Механические характеристики электроприводов с двигателями постоянного тока

Механические характеристики электроприводов

Выбор электропривода определяется требованиями рабочей машины. Электропривод должен обеспечить выполнение рабочей машиной заданной технологии при всех возможных режимах: пуска, приема и сброса нагрузки, торможения, изменения скорости, постоянной нагрузки. Характер протекания этих режимов в первую очередь определяется механическими свойствами двигателя и рабочей машины . Одним из основных критериев оценки механических свойств как двигателя, так и.рабочей машины служат их механические характеристики .

Механические характеристики электродвигателей

Механической характеристикой электродвигателя называется зависимость скорости вращения вала от развиваемого двигателем момента ω = φ (Мд) или n = f (Мд), где ω — угловая скорость вращения вала, рад/с, n — скорость вращения вала, об/мин.

Механическая характеристика двигателя называется естественной , если зависимость n = f (М) получена при номинальных параметрах питающей сети, нормальной схеме включения и без добавочных сопротивлений в цепи двигателя.

При наличии добавочных сопротивлений или питании двигателя от сети с напряжением или частотой, отличными от номинальных, механические характеристики двигателя будут называться искусственными . Очевидно, что искусственных характеристик двигатель имеет бесчисленное множество, а естественную — только одну.

Большинство электродвигателей под нагрузкой при увеличении момента снижает скорость вращения. Характеристику в этом случае называют падающей . Степень изменения скорости двигателя при изменении момента оценивают так называемой жесткостью механической характеристик и, которую определяют отношением α = Δ М/Δω или α = Δ М/Δ n

Рис. 1. Различные виды механических характеристик: а — электродвигателей, б — производственных машин.

Величины изменения момента и падения скорости при определении жесткости берут обычно в относительных единицах. Это дает возможность сравнивать характеристики двигателей различного вида.

В зависимости от степени жесткости все механические характеристики двигателей подразделяют на следующие группы.

1. Абсолютно жесткие характеристики с величиной жесткости α = ∞ . Такие механические характеристики (кривая 1, рис. 1, а) со строго постоянной скоростью вращения имеют синхронные двигатели.

2. Жесткие характеристики со сравнительно небольшим падением скорости при увеличении момента и α = 40 — 10. К этой группе относятся естественные характеристики двигателей постоянного тока с независимым возбуждением (кривая 2) и характеристики асинхронных двигателей в пределах линейного участка (кривая 3).

3. Мягкие механические характеристики с большим относительным падением скорости при увеличении момента и с жесткостью до α = 10. Такие характеристики имеют двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением (кривая 4), двигатели с независимым возбуждением с большим сопротивлением в цепи якоря и асинхронные двигатели с добавочными сопротивлениями в цепи ротора.

При работе электропривода для преодоления сопротивления рабочей машины двигатель должен развивать определенный момент. Поэтому при выборе двигателя необходимо выявить прежде всего соответствие характеристик двигателя и рабочей машины.

Механические характеристики рабочих машин

Механической характеристикой рабочей машины называют зависимость момента статических сопротивлений машины от скорости вращения приводного вала. Эту зависимость для удобства совместного построения выражают обычно так же, как и характеристику двигателя, в виде ω = φ (Мс) или n = f (Мс).

Момент статических сопротивлений Мс , или сокращенно статический момент, представляет собой момент сопротивления, создаваемый машиной на приводном валу в статическом (установившемся) режиме, когда скорость не изменяется.

Читайте также:  Двигатель 1zz как устроен

Механическую характеристику машины можно получить опытным путем или расчетом, если известно распределение статических усилий или моментов по элементам кинематической схемы. Статические моменты машин могут зависеть не только от скорости, но и от других величин, поэтому при практических расчетах электроприводов необходимо рассматривать каждый случай в отдельности.

Статические моменты различных рабочих машин по характеру зависимости их от скорости (механические характеристики) подразделяют на группы. Наиболее часто встречающиеся на практике из них следующие.

1. Статический момент мало зависит или практически не зависит от скорости (кривая 1, рис. 2, б). Такие характеристики имеют подъемные механизмы, краны, лебедки, тельферы, а также ленточные транспортеры при постоянной нагрузке.

2. Статический момент машины возрастает пропорционально квадрату скорости (кривая 2). Эту характеристику, типичную для осевых вентиляторов, называют вентиляторной характеристикой и аналитически представляют в виде формулы: Mc = Mо+kn 2 , где Мо — начальный статический момент, обусловленный чаще всего силами трения, которые обычно не зависят от скорости, k — опытный коэффициент. Кроме вентиляторов, вентиляторными характеристиками обладают центробежные и вихревые насосы, сепараторы, центрифуги, гребные винты, турбокомпрессоры и барабаны молотилок на холостом ходу.

3. Статический момент уменьшается при увеличении скорости (кривая 3). К этой группе относятся характеристики некоторых транспортерных механизмов и некоторых металлорежущих станков.

4. Статический момент изменяется от скорости неоднозначно, с резким переходом, обусловленным особенностью технологического процесса. Характеристики этой группы имеют машины, работающие с частыми большими перегрузками, которые иногда приводят к полной остановке. Например, механизм черпания одноковшового экскаватора, скребковый транспортер, работающий под завалом транспортируемой массы, дробилки и другие машины.

