Скоростная, механическая и рабочие характеристики

Решив уравнение (10.10) совместно с (10.2) относительно , определим скоростную характеристику двигателя

. (10.13)

Согласно (10.8)

.

Совместное решение (10.13) и (10.8) дает уравнение механической характеристики двигателя

. (10.14)

Соотношения (10.13), (10.14) и (10.8) применимы для двигателей независи­мого и параллельного возбуждения.

В двигателях последовательного возбуждения ток якоря одновременно является током возбуждения. Поэтому магнитный поток изменяется в широких пределах

. (10.15)

Коэффициент пропорциональности при токе до 0,8 почти постоя­нен, а затем несколько уменьшается.

С учетом (10.15) вместо уравнений (10.13), (10.14) и (10.8) получим

(10.16)

(10.17)

. (10.18)

Рис. 10.20 Рис. 10.21

Из (10.16) следует, что скоростная характеристика является мягкой и близка к гиперболе. При малых токах частота вращения резко возрастает. Поэтому режим холостого хода для двигателей последователь­ного возбуждения недопустим. Двигатели с «мягкой» скоростной характеристикой применяют при больших изменениях нагрузки на валу. Примерами таких электроприводов являются стартерные электродви­гатели для двигателей внутреннего сгорания и тяговые электродвигатели для ходовых систем кормораздатчиков, автокар и других транспортных средств. На рис.10.20 показаны механические характеристики двигате­лей независимого и параллельного возбуждения (кривая 1), двигателя последо­вательного возбуждения (кривая 2) и двигателя смешанного возбуждения при согласном включении обмоток возбуждения (кривая 3).

Рабочие характеристики представляют собой зависимости скорости , мо­мента М, потребляемой мощности , тока и КПД от полезной мощности при и неизменных положениях регулирующих реостатов. Рабочие характери­стики двигателя параллельного возбуждения представлены на рис. 10.21.

Так как с увеличением мощности частота вращения несколько умень­шается, то М, растут несколько быстрее . КПД двигателя сна­чала растет быстро, в пределах изменяется мало, а при даль­нейшем увеличении начинает уменьшаться.

Рабочие характеристики двигателя последовательного возбуждения отлича­ются от характеристик двигателя параллельного возбуждения большим изменением магнитного потока. С ростом полезной мощности частота враще­ния резко уменьшается, момент М и ток увеличиваются несколько быстрее, чем в двигателе параллельного возбуждения. Характеристика в на­чальной части почти линейна, затем увеличение КПД замедляется и после дос­тижения максимума КПД начинает уменьшаться.

Пример 10.2. Двигатель параллельного возбуждения имеет следую­щие параметры: = 14 кВт, = 220 В, = 1500 об/мин, = 86,5 %, = 4 % и мощ­ность потерь в цепи якоря при номинальном токе составляет 50 % от суммарной мощности потерь.

Определить , токи и при номинальной нагрузке, сопротивле­ние цепи якоря и цепи возбуждения, при изменении тока в пределах .

Решение. Номинальная угловая частота вращения и номинальный мо­мент

н·с.

Номинальный ток, потребляемый из сети

Токи в цепи возбуждения и в цепи якоря

Сопротивление цепи якоря и цепи возбуждения

где Ом; Вт.

Характеристики определим следующим образом.

Момент двигателя по (10.8)

,

где

а через номинальный момент

.

Частота вращения по (10.12)

где .

Этот же результат можно получить, если предварительно определить угло­вую частоту вращения по формуле

с последующей заменой

.

Расчет КПД выполняется по формуле

,

где – суммарная мощность потерь в двигателе ; здесь Р – мощ­ность на валу двигателя, , – потребляемая мощность из сети ; здесь – коэффициент нагрузки, .

Результаты расчета приведены в таблице 10.2.

Таблица 10.2

, о. е.	0,25	0,5	0,75	1,0	1,25
, А	15,45	33,84	52,23	70,63	84,0
M, Н·м	19,5	42,72	65,9	89,17	112,4
, об/мин
, о. е.	0,803	0,87	0,88	0,865	0,859