Естественная электромеханическая и механическая характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Схема включения двигателя постоянного тока независимого возбуждения (далее ДПТ НВ) приведена на рис. 5.37.

Рис. 5.37. Схема включения двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

ДПТ НВ включает цепь якоря, подключаемую к источнику постоянного напряжения ?/, и цепь возбуждения, также подключаемую к источнику постоянного напряжения и_в. Цепь якоря содержит последовательно соединённые якорь ДПТ и дополнительный резистор Я_д, который может отсутствовать. Напряжение источника подводится к вращающейся обмотке якоря с помощью коллекторно-щёточного аппарата. Цепь возбуждения содержит обмотку возбуждения, расположенную на неподвижных полюсах, и дополнительный резистор Я_в, который может отсутствовать. Якорь двигателя механически связан с исполнительным органом (ИО) механизма.

Уравнения характеристик ДПТ получим при следующих допущениях:

— полагаем, что гистерезис в магнитной цепи машины и реакция якоря не проявляются, тогда ток возбуждения ДПТ 1_В однозначно определяет её магнитный поток:

где к_в — коэффициент пропорциональности;

• — щётки расположены на оси, перпендикулярной оси полюсов, и коммутация идеальна, т. е. ток переходит от одной секции якоря к другой мгновенно, без искажений;
• — к валу со стороны машины приложен электромагнитный момент М_эм = М, и все моменты, обусловленные механическими потерями, входят в момент сопротивления нагрузки.

Уравнение электрического равновесия (5.42) (статический режим) цепи якоря запишется в виде:

где  — полное сопротивление цепи якоря;

 — полное сопротивление якорной цепи, включающее сопротивление обмоток якоря ^го я" дополнительных полюсов г_дп, компенсационной Г_К0, и щёточного контакта г_щ .

Подставляя (5.49) в (5.53), получим формулу для электромеханической характеристики ДПТ НВ:

Уравнение для механической характеристики получаем из (5.54), если подставить в него ток из (5.51), выраженный через момент:

Из (5.54) и (5.55) следует, что электромеханическая со{1) и механическая со (М) характеристики ДПТ НВ являются прямыми линиями, исходящими из одной точки, с координатами: 1 = 0, (М = 0); са₀, где частота идеального холостого хода ДПТ НВ:

При положительном напряжении U питания цепи якоря U > 0, полярность напряжения указана на рис. 5.37, естественная электромеханическая и механическая характеристики проходят соответственно через точки с координатами:

электромеханическая:

механическая:

Так как у ДПТ НВ для естественной схемы включения кФ = const, то поток пропорционален току. Поэтому электромеханическую и механическую характеристики ДПТ НВ можно представить совмещёнными в виде прямой 1, (рис. 5.38).

Если изменить полярность питающего цепь якоря напряжения (U < 0) (на рис. 5.37 полярность его указана в скобках), то естественная электромеханическая и механическая характеристики могут быть представлены в соответствии с уравнениями (5.54) и (5.55), подставив в них (-(/), в виде прямой 2, рис. 5.38.

Рис. 5.38. Электромеханическая и механическая характеристики ДПТ НВ: искусственные 1 — Ц>0; 2 — ?/<0; 3 — У-0; 4 — естественная (С/>0).

Рис. 5.39. Схема включения ДПТ НВ в режиме динамического торможе ния Схема включения ДПТ НВ в режиме динамического торможения представлена на рис. 5.39. После установившегося режима работы ДПТ НВ его цепь якоря отключается от источника постоянного тока и подключается к добавочному сопротивлению Я_ДТ.

Затухающая ЭДС якоря создаёт в замкнутом контуре ток якоря /, изменивший направление, по сравнению с двигательным режимом (сравнить рис. 5.37, 5.39). Момент двигателя также изменит знак и станет тормозным. Под действием момента двигателя М и момента сопротивления М_с частота вращения ротора будет уменьшаться.

В этом режиме запасенная механическая энергия ротора в процессе торможения превращается в тепловую в резисторах Ядт и Я_я.

Уравнение электромеханической и механической характеристик ДПТ в режиме динамического торможения получаются из (5.54) и (5.55) подстановкой в них и = 0:

Эта характеристика представлена на рис. 5.38 прямой 3. Характеристики 1, 2, 3 (рис. 5.38) являются искусственными, так как могут быть получены включением в цепь якоря добавочного сопротивления Я_д, рис. 5.37, (характеристики 1,2), либо изменением схемы цепи якоря двигателя, рис. 5.39, (характеристика 3).