Что такое двигатель постоянного тока с независимым возбуждением

6. Опытные электровозы — прототипы локомотивов будущего

Независимое возбуждение тяговых двигателей

В главе 3 было отмечено, что мягкой характеристикой обладают коллекторные двигатели постоянного тока. Поэтому их в подавляющем большинстве случаев используют на электровозах постоянного и переменного тока. Сказанное относится и к тепловозам с электрической передачей. Однако локомотивы с такими двигателями и, в особенности, электровозы постоянного тока, как уже было отмечено выше, склонны к боксованию, причем боксование возникает чаще всего, когда все шесть или восемь тяговых двигателей соединены последовательно. Объясняется это следующим.

В процессе движения электровоза с составом не исключена возможность того, что по каким-либо причинам уменьшится нагрузка на колесную пару от веса электровоза или колеса будут катиться по загрязненной поверхности рельсов. В обоих случаях физический коэффициент сцепления уменьшится. Если сила тяги, реализуемая колесной парой, превысит уменьшившуюся силу сцепления, колесная пара начнет проскальзывать относительно рельсов, т. е. начнется процесс боксования. Вследствие мягкой характеристики тягового двигателя даже небольшое проскальзывание колесной пары вызовет незначительное снижение силы тяги и интенсивное увеличение частоты ее вращения (см. рис. 12, б). Это в свою очередь значительно снижает физический коэффициент сцепления и тяговые двигатели вместе с колесной парой переходят в режим «разносного» боксования. В таком режиме частота вращения двигателя может превысить максимальную, гарантированную заводом, что может привести к возникновению кругового огня на коллекторе, нарушению его геометрической формы, разрыву бандажей якоря, повышенному износу бандажей колес и рельсов.

Одновременно ухудшатся и условия работы остальных тяговых двигателей, электрически связанных с двигателем боксующей колесной пары. Как уже отмечалось, при последовательном соединении, двигателей, например восьмиосного электровоза, с выключенным пусковым резистором на каждый двигатель приходится 1 /₈ напряжения контактной сети, или 375 В. Возникшее боксование нарушит равномерное распределение напряжения. Допустим, что частота вращения якоря возросла в 2 раза; соответственно примерно в 2 раза возрастет э. д. с. боксующего двигателя и напряжение, приходящееся на него, станет равным примерно 750 В, а на остальных семи — понизится до 320 В. Кроме того, снизится ток в цепи всех тяговых двигателей. В результате снижения напряжения у семи двигателей и тока в цепи всех двигателей уменьшается скорость движения поезда и развиваемая сила тяги электровоза, т. е. нарушится нормальный процесс движения.

Последующее восстановление прежних условий сцепления (увеличится нагрузка на колесную пару, электровоз минует загрязненный участок рельсов) не прекратит начавшегося боксования, так как мал физический коэффициент сцепления при большой скорости боксования. Чтобы прекратить боксование, машинист должен уменьшить силу тяги электровоза, например, переключив двигатели на нормальное возбуждение, либо включив секции пускового реостата. Все эти действия связаны с потерями силы тяги, скорости, дополнительным расходом электроэнергии и задержкой следования поезда.

Значительно увеличивается вероятность автоматического сцепления после его срыва, если тяговый двигатель имеет жесткую характеристику (см. рис. 12, а). В этом случае даже небольшое увеличение частоты вращения якоря двигателя у колесной пары, начавшей боксовать, вызывает резкое снижение силы тяги, и скорость проскальзывания колес почти не возрастает. Как только восстановятся нарушенные по каким-либо причинам условия сцепления, боксование колесной пары прекратится.

Использование жестких характеристик имеет еще одно немаловажное преимущество. Выше уже было отмечено, что электровоз имеет семейство тяговых характеристик (так, для электровоза ВЛ10 их число равно 15, см. рис. 41). Применив независимое возбуждение, можно получить большее число зависимостей силы тяги от скорости в пределах, допустимых по сцеплению, току и скорости движения, плавно изменяя силу тока возбуждения с помощью полупроводниковых преобразователей. Примерно то же можно обеспечить при смешанном возбуждении двигателей (последовательное и независимое), изменяя соотношение токов независимого и последовательного возбуждения.

