4 Построение механической характеристики двигателя при

реостатном регулировании скорости

Характеристики при включенных в якорную цепь дополнительных резисторах, магнитном потоке и напряжении, отличных от номинальных, являются искусственными. Для регулирования частоты вращения двигателя реостатным способом в цепь якоря вводят регулировочный реостат R_р (рисунок 4а), обеспечивающий при номинальном моменте заданное снижение частоты вращения двигателя до n = к · n_н,

где к – коэффициент снижения частоты вращения (Приложение).

Рисунок 4 – Схема включения двигателя: а – при пуске и реостатном

регулировании скорости; б – при полюсном регулировании скорости

Для регулирования частоты вращения двигателя в цепь якоря вводят регулировочный реостат R_р (рисунок 4а), обеспечивающий при номинальном моменте заданное снижение частоты вращения двигателя до n = к · n_н.

Искусственную электромеханическую характеристику рассчитывают по формуле:

, (6)

где коэффициенты I_я* и Ф_* определяются по кривым рис. 2,3.

При номинальном моменте ток в цепи вращающегося якоря и, следовательно, поток полюса будут номинальными, независимо от значения регулировочного реостата. Поэтому сопротивление реостата R_р находят из соотношения:

,

откуда -R_яц.

Например, при к = 0,5: = 1,33 Ом.

Взяв значения I_я* и Ф_* из таблицы 3, рассчитываем значения n^I_* при определенных значениях момента. Для рассматриваемого двигателя формула (6) имеет вид:

.

Например, М_* = 0,25 , I_я,н = 0,39 , Ф_* = 0,65 , n^I_* = 1,40.

При этом в номинальном режиме (I_* = 1, Ф_* = 1) скорость двигателя на искусственной характеристике n^I_* = 0,5. Результаты расчетов заносим в пятую строку таблицы 3. По результатам расчета строим искусственную механическую характеристику двигателя n^I_*( М_*) в относительных единицах (рисунок 3, кривая 3).

Сопротивление реостата, при котором частота вращения якоря равна нулю, определяем из выражения:

.

При данном значении сопротивления, введенного в цепь якоря, разгон двигателя начинается при максимальном моменте, т.е. пусковой момент двигателя равен номинальному. После разгона пусковой реостат выводится.

Следует отметить низкую экономичность данного реостатного способа из-за большой потери мощности на регулировочном реостате R_р.

5. Построение искусственной механической характеристики

двигателя при шунтировании обмотки возбуждения

Полюсное регулирование скорости осуществляют шунтированием обмотки возбуждения реостатом R_ш (рисунок 4б) При этом часть общего тока двигателя (якоря) проходит через шунт, ток возбуждения и, следовательно, магнитный поток Ф полюса уменьшаются. Поэтому скорость вращения двигателя возрастает.

Данный способ применяют в двигателях малой мощности. В двигателях большой мощности полюсное регулирование производят замыканием накоротко части обмотки возбуждения, что приводит к уменьшению числа витков и, следовательно, к снижению МДС магнитного потока. Способ применяется в тяговых двигателях электротранспорта для получения ходовых режимов работы.

Величину подключенного к обмотке возбуждения шунтирующего сопротивления определим из выражения: R_ш = m · R_в,

где m – коэффициент шунтирования (таблица 6).

Ориентировочно считаем, что сопротивление якорной цепи состоит из двух одинаковых составляющих - сопротивления якоря R_я и сопротивления обмотки возбуждения R_в. Тогда сопротивление якорной цепи при шунтировании обмотки возбуждения определяется из выражения:

.

При этом ток возбуждения I_в ослабляется в раз.

Например, при m = 2:

= 0,33 Ом , I_в* = I_я* = 0,67 I_я*.

Задаваясь значениями I_я* (таблица 2), определяем относительные значения I_в*=I_я* и по кривой намагничивания Ф_*( I_я*) находим значения магнитного потока Ф^I_* при шунтировании обмотки возбуждения. При этом вместо тока якоря I_я* на оси абсцисс рисунка 1 следует подставлять значения тока возбуждения I_в*. Результаты расчетов заносим в таблицу 4.

Таблица 4 – Результаты расчета характеристики при шунтировании обмотки возбуждения

1	Iя*	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2	1,4	1,6
2	Iв*	0,27
3	Ф^I*	0,54
4	М*	0,22
5	n^II*	2,04

Определяем значения моментов при ослабленном потоке двигателя по формуле М^I_{* =} I_я* · Ф^I_* . Результаты расчетов заносим в четвертую строку таблицы 4. Частоту вращения якоря при ослабленном потоке определяем из выражения:

.

Для рассматриваемого двигателя R^I_яц · I_я,н = 0,33 · 72 = 23,8 В,

.

Результаты расчетов заносим в пятую строку таблицы 4. По данным таблицы 4 строим механическую характеристику двигателя при шунтировании обмотки возбуждения n^II_*( М_*) в относительных единицах (рисунок 3, кривая 2).

5. Построение механических характеристик тормозного режима

Для двигателя последовательного возбуждения возможны два тормозных режима: торможение противовключением и динамическое торможение. Для осуществления торможения противовключением необходимо ввести большое сопротивление в цепь двигателя и изменить полярность либо на якоре, либо на обмотке возбуждения. Динамическое торможение может быть осуществлено двумя способами: с самовозбуждением и с независимым возбуждением.

При торможении с независимым возбуждением обмотка возбуждения подключается к сети через резистор, ограничивающий ток до номинального значения (рисунок 6а). При этом тормозная характеристика двигателя аналогична характеристике динамического торможения двигателя независимого возбуждения и представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат.

