Механические характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения в двигательном режиме

Для электродвигателя последовательного возбуждения, принципиальная схема включения которого представлена на рис. 4.1, уравнение электромеханической характеристики, так же как и для двигателя независимого возбуждения, имеет вид

, (4.1)

где – суммарное сопротивление якорной цепи, состоящее из сопротивления обмотки якоря, обмотки возбуждения и сопротивления внешнего резистора х.

Рисунок 4.1 – Схема включения двигателя постоянного тока последовательного возбуждения.

В отличие от двигателя независимого возбуждения здесь магнитный поток является функцией тока якоря . Эта зависимость носит название кривой намагничивания (рис. 4.2). Так как нет точного аналитического выражения для кривой намагничивания, то трудно дать и точное аналитическое выражение для механической характеристики двигателя последовательного возбуждения.

Если для упрощения анализа пренебречь насыщением магнитной системы и предположить линейную зависимость между потоком и током якоря , то момент двигателя

. (4.2)

Подставив в равенство для угловой скорости двигателя значение тока из (4.2), получим выражение для механической характеристики

. (4.3)

Отсюда следует, что при ненасыщенной магнитной цепи двигателя механическая характеристика изображается кривой (рис. 4.3), для которой ось ординат является асимптотой. Особенностью механической характеристики двигателя последовательного возбуждения является ее большая крутизна в области малых значений момента.Значительное увеличение угловой скорости при малых нагрузках обусловливается соответствующим уменьшением магнитного потока.

Рисунок 4.2 – Кривая намагничивания двигателя постоянного тока последовательного возбуждения.

Рисунок 4.3 – Естественная механическая характеристика двигателя постоянного тока последовательного возбуждения.

Уравнение (4.3) дает лишь общее представление о механической характеристике двигателя последовательного возбуждения. При расчетах этим уравнением пользоваться нельзя, так как машин с ненасыщенной магнитной системой обычно в современной практике не строят. Вследствие того, что действительные механические характеристики сильно отличаются от кривой, выраженной уравнением (4.3), построение характеристик приходится вести графо-аналитическими способами. Обычно построение искусственных характеристик производится на основании данных каталогов, где приводятся естественные характеристики и .

Для серии двигателей определенного типа эти характеристики могут быть даны в относительных единицах и . Такие характеристики, называемые универсальными, представлены на рис. 4.4.

В каталогах дается зависимость момента па валу двигателя от тока. При построении механических характеристик принимается зависимость угловой скорости от электромагнитного момента. Это практически допустимо ввиду небольшой разницы между электромагнитным моментом и моментом на валу.

Рисунок 4.4 – Зависимость момента и угловой скорости от тока якоря двигателя постоянного тока последовательного возбуждения (в относительных единицах).

Для построения искусственных (реостатных) характеристик можно воспользоваться следующим методом.

Уравнение естественной характеристики

, (4.4)

где , или

. (4.5)

В случае включения в якорную цепь дополнительного резистора двигатель будет работать на реостатной характеристике, для которой

. (4.6)

При делении (4.5) на (4.4) получим

, (4.7)

отсюда

. (4.8)

или в относительных единицах

, (4.9)

где – суммарное сопротивление якорной цепи в относительных единицах; ; и .

Порядок построения реостатной характеристики сводится к тому, что, задаваясь некоторыми произвольными значениями тока , по имеющейся естественной характеристике находят . Затем по (4.9) при определенном (для которого строится реостатная характеристика) и том же определяют искомое значение . Таким же образом для других значений определяют искомые значения скорости , и т. д. На рис. 4.5 показаны естественная характеристика двигателя последовательного возбуждения и реостатная , построенные по указанному методу. Пользуясь кривой (рис. 4.4) и электротехническими характеристиками, легко построить механические характеристики двигателя .

На рис. 4.6 приведены естественная и реостатные - механические характеристики двигателя последовательного возбуждения, построенные в относительных единицах. С увеличением сопротивления скорость двигателя при том же моменте уменьшается и характеристика смещается вниз. Жесткость характеристики уменьшается с ростом дополнительного сопротивления в якорной цепи.

Рисунок 4.5 – Естественная и реостатная электромеханические характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения (в относительных единицах).

Рисунок 4.6 – Естественная и реостатные механические характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения (в относительных единицах).

Особенностью механических характеристик рассматриваемого двигателя является невозможность получения режима идеального холостого хода. При нагрузке ниже 15-20 % номинальной работа двигателя практически недопустима из-за чрезмерного увеличения скорости якоря.