Применение независимого или смешанного возбуждения на электровозах постоянного тока связано с рядом трудностей. Прежде всего необходим специальный преобразователь для питания обмоток независимого возбуждения. Применить вращающийся преобразователь невозможно, так как он должен иметь большую мощность, а значит, и большие габариты. Использовать установленные на электровозе генераторы, предназначенные для рекуперативного торможения, нельзя, так как их мощность недостаточна. Целесообразно применять полупроводниковые преобразователи. Но на электровозах постоянного тока они пока получаются очень сложными, так как необходимо сначала преобразовать постоянный ток в переменный, затем понизить напряжение, выпрямить его и регулировать напряжение, подводимое к обмоткам возбуждения тяговых двигателей, с помощью тиристоров.

Кроме того, как уже отмечалось, напряжение в контактной сети может резко изменяться, что будет вызывать большие броски тока в обмотках возбуждения, а значит, и резкие изменения силы тяги со всеми вытекающими отсюда неприятными последствиями. Для ограничения бросков тока необходимо устанавливать специальные устройства.

Однако, несмотря на эти трудности, Новочеркасский электровозостроительный завод создал опытные электровозы ВЛ12 с независимым возбуждением двигателей в тяговом и рекуперативном режимах и автоматическим регулированием сил тяги и торможения. Каждые две обмотки возбуждения двух тяговых двигателей, включенных постоянно последовательно, питаются от статического преобразователя, преобразующего постоянное напряжение контактной сети в переменное частотой 200 Гц, и управляемого выпрямителя, с помощью которого плавно регулируется ток в обмотках возбуждения, а следовательно, силы тяги и электрического торможения. Это позволило в режимах тяги и рекуперативного торможения использовать только два соединения тяговых двигателей: последовательное включение четырех двигателей одной секции и параллельное включение двух ветвей по две машины последовательно в каждой. Переход с одного соединения на другое происходит по мостовой схеме.

Более благоприятные условия для использования преимуществ независимого возбуждения сложились на электровозах переменного тока. На этих электровозах преобразователь ПНВ напряжения, подводимого к обмоткам независимого возбуждения (рис. 70), питается от секции вторичной обмотки тягового трансформатора. Он выполнен по схеме двухполупериодного выпрямления с нулевым выводом (см. рис. 62, а).

Рис. 70. Упрощенная схема силовой цепи шестиосного электровоза с независимым возбуждением

Двигатели электровоза могут работать с последовательным возбуждением и с независимым (см. рис. 70). Переключение обмоток с последовательного возбуждения на независимое и наоборот осуществляется двухпозиционными переключателями ПВ1 и ПВ2.

С переходом на независимое возбуждение контакторы переключателей отключают от цепи якорей обмотки возбуждения OBI-ОВVI (на рис. 70 для упрощения схемы показаны только тяговые двигатели I и VI), соединяют их последовательно и подключают к тиристорному преобразователю ПНВ, а затем замыкают цепи якорей тяговых двигателей. На рис. 70 положение контакторов ПВI — ПВVI соответствует включению независимого возбуждения.

Для уменьшения пульсаций тока, проходящего через обмотки независимого возбуждения, к ним постоянно подключены параллельно резисторы Р, как и при последовательном возбуждении.

На электровозах переменного тока резкие колебания напряжения в контактной сети в достаточной степени сглаживаются благодаря индуктивности обмоток тяговых трансформаторов, реакторов, дросселей и дополнительных устройств для этого не требуется.