Рисунок 6 – Схема включения двигателя при динамическом торможении:

а – с независимым возбуждением; б – с самовозбуждением

Принимаем, что максимальный ток при торможении с номинальной скорости не должен превышать 1,3 I_н. По моментной характеристике (рис.2) определяем относительный момент, соответствующий данному току (I_* = 1,3): М_т* = 1,48. Данный момент является тормозным, т.е. отрицательным. Откладываем его на оси ординат и на пересечении с горизонталью n_т* = 1 получаем точку начального торможения А. Линия, соединяющая данную точку с началом координат (линия 1, рисунок 7) является тормозной характеристикой при независимом возбуждении.

Для осуществления торможения с самовозбуждением якорь и обмотка возбуждения отключаются от сети и замыкаются на тормозной резистор. При этом во избежание размагничивания машины следует изменить полярность обмотки возбуждения (рисунок 6б). Тогда ток в ней сохранит свое направление, а ток якоря - изменит, что повлечет за собой изменение знака момента, который теперь будет направлен против направления скорости, т.е. станет тормозным моментом.

Величину тормозного сопротивления в якорной цепи машины рассчитываем из условия номинального броска тока при торможении с номинальной скорости:

,

где - номинальное сопротивление двигателя, представляющее собой условную величину, которая при номинальном напряжении и неподвижном якоре ограничивает ток в якорной цепи до номинального значения.

Величину тормозного сопротивления (в Ом) определяем из выражения:

R_т = 1 · R_н – R_яц .

Изменение скорости при динамическом торможении двигателя определим из выражения:

.

Например, I_ят* = 0,2 Ф_* = 0,42, n_т* = = 0,48.

Задаваясь значениями I_я* и Ф_* (таблица 2), рассчитываем кривую изменения скорости n_т* при торможении с самовозбуждением. Результаты расчетов заносим в таблицу 5. В строку 3 таблицы вносим соответствующие значения моментов из таблицы 3. Откладывая значения М_т* по оси абсцисс, а значения n_т* по оси ординат (при этом следует учитывать, что момент является тормозным, т.е. отрицательным: М_т = - М), строим механическую характеристику в тормозном режиме.

Таблица 5 – Результаты расчета механической характеристики двигателя в режиме торможения с самовозбуждением

1	Iя,т*	0	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2	1,6
2	Ф*	0,02	0,42	0,66	0,80	0,92	1,00	1,07	1,15
3	Мт*	0	0,08
4	nт*	0	0,48

Механическая характеристика при динамическом торможении n_т*( М_*) в относительных единицах представлена на рисунке 7 (кривая 2). Как видно из характеристики, тормозной момент резко снижается с уменьшением скорости двигателя,

Рисунок 7 – Механические характеристики двигателя при динамическом

торможении: 1 – с независимым возбуждением; 2 – с самовозбуждением

5. Определение диапазона и плавности регулирования скорости, оценка точности поддержания скорости двигателя

Диапазон регулирования скорости двигателя определяется для установившегося режима работы по формуле:

или , (7)

где n_макс, n_мин – соответственно максимальное и минимальное значение скорости при определенном моменте;

n_макс*, n_мин* - те же значения скоростей в относительных единицах.

Диапазон скоростей вращения двигателя при регулировании скорости тремя описанными выше способами определяем при загрузке двигателя на 70%. На характеристиках рисунка 3 проводим вертикаль через значение М_* = 0,7. Значение n_макс* получаем при пересечении вертикали с характеристикой 3, а значение n_мин* - при пересечении с характеристикой 2.

Плавность регулирования характеризует скачок скорости при переходе от данной скорости к ближайшей возможной. Чем выше плавность, тем меньше этот скачок. Плавность можно оценить коэффициентом плавности регулирования:

, (8)

где n _i* , n _i-1* - скорости вращения на i-й и (i-1)-й ступенях

При плавном регулировании к_пл → 1, а число скоростей z → ∞. Число скоростей z, диапазон регулирования D и коэффициент плавности регулирования связаны между собой соотношением:

. (9)

Коэффициент плавности рассчитываем, подставляя в (9) значение диапазона D на характеристиках 1-3 (рисунок 3) и принимая для нечетных вариантов число скоростей z = 8, для четных z = 12.

Точность поддержания скорости – это соответствие заданной и действительной скоростей двигателя при заданных отклонениях момента на валу. Коэффициенты точности определяются для разных характеристик по формуле:

, (10)

где n_н,i* – относительное значение заданной скорости на i- й характеристике;

n_н,i* – относительное значение фактической скорости на i- й характеристике.

С увеличением момента нагрузки характеристики становятся более пологими, т.е. их жесткость повышается, возрастает также точность работы электропривода. Привод работает точнее при малых колебаниях момента на валу.

Точность поддержания скорости оцениваем на каждой из трех характеристик при колебаниях нагрузочного момента от 0,7·М_н до 1,3·М_н.

,

где n_0.7,i* , n_1.3,i* - относительные скорости соответственно при нагрузке двигателя 0,7·М_н и 1,3·М_н.

Например, для естественной характеристики 1 (рисунок 3) n_0.7,i* = 1,18, n_1.3,i* = 0,90. Тогда коэффициент точности на данной характеристике:

= 28%.

Необходимо оценить точность поддержания скорости при работе на всех трех характеристиках (рисунок 3) и сделать вывод, на какой из них точность выше.