Характеристики двигателей постоянного тока независимого возбуждения

Под термином «независимое возбуждение» понимают независимость потока главных полюсов машины от тока якорной цепи. Поэтому к двигателям постоянного тока независимого возбуждения относятся машины с постоянными магнитами, а также машины с электромагнитами, возбуждение которых выполняется от отдельного источника питания или от достаточно мощной сети постоянного тока, питающей одновременно якорную цепь двигателя и обмотку возбуждения.
Промышленные источники питания якорных цепей и обмоток возбуждения двигателей постоянного тока приведены в табл. 2.1. Кроме приведенных здесь преобразователей следует отметить транзисторные усилители мощностью до сотен ватт. Освоение выпуска мощных транзисторов позволит применять шире транзисторные усилители для питания промышленных электроприводов.
Для вывода аналитических выражений и графического построения характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения рассмотрим широко распространенный в промышленности способ питания двигателя от сети постоянного тока. Расчетная схема для этого случая представлена на рис. 2.5. Для якорной цепи в установившемся режиме справедливо следующее уравнение Кирхгофа: где U — напряжение сети, численно равное ЭДС источника питания, так как сеть предполагается источником энергии бесконечной мощности, В; /я — ток якоря двигателя, А; |я — сопротивление якорной цепи двигателя, включающее в себя сопротивление самого якоря R, дополнительных полюсов, компенсационной обмотки — дополнительное сопротивление в якорной цепи двигателя, Ом; Е — ЭДС, наводимая в якорной обмотке потоком возбуждения.
В уравнении аналитически связаны две переменные: электрическая величина — ток якоря двигателя /я, являющаяся аргументом, и механическая — скорость, являющаяся функцией. В теории электропривода такая зависимость получила название электромеханической характеристики двигателя.
Подставив в выражение тока из (2.2), получим аналитическое выражение для механической характеристики двигателя как связь двух механических величин — момента М и скорости со
При /?дОп=0 и питании якоря двигателя номинальным напряжением при номинальном потоке характеристики двигателя называются естественными, во всех остальных случаях — искусственными.
Для построения электромеханических и механических характеристик двигателя значение конструктивной постоянной машины k можно рассчитать по справочным данным, а значения потока возбуждения Ф определить по кривой намагничивания двигателя ф=/(/в). Для установившегося режима — регулировочное сопротивление в цепи обмотки возбуждения и сопротивление самой обмотки.
Более широко распространен расчет номинального значения Фном=с по паспортным данным номинального режима при известном сопротивлении якорной цепи двигателя Яя из выражения.
Из (2.2) следует, что при одном и том же токе якоря двигатель развивает наибольший момент при потоке, равном номинальному. Увеличение потока выше номинального Фном, как следует из рис. 2.6, нецелесообразно, так как при незначительном увеличении потока выше номинального требуется значительное увеличение тока возбуждения. Номинальный режим возбуждения машины обеспечивается при работе ее в области колена кривой намагничивания. Рост тока возбуждения выше номинального недопустим из-за возможного превышения температуры машины.
При неизменном потоке электромеханическая и механическая характеристики двигателя представляют собой прямые 1 со==/(/) и со=/(Л1), показанные на рис. 2.7 и 2.8 соответственно. Однако в реальных машинах даже при наличии компенсационных обмоток поток не остается неизменным с ростом тока нагрузки при постоянном токе воз-
Суждения в результате действия реакции якоря, начиная с некоторого тока якоря /j (момента двигателя M1), магнитный поток уменьшается и характеристики 1 приобретают вид, показанный штриховыми линиями. Действие реакции якоря иллюстрируют характеристики 2, построенные по (2.2), согласно которым прямо пропорциональная связь между моментом и током при действии реакции якоря нарушается (штрихпунктирные линии на рис. 2.7, 2.8). Действие реакции якоря при одном и том же токе снижает момент, развиваемый двигателем (кривая 2 на рис. 2.7) и увеличивает ток при одном и том же моменте на валу двигателя (кривая 2 на рис. 2.8).
Поскольку в этой точке скорость <о==0, то ЭДС в якоре не наводится, так как он неподвижен относительно поля. Из (2.10) следует, что ток короткого замыкания определяется выражением и не зависит от потока. Электромеханические характеристики двигателя пересекают ось абсцисс в точке /к- Момент же А1К короткого замыкания при учете реакции якоря снижается.
Точка пересечения характеристик с осью ординат называется точкой идеального холостого хода. При работе двигателя со скоростью идеального холостого хода (/я=0; М=0) согласно (2.10) и (2.11).