Тяговые двигатели переменного тока всегда соединены параллельно и поэтому исключаются неприятности, вызываемые боксованием одной или тем более нескольких колесных пар, обусловленные их последовательным соединением. Однако и при параллельно соединенных тяговых двигателях может возникнуть боксование какой-либо колесной пары. В этом случае ток двигателя боксующей колесной пары уменьшается вследствие возрастания в обмотке якоря э. д. с. В связи с этим повышается напряжение на выпрямительной установке и на всех остальных тяговых двигателях, поэтому ток их несколько возрастает, а следовательно, возрастает и сила тяги. В результате компенсируется потеря силы тяги колесной пары, у которой нарушено сцепление.

При независимом возбуждении снижается скольжение боксующей колесной пары (по сравнению с последовательным возбуждением) и тем самым обеспечивается меньшая потеря силы тяги, более интенсивное увеличение напряжения, а следовательно, тока и силы тяги небоксующих колесных пар. Благодаря этому общая сила тяги электровоза снижается в значительно меньшей степени, чем при последовательном возбуждении двигателей.

В соответствии с описанной схемой, предложенной работниками Восточно-Сибирской железной дороги, было переоборудовано несколько сотен шестиосных электровозов ВЛ60 К на этой магистрали и затем на Одесско-Кишиневской дороге.

Опыт эксплуатации модернизированных электровозов ВЛ60 К показал, что для максимального использования мощности тяговых двигателей целесообразно сочетать оба способа возбуждения: последовательное при относительно небольших нагрузках, используя положительные свойства мягкой характеристики, и независимое при реализации силы тяги, близкой к ограничению по сцеплению, если этому не препятствует ограничение по нагреванию обмоток двигателей. Применение независимого возбуждения позволило, например, на Одесско-Кишиневской дороге увеличить массу поезда на 400 т.

Однако при независимом возбуждении наблюдается повышенная неравномерность нагрузок тяговых двигателей. В настоящее время проводятся исследования различных схем, устраняющих это.

Как устроен и работает электровоз, тяговый подвижной состав

Наши дополнительные сервисы и сайты:

e-mail:	office@matrixplus.ru tender@matrixplus.ru
icq:	613603564
skype:	matrixplus2012
телефон	+79173107414 +79173107418

г. С аратов

Независимое возбуждение тяговых двигателей

В главе 3 было отмечено, что мягкой характеристикой обладают коллекторные двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением. Поэтому их в подавляющем большинстве случаев используют на электровозах постоянного и переменного тока. Однако локомотивы с такими двигателями, в особенности электровозы постоянного тока, как уже было отмечено, склонны к бок-сованию. Боксование возникает чаще всего, когда все шесть или восемь тяговых двигателей соединены последовательно. Объясняется это следующим.

В процессе движения электровоза с составом не исключена возможность того, что по каким-либо причинам уменьшится нагрузка на колесную пару или колеса будут катиться по загрязненной поверхности рельсов. В обоих случаях сила сцепления колес с рельсами уменьшится. Вследствие мягкой характеристики тягового двигателя даже небольшое проскальзывание колесной пары вызовет незначительное снижение силы тяги и интенсивное увеличение частоты ее вращения (см. рис. 11, б). Это в свою очередь значительно снижает коэффициент трения колеса о рельс и тяговые двигатели вместе с колесной парой переходят в режим разносного боксования. В таком режиме частота вращения двигателя может превысить максимальную, гарантированную заводом, что может привести к возникновению кругового огня на коллекторе, нарушению геометрической формы коллектора, разрыву бандажей якоря и износу колес и рельсов.

Одновременно ухудшаются условия работы остальных тяговых двигателей, электрически связанных с двигателем боксующей колесной пары. Как уже отмечалось, при последовательном соединении двигателей, например, восьми-осного электровоза с выключенным пусковым реостатом на каждый двигатель приходится ‘/8 напряжения контактной сети, или 375 В. Возникшее боксование нарушит равномерное распределение напряжения. Допустим, что частота вращения якоря возросла в 2 раза; соответственно примерно в 2 раза возрастет э. д. с. боксующего двигателя и напряжение, приходящееся на него, станет равным примерно 750 В, а на остальных семи понизится до 320 В. Кроме того, снизится ток в цепи всех тяговых двигателей. В результате снижения напряжения у семи двигателей и тока в цепи всех двигателей уменьшится скорость движения поезда и сила тяги электровоза, т. е. нарушится нормальный процесс движения.

