Расчет электромеханических характеристик


Электро­механические характеристики двигателя постоянного тока на ободе движущего колеса v(I), F3M(I), F(I) и η(I) рас­считывают по выражениям:

;

;

;

.

Для того чтобы построить характеристики v(I) и FЭM(I) при заданном напряжении на двигателе, должна быть предварительно определена зависимость СФ(I).

Величина СФ, пропорциональная магнитному потоку Ф, имеет размерность В/(км/ч) и представляет э. д. с. двигателя, возбуждаемую при потоке Ф и скорости v,
равной 1 км/ч. Форма кривой СФ(I) зависит как от магнит­ной, характеристики Ф( ) (где IВ и ωВ соответственно ток и число витков обмоток возбуждения на один полюс двигателя), так и от способа включения обмоток возбуждения двигателя.

При расчете силы тяги двигателя F = FЭM - ΔF, необходимо найти ΔF по сумме магнитных и механических потерь в двигателе и передаче.

Механические потери ΔРМ в двигателе прямо пропор­циональны частоте вращения. Магнитные потери ΔРС скла­дываются из потерь на гистерезис и потерь, вызванных вихревыми токами, и зависят от частоты вращения двигателя и его магнитного потока, который определяется током возбуждения. Сумму механических и магнитных потерь обычно представляют в виде семейства кривых в зависимости от частоты вращения якоря (ΔРМ + ΔРС) = f(n) при различных значениях тока возбуждения IВ На рис. 1 представлены зависимости СФ от магнито­движущей силы Fm при различных значениях тока якоря и зависимость механических и магнитных потерь от частоты вращения якоря (ΔРМ + ΔРС) = f(n) при различных значениях магнитодвижущей силы для трамвайного двигателя ДК-254Б. При этом кривая (ΔРМ + ΔРС) = f(n) при IВ = 0 соответствует одним лишь механическим поте­рям ΔРМ, а разность ординат между кривыми при Fm = 2780 А и /в = 0 представляет собой магнитные потери холостого хода, или, как их называют, основные магнитные потери ΔРС.

 

 

 

Рис.1. Зависимости магнитного потока от магнитодвижущей си­лыFmвозбуждения, механических и маг­нитных потерь от час­тоты вращения якоря тягового двигателя ДК-254Б

Наряду с основными магнитными потерями, соответст­вующими холостому ходу электрической машины, при нагрузке возникают добавочные магнитные потери. Их приближенно учитывают умножением основных магнитных потерь на некоторый поправочный коэффициент.

Характе­ристику η(I) рассчитывают после того, как определены все величины, входящие в нее.

Характеристики двигателей последовательного воз­буждения.У двигателей последовательного возбуждения магнитодвижущая сила (м. д. с.) пропорциональна току якоря I. Поэтому зависимость СФ(I) для двигателя последовательного возбуждения близка по форме к зави­симости магнитного потока Ф от тока возбуждения I в, снятой при независимом возбуждении и отсутствии нагрузки.

Чтобы построить зависимость СФ(I), необходимо вос­пользоваться нагрузочными характеристиками Ф(Iв), снятыми при различных токах якоря. На каждой из кривых Ф(Iв) следует отметить точку, соответствующую току возбуждения I в, равному току якоря I, для которого построена эта кривая. Соединив полученные точки, находят зависимость СФ(I) (на рис. 2 жирная линия).

В данном случае кривая СФ(I) будет соответствовать не холостому ходу возбужденной машины, а нагрузочному режиму с токами якоря I, равными в любой точке кривой токам возбуждения I в. На основе этой зависимости можно построить скоростные характеристики двигателя последовательного возбуждения v(I) и электромагнитной силы FЭM(I).

 

 

Рис. 2. Построение зависимости магнитного потока от тока якоря

Скорость двигателя v, приведенная к ободу движущего колеса, приблизительно обратно пропорциональна потоку; при токе, близком к нулю, она стремится к бесконечности. С увеличением тока скорость вначале резко падает, что соответствует прямолинейной части характеристики СФ(I).

 

Рис.3. Принципиальная схема включения тягового двигателя по­следовательного возбуждения (а) и его электромеханические харак­теристики на ободе движущего колеса (б)

 

При дальнейшем увеличении тока по мере насыще­ния магнитной цепи машины скорость снижается в мень­шей степени, как это показано на рис. 3.

Электромагнитная сила FЭМ = 3,6СФI при малых на­грузках, когда магнитный поток прямо пропорционален току, растет от нуля приблизительно пропорционально квадрату тока, т. е. по параболической зависимости. При дальнейшем увеличении нагрузки по мере насыщения машины кривая FЭM(I) отклоняется от параболы и приближается к прямой, т. е. изменяется прямо пропорцио­нально току.