Кроме перечисленных, на практике встречаются и другие виды механических характеристик машин, например поршневых насосов и компрессоров, статические моменты которых зависят от пути.

Источник

Механические и электромеханические характеристики двигателей постоянного тока.

Двигатели постоянного тока подразделяют на двигатели с независимым, последовательным и смешанным возбуждением. Двигатели с независимым возбуждением применяют, как правило, для длительного режима работы, когда требуется широкое регулирование скорости вращения станочного электропривода трубопроката, листо-прокатных станов и т.д. Эти двигатели реже применяются в режиме повторно кратковременной нагрузки, где требуется устойчивая постоянная и полная скорость. Двигатели постоянного тока с независимым возбуждением (ДПТ НВ) широко применяют в системе регулирования генератора-двигателя, в системе ТПД, в системе ШИР-Д (широко-импульсное регулирование-двигатель).

Двигатель последовательного возбуждения применяют для вспомогательных механизмов прокатных станов, для подъемных кранов на приводах хода моста и хода тележки. При их применении на кранах, уменьшается число троллей.

ДПТ ПВ широко используют на транспорте. Постоянный ток здесь удобен тем, что при нем достаточно иметь один троллей, а последовательное возбуждение по той причине, что двигатель при этом не боится больших снижений напряжения, которые имеют место при питании троллем на большие расстояния и лучше выдерживает перегрузку на подъемах и спусках, благодаря тому, что с увеличением тока растет момент.

Двигатель с последовательным возбуждением надежнее, чем другие двигатели постоянного тока, потому что у него обмотка возбуждения выполнена проводом большего сечения, и обмотка возбуждения имеет ничтожно малое напряжение между витками.

Двигатель со смешанным возбуждением применяется редко, работает в механизмах с циклической нагрузкой. Как правило используется динамическое торможение на остановке, работает с большей частотой включения, при которой требуется принудительное охлаждение воздухом продуваемого через двигатель.

Механические и электромеханические характеристики.

При рассмотрении механических характеристик двигателя считают, что источник питания или сеть бесконечной мощности, ее внутреннее сопротивление близко к нулю, напряжение сети неизменно Uс=const.

Читайте также:  Что будет если вытащить щуп при заведенном двигателе

Поэтому цепи возбуждения и якоря не зависят друг от друга. Не зависят эти цепи друг от друга и потому, что во многих системах привода для обмотки возбуждения используется отдельный источник питания.

Схема двигателя постоянного тока с независимым возбуждением следующая:

КО – компенсационная обмотка;

ДП – обмотка дополнительных полюсов;

rпя– дополнительное сопротивление, включенное последовательно с якорем;

rпв– дополнительное сопротивление, включенное последовательно с обмоткой возбуждения.

Е=КФw;;

Ф – магнитный поток;

w– угловая скорость;

К – конструкторский коэффициент;

Р – число пар полюсов;

N– число активной проводимости релейной ветви;

а – число параллельных ветвей обмоток якоря.

— уравнение для скорости двигателя;

Связь между моментом и током М = КФIя

.

Уравнение характеристики представляет из себя прямую линию, которой отсекают от оси ординат отрезок ,w– скорость идеального холостого хода.

Из выражения механических и электромеханических характеристик видно, что при Ф=constэлектромеханические и механические характеристики представляют собой прямую линию пересекающую ось координат.

;

Из графических выражений характеристику можно выразить следующим образом:

;

Варьируя величинами Uс, rпя, Ф,можно получить семейство кривых, в этих семействах сложно выделить естественную и искусственную электромеханические и механические характеристики. Под естественной понимают характеристику, когдаUс=Uн, Ф=Фн, rпя=0. Все остальные характеристики искусственные.

Источник

Механическая характеристика двигателя постоянного тока

Особенности конструкции

Двигатели постоянного тока представлены вращающимися нагнетательными элементами, которые размещаются на поверхности статически закрепленной станины. Устройства подобного типа получили широкое применение и эксплуатируются при необходимости обеспечивать разнообразие скоростного регулирования в условиях стабильности вращательных движений привода.

С конструктивной точки зрения все виды ДПТ представлены:

  • роторной или якорной частью в виде большого количества катушечных элементов, покрытых специальной токопроводящей обмоткой;
  • статичным индуктором в виде стандартной станины, дополненной несколькими магнитными полюсами;
  • функциональным щеточным коллектором цилиндрической формы, располагающимся на валу и имеющим медную пластинчатую изоляцию;
  • статично зафиксированными контактными щетками, используемыми с целью подведения достаточного количества электротока на роторную часть.

Как правило, электрические двигатели ПТ оснащаются специальными щетками графитового и медно-графитного типа. Вращательные движения вала провоцируют замыкание и размыкание контактной группы, а также способствуют искрению.

Принцип функционирования

Синхронные устройства обращенного функционала характеризуются сменой выполнения задач статором и ротором. Первый элемент служит для возбуждения магнитного поля, а второй в этом случае преобразует достаточное количество энергии.