При восстановлении прежних условий сцепления (увеличится нагрузка на колесную пару, электровоз минует загрязненный участок рельсов) может не прекратиться начавшееся боксование, так как мал коэффициент трения при развившейся большой скорости у оси с боксующим двигателем. Чтобы прекратить боксование, машинист должен применить песок или уменьшить силу тяги электровоза, например, сняв ослабление возбуждения двигателя либо включив секции пускового реостата. Эти действия связаны с потерями силы тяги, скорости, дополнительным расходом электроэнергии и задержкой поезда. Происходящее при последовательном соединении тяговых двигателей перераспределение напряжений приводит к работе боксующего двигателя на более высокой характеристике. (Вспомним, что частота вращения двигателя прямо пропорциональна подводимому напряжению (см. с. 29) Это приводит к снижению вероятности восстановления сцепления без участия машиниста.

Значительно увеличивается вероятность автоматического восстановления сцепления после его срыва, если тяговый двигатель имеет жесткую характеристику (см. рис. 11, а). В этом случае даже небольшое увеличение частоты вращения якоря двигателя у колесной пары, начавшей боксовать, вызывает резкое снижение силы тяги, и скорость проскальзывания колес возрастает незначительно. Как только восстановятся нарушенные по каким-либо причинам условия сцепления, боксование колесной пары прекратится без вмешательства машиниста. Жестким характеристикам свойственно еще одно немаловажное преимущество. Уже отмечалось, что электровоз имеет семейство тяговых характеристик (так, для электровоза ВЛ10 их число равно 15, см. рис. 42). При независимом возбуждении можно получить большее число их в пределах, допустимых по сцеплению, току и скорости движения, плавно изменяя ток возбуждения с помощью полупроводниковых преобразователей. Примерно то же можно обеспечить при смешанном возбуждении двигателей (последовательное и независимое), изменяя соотношение токов, независимого и последовательного возбуждения.

На электровозах постоянного тока возникают затруднения с применением независимого возбуждения. Это связано со сложностью структуры полупроводниковых преобразователей, так как для независимого питания обмоток возбуждения тяговых двигателей необходимо сначала преобразовать постоянный ток в переменный, затем понизить напряжение, выпрямить его и регулировать напряжение с помощью тиристоров.

Кроме того, при резком изменении напряжения в контактной сети (это возможно в эксплуатации) могут возникнуть большие броски тока в обмотках возбуждения и якоря, а значит, и резкие изменения силы тяги со всеми вытекающими отсюда последствиями. Для ограничения бросков тока необходимо устанавливать специальные устройства.

Более благоприятны условия для использования преимуществ независимого возбуждения на электровозах переменного тока. Независимое возбуждение тяговых двигателей в режимах электрического торможения как реостатного, так и рекуперативного применено на электровозах ВЛ80Т, ВЛ80С,
ВЛ80Р (см. рис. 67). В режиме тяги резкие колебания напряжения в контактной сети переменного тока в достаточной степени сглаживаются индуктивностью обмоток тяговых трансформаторов, реакторов и дросселей, поэтому дополнительных сглаживающих устройств не требуется.

Тяговые двигатели переменного тока всегда соединены параллельно, и поэтому исключаются неприятности, вызываемые боксованием одной или тем более нескольких колесных пар, обусловленные их последовательным соединением. Однако и при параллельно соединенных тяговых двигателях может возникнуть боксование какой-либо колесной пары. В этом случае ток соответствующего двигателя уменьшается, так как возрастает э. д. с. в обмотке якоря. В связи с этим повышается напряжение на выпрямительной установке и на всех остальных тяговых двигателях, ток их несколько возрастает, а следовательно, возрастает и сила тяги. В результате компенсируется потеря силы тяги колесной пары, у которой нарушено сцепление.

