3.15. Схема включения. Статические характеристики и режимы работы двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

Схема включения ДПТ последовательного возбуждения приведена на рис. 3.70, а. На этой схеме приняты те же обозначения, что и на схеме включения ДПТ независимого возбуждения (см. рис. 3.1,a).

Основной особенностью ДПТ последовательного возбуждения является включение его обмотки возбуждения OBпоследовательно с обмоткой якоря, вследствие чего ток якоря одновременно является и током возбуждения.

При получении выражений для статических характеристик ДПТ последовательного возбуждения используем те же допущения, что и для ДПТ независимого возбуждения, и исходные формулы (3.1) – (3.3), в которых принято R=R_я+R_о,в+R_д.Согласно (3.1) – (3.3) электромеханическая и механическая характеристики ДПТ последовательного возбуждения выражаются формулами

(3.163)

(3.164)

Магнитный поток Ф и ток Iякоря связаны между собой кривой намагничивания, которая показана на рис. 3.70,бсплошной линией. В общем случае эта кривая не имеет точного аналитического выражения, поэтому нельзя получить и точных выражений для характеристик ДПТ последовательного возбуждения. Тем не менее можно представить эту кривую с помощью какого-либо приближенного аналитического выражения, что позволит проанализировать вид характеристик ДПТ последовательного возбуждения.

В простейшем случае можно представить кривую намагничивания прямой линией, как это показано штриховой линией на рис. 3.70, б.Такая аппроксимация означает пренебрежение насыщением магнитной системы ДПТ последовательного возбуждения и позволяет выразить зависимость потока от тока следующим образом:

(3.165)

где α=tgφ(см рис. 3.70,б).

При принятой аппроксимации момент ДПТ является квадратичной функцией тока

(3.166)

Подстановка (3.165) в (3.163) приводит к следующему выражению для электромеханической характеристики ДПТ последовательного возбуждения:

(3.167)

Если теперь в (3.167) с помощью выражения (3.166) выразить ток через момент, то получится следующее выражение для механической характеристики;

(3.168)

Для графического изображения характеристик ДПТ последовательного возбуждения отметим следующие положения, вытекающие из анализа выражений (3.167) и (3.168):

1.ПриI→0, M→0→∞, т. е. ось скорости является вертикальной асимптотой для характеристик ДПТ последовательного возбуждения.

2.ПриI→∞,М→∞→–R/(kα), т. е. прямая с ординатой=–R/(kα) является горизонтальной асимптотой характеристик ДПТ.

3.Зависимости(I) и(М) имеют гиперболический характер. Выполненный анализ позволяет представить характеристики ДПТ в виде кривых, показанных на рис. 3.71. Рассмотрим с их помощью энергетические режимы работы ДПТ последовательного возбуждения

Особенностью такого ДПТ является отсутствие у него генераторного режима работы параллельно с сетью (режима рекуперативного торможения). Характеристики ДПТ не пересекают ось скорости и не переходят во второй квадрант. Для ДПТ последовательного возбуждения не может быть однозначно определена скорость идеального холостого хода ₀, так как теоретически приI→0, М→0 Ф→0 и₀→∞. Отметим, что из-за наличия потока остаточного намагничивания Ф_остпрактически такая скорость может существовать. В этом случае она определяется выражением

(3.169)

Остальные режимы работы ДПТ последовательного возбуждения аналогичны режимам работы ДПТ независимого возбуждения, а именно: двигательный режим, имеющий место при 0<<∞, режим короткого замыкания при=0 и режим генератора последовательно с сетью (режим торможения противовключением), имеющий место в четвертом квадранте при<0. Кроме названных, для ДПТ последовательного возбуждения существует также генераторный режим работы независимо от сети (режим динамического торможения), который рассмотрен в § 3.19.

Регулирование координат ДПТ последовательного возбуждения может осуществляться теми же способами, что и ДПТ независимого возбуждения, – путем изменения сопротивления добавочного резистора R_дв цепи якоря, магнитного потока Ф, подводимого к ДПТ напряженияU.Кроме этих основных способов, практическое распространение получили импульсные способы, а также регулирование в схеме с шунтированием якоря.

Полученные выражения (3.167) и (3.168) дают лишь общее представление о характеристиках ДПТ последовательного возбуждения и не могут быть использованы для инженерных расчетов. Причина этого заключается в принятой линейной аппроксимации кривой намагничивания, в то время как выпускаемые промышленностью ДПТ последовательного возбуждения работают на колене кривой намагничивания или даже в области насыщения магнитной системы.

Для получения реальных естественных характеристик ДПТ последовательного возбуждения в практических расчетах используются так называемые универсальные характеристики ДПТ последовательного возбуждения. Эти характеристики представляют собой зависимости относительных значений скорости ДПТ _*=/_номи моментаM_=M/M_номот относительного токаI_*=I/I_ном. Универсальные характеристики ДПТ последовательного возбуждения приведены на рис. 3.72.

Пример3.4.Рассчитать и построить естественные характеристики ДПТ последовательного возбуждения, имеющего следующие данные:Р_ном=3 кВт;п_пом=960 об/мин;U_ном=220 В;I_ном=19 А; η_ном=0,89.

1. Определяем номинальные угловую скорость _номи моментМ_ном

_ном=2πп_ном/60=23,14960/60=100 рад/с;

М_ном=P_ном/_ном=3000/100=30 Нм.

2.Воспользуемся универсальными характеристиками ДПТ последовательного возбуждения рис. 3.72 и составим таблицу для расчетов,

1	I	0,4	0,8	1,2	1,6	2
2	M	0,3	0,8	1,25	1,7	2,38
3		2,1	1,2	0,9	0,7	0,6
4	= ном	210	120	90	70	60
5	M= M Mном	9	24	36	48	60
6	I =I Iном	7,6	15,2	22,8	30,4	38

Первые три строки таблицы заполняются с помощью характеристик рис. 3.72. Данные строк 4 – 6 получаются умножением относительных значений величин на номинальные значения соответствующих координат ДПТ. По данным строк 4 и 6 таблицы на рис. 3.73, апостроена естественная электромеханическая, а по данным строк 4 и 5 – естественная механическая характеристики ДПТ (рис. 3.73,б).