Характеристика силы тяги F(I) подобна характеристике электромагнитной силы, но ее ординаты меньше на вели­чину ΔF, определяемую магнитными и механическими потерями в двигателе и потерями в передаче. Поэтому кривая F(I) не проходит через начало координат, а пере­секает ось абсцисс при некотором малом токе Ix, соответст­вующем холостому ходу машины. При таком токе и номинальном напряжении работа двигателя недопустима из-за резкого повышения частоты вращения якоря.

Характеристика к. п. д. η(I) при малых нагрузках стремится к нулю при токе Ix и силе тяги, равной нулю. Эта точка соответствует холостому ходу, когда вся подведенная мощность затрачивается в основном на по­крытие механических потерь. С увеличением нагрузки к. п. д. быстро растет по мере снижения механических потерь и достигает своего максимума в области, близкой кноминальным нагрузкам. Точка расположения макси­мума к. п. д. зависит от соотношения механических и электрических потерь.

При дальнейшем увеличении нагрузки к. п. д. постепен­но снижается в результате увеличения электрических потерь, пропорциональных квадрату тока.

При нагрузке, намного превышающей допустимую, при которой падение напряжения в двигателе 1r становится равным напряжению UД, скорость , отданная мощность Fv и, следовательно, к. п. д. станут равными нулю. Этот предельный режим соответствует заторможен­ному состоянию двигателя, при котором вся подведенная мощность UДI затрачивается на покрытие электрических потерь I2r. Электромеханические характеристики на ободе дви­жущего колеса зависят от диаметра колеса DK, пере­даточного отношения редуктора μ, и его к. п. д., ηЗ (рис. 4). Если эти величины изменяются, то изменяется и характер электромеханических характеристик данного двигателя на ободе колеса. Поэтому на электромехани­ческих характеристиках двигателя на ободе колеса обязательно указываются значения DK, μ и ηЗ.

 

Рис. 4. Электромеханические характеристики на ободе движущего колеса тягового двигателя последовательного возбуждения приDK = 780 мм, μ = 7,98, ηЗ.=0,97

Характеристики двигателя параллельного возбужде­ния.У двигателя параллельного возбуждения обмотку возбуждения к сети подключают через регулируемый реостат. Ток возбуждения пропорционален приложенному напряжению, следовательно, магнитодвижущая сила (м. д. с.) не зависит от тока якоря. С увеличением тока якоря I магнитный поток СФ незначительно уменьшается
из-за размагничивающего действия реакции якоря (рис.5). Скоростная характеристика v(I) жесткая, т. е. скорость почти не зависит от нагрузки. С увеличением нагрузки скорость только незначительно уменьшается вследствие увеличения падения напряжения в цепи дви­гателя 1r.

Рис. 5. Принципиальная схема включения тягового двигателя параллельного возбуждения (а) и его электромеханические харак­теристики на ободе движущего колеса (б)

Характеристика электромагнитной силы тяги FЭM(I) изображается прямой линией, проходящей через начало координат, так как магнитный поток практически постоя­нен. Сила тяги F отличается от электромагнитной силы на значение потерь ΔF и пересекает ось абсцисс при токе холостого хода Iх.

Если приложить к подвижному составу внешнюю силу, направленную по движению (например, при движе­нии на крутом спуске), то скорость подвижного состава v и э. д. с. Е = СФv начнут увеличиваться. При некоторой скорости, равной v0, э д. с. двигателя станет равной приложенному напряжению Uд. Ток двигателя в соответст­вии с выражением станет равным нулю. При даль­нейшем увеличении скорости э. д. с. станет больше прило­женного напряжения, и ток в двигателе изменит свое направление.

Так как направление магнитного потока при этом не изменится, то сила тяги тоже изменит свой знак и будет направлена против движения, следовательно, станет тормозной силой. Тяговый двигатель при этом автомати­чески перейдет в генераторный режим и будет отдавать энергию в тяговую сеть.

Такой режим называется рекуперативным торможе­нием. При этом двигатели будут тормозить подвижной состав, одновременно возвращая электрическую энергию в питающую сеть.

Скоростная характеристика двигателя параллельного возбуждения (см. рис. 6) в генераторном режиме расположена во втором квадранте, а характеристики электромагнитной силы и силы тяги (в данном режиме тормозные силы) расположены в третьем квадранте и являются продолжением соответствующих характерис­тик двигательного режима.

Кривая к. п. д. η(I) двигателя параллельного возбужде­ния в тяговом режиме имеет такой же вид, как у двигателя последовательного возбуждения. В генераторном режиме к. п. д. представляет отношение отданной электрической мощности к подведенной механической мощности. Он ра­вен нулю при токе якоря, равном току параллельных цепей IП затем, увеличиваясь, достигает максимума при отрицательных нагрузках, близких к номинальным, и вновь начинает уменьшаться по мере дальнейшего увеличения нагрузки.