В случае независимого возбуждения уменьшается скольжение боксующей пары (по сравнению со скольжением при последовательном возбуждении), т. е. меньше потеря силы тяги, более интенсивно увеличивается напряжение, а следовательно, ток и сила тяги небоксующих колесных пар. Благодаря этому общая сила тяги электровоза снижается значительно меньше, чем при последовательном возбуждении двигателей.

Однако недостатки жестких характеристик весьма существенны. Не устранив их или хотя бы не смягчив, нецелесообразно применять тяговые двигатели с жесткими характеристиками на электроподвижном составе. Основной недостаток — плохое распределение нагрузок между параллельно работающими двигателями. Опыт эксплуатации специально переоборудованных электровозов ВЛ60К показал, что для максимального использования мощности тяговых двигателей следует сочетать оба способа возбуждения: последовательное при относительно небольших нагрузках, используя положительные свойства мягкой характеристики, и независимое при реализации силы тяги, близкой к ограничению по сцеплению.

для железнодорожного транспорта, сертифицированные ВНИИЖТ- «Фаворит К» и «Фаворит Щ», внутренняя и наружная замывка вагонов.

Оглавление

Расчет значений параметров модели ДПТ

Построение естественной (идеальной) механической характеристики ДПТ с независимым возбуждением

Искусственная механическая характеристика ДПТ с независимым возбуждением при пониженном напряжении на обмотке якоря

Искусственная механическая характеристика ДПТ с независимым возбуждением при пониженном напряжении на обмотке якоря

Динамические характеристики ДПТ.

Построение и исследование переходных характеристик ДПТ с независимым возбуждением

Построение и исследование частотных характеристик ДПТ с независимым возбуждением

Построение Экспериментальной АЧХ

Полоса пропускания ДПТ

Задание

Исследовать статические режимы в двигателе постоянного тока с электромагнитным возбуждением.

• Ознакомиться с виртуальной средой моделирования Workbench Multisim .
• Ознакомиться с методикой проведения виртуальных экспериментов.
• Провести ряд виртуальных экспериментов в среде Workbench Multisim по исследованию статических и динамических характеристик эл. двигателя 2ПН100LГУХЛ4

Объем расчетно-пояснительной записка (стр.)

Количество использованных источников

Параметры двигателя

Исследуемый двигатель 2ПН100LГУХЛ4 изображен на Рисунок 1 :

2П – название серии. Машины постоянного тока;

Н – исполнение по способу защиты. Защищенное с самовентиляцией;

100 – высота оси вращения, мм;

L – условное обозначение длины сердечника якоря. Большая;

Г – наличие тахогенератора;

УХЛ4 – климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69;

Двигатели с высотами оси вращения 90 и 100 мм – двухполюсные;

Технические характеристики двигателя даны в Таблица 1

Напря-жение питания обмоток В

Частота вращения об/мин

Сопротивления обмоток при 15°C Ом

Индук-тивность цепи якоря мГн

Момент инерции кг·м 2

Обозн-ие в Multisim →

Расчет значений параметров модели ДПТ

(на основе данных Таблица 1 )

• Полное активное сопротивление цепи якоря при наличии добавочных полюсов.

• Индуктивность обмотки возбуждения можно принять приближенно равной индуктивности обмотки якоря

• Номинальная частота вращения вала (угловая скорость в номинальном режиме)

• Номинальный момент на валу

• Мощность, потребляемая двигателем из сети в номинальном режиме

• Мощность, потребляемая обмоткой возбуждения в номинальном режиме

• Мощность, потребляемая обмоткой якоря в номинальном режиме

• Статическое значение тока якоря в номинальном режиме

• Статическое значение ЭДС обмотки якоря в номинальном режиме

• Постоянный коэффициент ЭДС двигателя при неизменном потоке полюса

• Постоянный коэффициент электромагнитного момента двигателя при неизменном потоке полюса

