр=0) называется естественной характеристикой. Все прочие характеристики называют искусственными.

На рис.20.4 приведено семейство искусственных характеристик, соответствующих различным значениям сопротивления реостата Rp, включенного последовательно с якорем.

Рис.20.4. Семейство искусственных характеристик

Все характеристики пересекаются в точке идеального холостого хода ω0, поскольку скорость идеального холостого хода не зависит от сопротивления якорной цепи двигателя

(ω0=U/kФ).

Разность значений установившихся скоростей до и после приложения заданной статической нагрузки называется статическим падением скорости электропривода (Δω0). Для данного двигателя из уравнения естественной механической характеристики следует, что:

.

Для искусственных характеристик статическое падение скорости определится из выражения:

.

Уравнение для скорости двигателя запишется в следующей форме:

ω= ω0- Δω.