Характеристики двигателя согласно-смешанного воз­буждения.Двигатели смешанного возбуждения имеют две обмотки возбуждения: последовательную и параллельную. У двигателя согласно-смешанного возбуждения м. д. с. обеих обмоток складывается. Следовательно, суммарная магнитодвижущая сила

,

где I и ωc - соответственно ток якоря и числовитков последователь­ной обмотки возбуждения;

IШиωШ - соответственно токи число витков параллельной обмотки
возбуждения.

Если величину обозначить через I0, то м. д. с. машины согласно-смешанного возбуждения будет равна . Таким образом, двигатель согласно-смешанного возбуждения можно пред­ставить как машину с одной последовательной обмоткой возбуждения, по которой протекает ток якоря I и некото­рый дополнительный ток I0. Зависимость СФ(I) двигателя согласно-смешанного возбуждения имеет такой же вид, как и у двигателя последовательного возбуждения, с той лишь разницей, что кривая СФ сдвинута влево от начала координат на значение тока I0, как это показано на рис. 7.

Таким образом, при токе якоря, равном нулю, м. д. с. и поток не равны нулю, а создаются током Iо, т. е. м. д. с. параллельной обмотки.

Скоростная характеристика двигателя v(I) имеет при­мерно такой же вид, как и у двигателя последовательного возбуждения, но сдвинута влево на ток I0. В действитель­ности скоростные характеристики двигателя согласно-смешанного и последовательного возбуждения несколько отличаются по форме, так как при одинаковых м. д. с. токи якоря, а следовательно, и падение напряжения в силовой цепи двигателя будут различны.

Рис. 7. Принципиальная схема включения тягового двигателя со­гласно-смешанного возбуждения (а) и его электромеханические характеристики на ободе движущего колеса (б)

При токе якоря, равном нулю, в двигателе согласно-смешанного возбуждения остается м. д. с. параллельной обмотки ωШ. Это обеспечивает автоматический переход в генераторный режим (режим рекуперативного торможе­ния). При этом ток якоря изменяет свое направление, а ток в параллельной обмотке протекает в том же направлении, что и в двигательном режиме, поэтому в режиме рекуперативного торможения машина работает, как гене­ратор встречно-смешанного возбуждения. При этом м. д. с. последовательной обмотки вычитается из м. д. с. параллельной обмотки. Поэтому с увеличением тока рекуперации магнитный поток в машине будет уменьшать­ся, скорость сильно возрастет и будет стремиться к бесконечности при токе рекуперации, равном Iо.

Характеристика электромагнитной силы тяги FЭМ(I) в двигательном режиме практически прямолинейна, вследствие того, что машина работает в насыщенной области магнитной характеристики. При переходе в гене­раторный режим электромагнитная сила тяги меняет знак и становится тормозной силой, препятствующей движению подвижного состава. По мере увеличения тока рекуперации электромагнитная сила FЭМ = 3,6СФI сначала возрастает по абсолютному значению. При больших токах рекуперации абсолютное значение FЭМ уменьшается и при токе рекуперации Iо падает до нуля, так как намагничивающая сила становится равной нулю.

Сила тяги F меньше электромагнитной силы на значе­ние потерь ΔF. При этом в двигательном режиме сила тяги F по абсолютному значению меньше, а в генераторном режиме больше электромагнитной силы FЭМ.

Характеристики η(I) как в двигательном, так и тор­мозном режиме имеют такой же вид, как и у двигателя параллельного возбуждения. К. п. д. равен нулю в тяговом режиме при токе холостого хода Iх, а в генераторном режиме - при токе якоря Iш.

Характеристики двигателя встречно-смешанного воз­буждения.У двигателя встречно-смешанного возбужде­ния м. д. с. обеих обмоток не складывается, а вычитается при двигательном режиме. Двигатель встречно-смешанно­го возбуждения, у которого м. д. с. параллельной обмотки больше м. д. с. последовательной обмотки, непригоден для электрической тяги из-за его электрической неустойчи­вости. Двигатель встречно-смешанного возбуждения, у кото­рого м. д. с. последовательной обмотки больше м. д. с. параллельной обмотки, обладает практически такими же характеристиками, как и двигатель последовательного возбуждения. Отличие заключается в том, что начало кривой СФ(/) сдвигается от начала координат вправо на значение тока . Поэтому на это же значение тока сдвигаются вправо все электромеханические характе­ристики (рис. 8).

 

 

Рис. 8. Принципиальная схема включения тягового двигателя встреч­но-смешанного возбуждения (а) и его электромеханические харак­теристики на ободе движущего колеса (б)

Дата добавления: 2017-03-12; просмотров: 2635;

Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.014 сек.