• Электромагнитный момент двигателя в номинальном режиме

• Собственный статический момент сопротивления (момент трения двигателя) в номинальном режиме

• Коэффициент вязкого скоростного трения двигателя при допущении линейности момента трения во всем скоростном диапазоне работы ДПТ

• Значение пускового тока якоря при прямом пуске двигателя

• Пусковой электромагнитный момент двигателя при прямом пуске

• Электромагнитная постоянная времени двигателя

• Электромеханическая постоянная времени двигателя

Занесем все рассчитанные данные в Таблица 2

Сопротивление обмотки якоря (цепи якоря)

Индуктивность обмотки якоря

Сопротивление обмотки возбуждения

Индуктивность обмотки возбуждения

Коэффициент вязкого скоростного трения

Момент инерции ротора двигателя

Частота вращения ротора в номинальном режиме

Напряжение питания обмотки якоря (номинальное значение)

Ток в обмотке якоря в номинальном режиме (статическое значение)

Напряжение питания обмотки возбуждения в номинальном режиме

Момент статической нагрузки на валу двигателя

Угловая скорость в номинальном режиме

Коэффициент ЭДС двигателя при неизменном потоке полюса

Коэффициент электромагнитного момента при неизменном потоке полюса

Электромагнитный момент двигателя в номинальном режиме.

Пусковой электромагнитный момент двигателя при прямом пуске с номинальным напряжением на обмотке якоря

Электромагнитная постоянная времени двигателя

Электромеханическая постоянная времени двигателя

Построение естественной (идеальной) механической характеристики ДПТ с независимым возбуждением

На Рисунок 2 изображена схема проведения виртуального эксперимента для исследования статических характеристик эл. двигателя.

Полученные результаты занесены в Таблица 3

Искусственная механическая характеристика ДПТ с независимым возбуждением при пониженном напряжении на обмотке якоря

Установим значение напряжения на якоре в значение:

U a =0,6 U aном =0.6*220=132В

Полученные результаты занесены в Таблица 4

Искусственная механическая характеристика ДПТ с независимым возбуждением при пониженном напряжении на обмотке якоря

Установим значение напряжения на якоре в значение:

U f =0,6 U aном =0.6*220=132В

Полученные результаты занесены в Таблица 5

По данным Таблица 3 , Таблица 4 , Таблица 5 построим графики механических характеристик двигателя постоянного тока с независимым возбуждением . График изображен на Рисунок 3.

Графики совпадают с теоретическими знаниями.

Динамические характеристики ДПТ.

Построение и исследование переходных характеристик ДПТ с независимым возбуждением.

В качестве переходных характеристик в работе рассматриваются реакции двигателя на ступенчатое воздействие заданного уровня. В этом случае используется включение ДПТ на постоянные напряжения на обмотках якоря и возбуждения. Исследуемыми реакциями являются частота вращения вала n ( t ) и электромагнитный момент M э ( t ) .

Для построения переходных характеристик используется режим численного анализа Transient Analysis .

На Рисунок 4 изображена схема для проведения виртуальных экспериментов и построения переходных и частотных характеристик ДПТ с независимым возбуждением в режиме численного анализа.

Измерения проведенные при анализе переходных процессов занесены в Таблица 6

Механические характеристики ДПТ независимого возбуждения

Реакция якоря двигателя постояннго тока (продольная и поперечная)и ее влияние

Рассмотрим действие реакции якоря синхронного генератора при установившейся симметричной нагрузке (рис.3.5 – 3.7). Обмотка якоря изображена в виде упрощенной трехфазной обмотки, как при рассмотрении вращающегося магнитного поля асинхронной машины. Каждая фаза представляет собой виток с полным шагом (A — X, B — Y, C — Z).

Полярность поля обмотки возбуждения обозначена буквами N, S а силовые линии этого поля не изображены.

