7. Механические характеристики двигателя с независимым возбуждением

На основании II закона Кирхгофа для цепей возбуждения и якоря (рис. 1), а также учитывая связи, выраженные зависимостями (1, 2), для установившегося режима можно записать:

; (9)

Здесь , — суммарное сопротивление якорной цепи и сопротивление обмотки возбуждения.

Под механической характеристикой двигателя принято понимать зависимость его скорости вращения от момента нагрузки . Статическую механическую характеристику легко получить из второго и третьего уравнений системы (9):

. (10)

Из уравнения (10) следует, что при постоянных напряжении на якоре и потоке скорость машины падает с ростом момента. Включение в цепь якоря добавочного сопротивления, изменение потока и изменение напряжения изменяют вид механических характеристик. Механические характеристики машины с независимым (параллельным) возбуждением при различных сопротивлениях в якорной цепи показаны на рис. 4 б, механические характеристики при различных потоках представлены на рис. 5 а, а при различных напряжениях на якоре — на рис. 5 б. Вид этих характеристик определяет и область их использования при регулировании скорости вращения двигателя постоянного тока: в области скоростей, меньших номинальной используется регулирование напряжения на якоре, а в области больших — уменьшение магнитного потока машины.

а) б)

Рис. 4. Виды естественных механических характеристик (а) и

реостатные характеристики (б) двигателя параллельного возбуждения

Увеличение напряжения на якоре для регулирования скорости выше номинальной обычно не используется (исключением являются некоторые типы двигателей краново-металлургических серий, в которых допускается двукратное увеличение якорного напряжения), т. к. оно приводит к значительным коммутационным осложнениям в работе механического коллектора. Увеличение магнитного потока также нецелесообразно, т. к. рабочая точка машины находится на колене кривой намагничивания машины, вблизи участка насыщения.

а) б)

Рис. 5. Механические характеристики при различных потоках (а) и

при различных напряжениях на якоре (б)

Регулирование скорости вращения (в сторону ее уменьшения по отношению к номинальной) увеличением сопротивления в цепи якоря в настоящее время используется крайне редко, т. к. резко ухудшает энергетические характеристики электропривода.

8. Рабочие характеристики двигателей постоянного тока

Рабочие характеристики двигателя постоянного тока представляют собой зависимости момента, скорости вращения, тока якоря и коэффициента полезного действия от выходной мощности двигателя. Качественный вид этих характеристик для двигателей с параллельным (независимым) и последовательным возбуждением представлен на рис. 6 а, б.

а) б)

Рис. 6. Рабочие характеристики двигателя постоянного тока с независимым

параллельным (а) и последовательным (б) возбуждениями

9. Описание виртуальной лабораторной установки.

Виртуальная лабораторная установка представлена на рис. 7. Она включает источники постоянного напряжения (V₁ для питания якоря машины, V₂ для питания обмотки возбуждения из библиотеки Power System Blockset/Electrical Sources), блок Moment для задания момента нагрузки (блок Constant из библиотеки Simulink/Sources), саму машину постоянного тока (блок DC Machine из библиотеки Power System Blockset/Machines), блок для измерения переменных состояния машины Display и осциллограф Scope для визуального наблюдения процессов из библиотеки Simulink/Sinks.

Рис. 7. Модель для исследования машины постоянного

тока с независимым возбуждением

Цепь якоря и цепь возбуждения видны из графического начертания блока, на вход TL подается момент нагрузки, выход m предназначен для измерения и наблюдения переменных состояния машины в следующей последовательности: угловая скорость (рад/с), ток якоря в (А), ток возбуждения (А), электромагнитный момент (Нм).

В полях настройки машины (рис. 8) задаются:

• параметры обмотки якоря — (Ом), (Гн);

• параметры обмотки возбуждения — (Ом), (Гн);

• коэффициент ;

• суммарный момент инерции машины и нагрузки — (кГм²). Следует подчеркнуть, что параметры (,) важны при исследовании переходных процессов. На установившиеся режимы они не влияют;

• коэффициент вязкого трения — (Нмс);

• коэффициент сухого трения —(Нм);

• начальная скорость.

Все эти параметры рассчитываются по выражениям:

1. , , , .

2. Индуктивность обмотки возбуждения при исследовании установившихся процессов может быть принята близкой к нулю. При исследовании переходных процессов значение для машин обычного исполнения выбирается из неравенства

.

3. Момент инерции для двигателей обычного исполнения определяется из неравенства

.

Рис. 8. Окно настройки параметров машины постоянного тока.

4. Общие механические потери для машин обычного исполнения составляют . Момент сухого трения и коэффициент вязкого трения определяют по формулам: ; .

Паспортные параметры машин постоянного тока приведены в таблице 1.

Таблица 1

Тип двигателя	, кВт	, В	, об/мин	, %	, Ом	, Ом	, мГн
2ПН-0.17	0,17	220	750	48,5	27,2	162	514
2ПН-0.25	0,25	220	1120	57	15,47	612	297
2ПН-0.37	0,37	220	1500	61,5	10,61	612	190
2ПН-0.71	0,71	220	2360	70	3,99	123	70
2ПН-1.0	1,0	220	3000	72,5	2,52	92	48

Окно настройки параметров моделирования показано на рис.9.

Рис. 9. Окно задания параметров моделирования