Якорное вращение в условиях магнитного поля наводится при помощи ЭДС, а движение направлено в соответствии с правилом правой руки. Поворот на 180 о сопровождается стандартной сменой движения ЭДС.

Принцип действия двигателя постоянного тока

Коллекторы посредством щеточного механизма соединяются с двумя витковыми сторонами, что провоцирует удаление пульсирующего напряжения и вызывает образование постоянных токовых величин, а снижение якорной пульсации осуществляется добавочными витками.

Механическая характеристика

На сегодняшний день эксплуатируются электромоторы ПТ нескольких категорий, имеющие различные виды возбуждения:

  • независимого типа, при котором обмоточное питание определяется независимым источником энергии;
  • последовательного типа, при котором подключение якорной обмотки выполняется в последовательном направлении с обмоточным элементом возбуждения;
  • параллельного типа, при котором роторная обмотка подключается в электрической цепи в параллельном для источника питания направлении;
  • смешанного типа, основанном на наличии нескольких последовательных и параллельных обмоточных элементов.
Читайте также:  Что может стучать в двигателе g4fc

Механическая характеристика двигателя постоянного тока независимого возбуждения ДПТ

Благодаря особым механическим характеристикам устройства с постоянными токовыми величинами способны легко переносить негативные внешние воздействия, что объясняется закрытым корпусом с уплотнительными элементами, абсолютно исключающими попадание влаги внутрь конструкции.

Модели независимого возбуждения

Моторы ПТ НВ обладают обмоточным возбуждением, подключаемым к отдельному виду источника для электрического питания. В таком случае обмоточная цепь возбуждения ДПТ НВ дополняется реостатом регулировочного типа, а якорная цепь снабжается добавочными или пусковыми реостатными элементами.

Отличительной особенностью такого вида мотора является независимость токового возбуждения от якорного тока, что обуславливается независимым питанием обмоточного возбуждения.

Характеристики электродвигателей с независимым и параллельным возбуждением

Линейная механическая характеристика при независимом типе возбуждения:

  • ω — показатели вращательной частоты;
  • U — показатели напряжения на эксплуатируемой якорной цепи;
  • Ф — параметры магнитного потока;
  • Rя и Rд — уровень якорного и добавочного сопротивления;
  • Α — константа конструкции движка.

Данным типом уравнения определяется зависимость вращательной скорости мотора к моменту вала.

Модели последовательного возбуждения

ДПТ с ПТВ представляют собой устройство электрического типа с постоянными токовыми величинами, имеющими обмотку возбуждения, последовательно подключенную к якорной обмотке. Данный тип движков характеризуется справедливостью следующего равенства: током, протекающим в обмотке якоря, равным током обмоточного возбуждения, или I=Iв=Iя.

Механические характеристики при последовательном и смешанном возбуждении

При использовании последовательного типа возбуждения:

  • n — показатели частоты вращения вала в условиях холостого хода;
  • Δn — показатели изменения частоты вращения в условиях механической нагрузки.

Смещение механических характеристик вдоль оси ординат позволяет им оставаться в полностью параллельном расположении друг другу, благодаря чему регулирование вращательной частоты при изменении данного напряжения U, подведенного к якорной цепи, становится максимально благоприятным.

Модели смешанного возбуждения

Для смешанного возбуждения свойственно расположение между параметрами устройств параллельного и последовательного возбуждения, чем легко обеспечивается значительность пускового момента и полностью исключается любая возможность «разноса» движкового механизма в условиях холостого хода.

В условиях смешанного типа возбуждения:

Двигатель смешанного возбуждения

Регулировка частоты моторного вращения при наличии возбуждения смешанного типа осуществляется по аналогии с двигателями, имеющими параллельное возбуждение, а варьирование МДС-обмоток способствует получению практически любой промежуточной механической характеристики.

Уравнение механической характеристики

Наиболее важные механические характеристики ДПТ представлены естественными и искусственными критериями, при этом первый вариант сравним с номинальным напряжением питания в условиях полного отсутствия добавочного сопротивления на обмоточных цепях мотора. Несоответствие любому из заданных условий позволяет рассматривать характеристику в качестве искусственной.

Это же уравнение может быть представлено в форме ω = ω о.ид. — Δ ω, где:

  • ω о.ид. = Uя/kФ
  • ω о.ид — показатели угловой скорости холостого идеального хода
  • Δ ω = Мэм. [(Rя+Rд)/(kФ)2]— снижение показателей угловой скорости под воздействием нагрузки на вал мотора при пропорциональном сопротивлении цепи якоря

Заключение

Согласно применяемым механическим характеристикам любые ДПТ отличаются конструктивной простотой, доступностью управления и возможностью осуществлять регулировку частоты валового вращения, а также легкостью пуска ДПВ. Кроме прочего, такие устройства могут применяться в качестве генератора и обладают компактными габаритами, что хорошо нивелирует недостатки в виде быстро изнашиваемых графитовых щеток, высокой себестоимости и необходимости обязательно подключать токовые выпрямители.

Видео на тему

Источник

Adblock
detector