Синхронные генераторы обычно работают на смешанную нагрузку (активно-индуктивную или активно-емкостную). Для выяснения влияния реакции якоря на работу синхронного генератора рассмотрим случаи его работы при нагрузках предельного характера: активного, индуктивного, емкостного.

Рис. 3.5 Рис. 3.6

Активная нагрузка. Для положения, которое занимает вращающийся ротор, ЭДС фазы А максимальна. Так как угол , то ток фазы А также максимален , а в остальных фазах (рис.3.5).

Направления ЭДС и токов нетрудно установить по правилу правой руки и обозначить крестиками и точками. При этих направлениях токов ось магнитного поля реакции якоря направлена по поперечной оси q. Направление поля реакции якоря для угла сохраняется для любого положения вращающегося ротора, т.к. ротор и поле реакции якоря вращаются синхронно.Индуктивная нагрузка. В случае индуктивной нагрузки угол между ЭДС обмотки якоря и током равен 90 эл. град. (рис.3.6).

Это означает, что максимум тока в фазе А наступит по сравнению с предыдущим случаем на четверть периода позднее, когда ротор повернется на по часовой стрелке. При отстающем токе реакция якоря действует по продольной оси и по отношению к полю обмотки возбуждения является размагничивающей (продольная размагничивающая реакция якоря).

Рис.3.7

Емкостная нагрузка. В случае емкостной нагрузки угол сдвига Y между ЭДС обмотки якоря и током равен –90 эл. град. (рис.3.7). Это означает, что максимум тока в фазе A наступит по сравнению со случаем рис.3.5 на четверть периода раньше. При опережающем токе реакция якоря действует по продольной оси и по отношению к полю обмотки возбуждения является намагничивающей (продольная намагничивающая реакция якоря).

При смешанной нагрузке, когда и ток можно разложить на две составляющие (рис.3.8) , где — продольная и поперечная составляющие тока якоря.

Механические характеристики ДПТ независимого возбуждения

В зависимости от способа возбуждения различают ДПТ с независимым (или параллельным) возбуждением, с последовательным возбуждением и со смешанным возбуждением. Разновидностью независимого возбуждения является возбуждение от постоянных магнитов. Характерной особенностью таких двигателей является независимость тока возбуждения (и потока возбуждения) от тока якоря машины.

Рис. 65. ДПТ с независимым возбуждением, а) параллельным, б) от постоянных магнитов

Подставим в основное уравнение ДПТ в двигательном режиме работы выражения для тока якоря и ЭДС.

, и .

В результате получим:

.

Разрешив последнее уравнение относительно w, получим уравнение механической характеристики ДПТ с независимым возбуждением. С_е = С_м.

.

Так как в этом случае Ф=const, то обозначим к = СФ и получим:

.

Здесь w_xx скорость идеального холостого хода машины; а Dw — изменение скорости, обусловленное моментом нагрузки двигателя. Сама механическая характеристика ДПТ с независимым возбуждением приведена на рис.66 и представляет собой прямую линию, наклон которой к оси абсцисс зависит от величины потока возбуждения и сопротивления якоря Rя. Чем меньше величина потока возбуждения и чем больше сопротивление Rя, тем круче механическая характеристика.

Порядок построения механическая характеристика ДПТ с независимым возбуждением по паспортным данным двигателя.

Вычисляем значение k из соотношений , и получим:

Рис. 66. Механическая характеристика ДПТ с независимым возбуждением

Вычислим w_xx скорость холостого хода (точка 1). .

Определим положение рабочей точки 2: для этого возьмем паспортное значение w_ном и вычислим значение момента: .

Проведем прямую линию через две точки; она пересечет ось моментов в точке пускового момента. М=М_п.

Как следует из уравнения механической характеристики, скорость двигателя при постоянном моменте нагрузки можно регулировать тремя способами:

1. Изменением напряжения на якоре двигателя,

2. Изменением сопротивления в цепи якоря двигателя,

3. Изменением потока возбуждения машины.

При регулировании скорости первым способом, напряжение на якоре изменяется либо с помощью реостата, либо с помощью усилительно – преобразовательного устройства, при этом поток возбуждения остаётся постоянным. Семейство механических и регулировочных характеристик, соответствующих данному способу регулирования, приведено на рис.67.

Рис. 67. Семейство механических (а) и регулировочных (б) характеристик ДПТ с независимым возбуждением

С изменением напряжения U пропорционально изменяется и скорость холостого хода при этом угол наклона (или жестокость) механических характеристик остаётся неизменной. Регулировочные характеристики линейны при напряжении на якоре U > Uтр; у них есть имеет зона нечувствительности при напряжении на якоре U

Электромеханические свойства ДПТ независимого возбуждения.

Схема замещения двигателя постоянного тока независимого возбуждения, при определенных допущениях, может быть представлена в виде (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Схема замещения двигателя постоянного тока независимого возбуждения

В соответствии с этой схемой, уравнения напряжений для обмотки возбуждения и якорной обмотки имеют вид

где u и i – мгновенные значения напряжения и тока, а R и L – активное сопротивление и индуктивность обмоток, с индексом (в) – обмотки возбуждения, с индексом (я) – якорной обмотки.

Э.д.с. якорной обмотки определяется соотношением

e=KΦω,

где ω – мгновенное значение скорости вращения якоря, Φ – мгновенное значение потока, K – конструктивный коэффициент, который определяется соотношением

K=pN/(2a),

где p – число пар полюсов, N и a – соответственно число активных проводников и число параллельных ветвей якорной обмотки.

При рассмотрении статических характеристик предположим, что напряжения на обмотке возбуждения и на якорной обмотке постоянны (d/dt→0). Тогда в установившемся режиме для якорной цепи справедливо уравнение

где U,I_я,E – установившиеся значения напряжения, тока и э.д.с. якоря. Раскрывая в (2.4) э.д.с. согласно (2.3) и решая полученное уравнение относительно ω, получаем

Уравнение (2.5) связывает механическую (ω) и электрическую (I_я) координаты и поэтому называется электромеханической характеристикой.

Искусственные характеристики ДПТ независимого возбуждения.

Характеристики, полученные при номинальных значениях напряжения и потока и при отсутствии добавочного сопротивления в цепи якоря, называют естественными. При изменении напряжения или потока, а также при введении добавочного сопротивления в цепь якоря мы получаем искусственные характеристики. Зная, как изменяются характеристики при изменении перечисленных параметров, т.е. зная вид искусственных характеристик, мы можем оценить регулировочные свойства двигателя, поэтому рассмотрим подробнее искусственные характеристики. Для этого достаточно определить, как изменяются скорость холостого хода, пусковой ток и пусковой момент (ω₀,I_п,M_п) при изменении напряжения, активного сопротивления в цепи якоря и потока (U,R_д,Φ).

При понижении напряжения от номинального (U↓), согласно (2.8) – (2.10) пропорционально изменяются скорость холостого хода, пусковой ток и пусковой момент, поэтому искусственные характеристики для этого случая будут выглядеть, как показано на рис. 2.3.а. Отметим, что характер изменения электромеханической и механической характеристик при этом одинаковый.

При введении добавочного сопротивления в цепь якоря (R_д↑), согласно тем же выражениям, скорость холостого хода остается неизменной, а пусковой ток и момент уменьшаются. Характер изменения электромеханической и механической характеристик одинаков, а их вид представлен на рис. 2.3.б.

При уменьшении потока от номинального (Φ↓) – остается неизменным только пусковой ток. Скорость холостого хода увеличивается, а пусковой момент уменьшается, поэтому вид электромеханической и механической характеристик разный, как это показано на рис. 2.3.в.

Рис. 2.3. Искусственные характеристики:
а) при изменении напряжения на якоре;
б) при изменении сопротивления в цепи якоря

Дата добавления: 2018-06-01 ; просмотров: 958 ; Мы поможем в написании вашей работы!