Механические и электромеханические характеристики двигателя постоянного тока параллельного (независимого) возбуждения ДПТ НВ

Лекция 2 Механические и электромеханические характеристики двигателя постоянного тока параллельного (независимого) возбуждения ДПТ НВ Вопросы 1) Способы подключения ДПТ НВ (достоинства, недостатки двигателя) 2) Выводы уравнений механических и электромеханических характеристик ДПТ НВ 3) Способы регулировки частоты вращения ДПТ НВ 4) Построение механических характеристик ДПТ НВ по паспортным данным. 1 Общие сведения по ДПТ НВ, достоинства и недостатки Электроприводы с ДПТ НВ являлись до недавнего времени основным видом регулируемого ЭП с достаточно высокими показателями качества. Наиболее распространенной серией двигателя постоянного тока остается серия – 2П в диапазоне мощностей от 0,13 до 200 кВт различного исполнения. Усовершенствование двигателей привело к разработке новой серии – 4П с улучшенными удельными показателями, где по сравнению с серией 2П снижена трудоемкость изготовления в 3 раза при уменьшении расхода меди на 30%. Для крановых механизмов выпускаются двигатели серии Д, для металлорежущих станков серии – ПБСТ, ПГТ. Схемы включения ДПТ НВ представлены на рисунке 1. Рисунок 1 – Схемы подключения ДПТ НВ Питание ДПТ НВ может осуществляться как от общего источника питания, так и независимо. Способ возбуждения определяет электромеханические свойства двигателя. ДПТ НВ (шунтовые) при изменении нагрузки на валу в широких пределах мало изменяют свою скорость вращения (), поэтому их применяют в тех случаях, когда важно, чтобы рабочая скорость механизма оставалась примерно постоянной (как при холостом ходе, так и нагрузке). Преимуществом ДПТ НВ является также возможность плавного регулирования частоты вращения в широких пределах. Двигатели постоянного тока серии – П изготавливались с параллельной и последовательной обмотками возбуждения и могут работать как в режиме с параллельным, так и смешанным возбуждением. Для изменения направления вращения необходимо изменить полярность или в обмотке возбуждения или в якоре. Большим недостатком ДПТ является их стоимость, а также необходимость в источнике постоянного тока. 2 Вывод уравнений механических и электромеханических характеристик ω=f(M) – механическая характеристика ω=f(Iя) – электромеханическая характеристика Механическая характеристика может быть получена из уравнения напряжений, электромагнитного момента и ЭДС вращающегося двигателя U=E+Iя Rя , (1) , (2) , (3) где М – электромагнитный момент; P – число пар полюсов; N – число активных проводников; а – число параллельных ветвей якоря; См – постоянный коэффициент момента; Ф – магнитный поток; I – ток двигателя; Rя- полное сопротивление якорной цепи. Решая выражение (1) относительно тока, получим , (4) подставляя в (4) выражение (3), получаем , (5) , (6) уравнение электромеханической характеристики ω=f(I). Так как в (6) присутствуют константы , то ω=A-IB – уравнение прямой линии. Из (2) , подставляя в (6), получаем уравнение механической характеристики . (7) Механическая характеристика, ω=f(M) – также прямая (рис.2). Характеристики имеют две характерные точки: холостого хода (М,I=0); короткого замыкания (ω=0). 3 Способы регулирования частоты вращения ДПТ НВ Из общей схемы ЭП следует, что скорости исполнительного органа и двигателя при вращательном движении исполнительного органа связанны между собой . Воздействие при регулировании может быть направлено на передачу или на двигатель или одновременно. На передачу – сложно, плохо реализуется автоматизация. Проще на электродвигатель посредством электрического воздействия. Регулирование оценивается шестью показателями: 1) диапазон регулирования , 2) стабильность скорости (характеризуется изменением ω, при колебаниях момента на валу), 3) плавность регулирования (изменение скорости при переходе с одной искомой характеристики на другую), 4) направление регулирования скорости, 5) допустимая нагрузка двигателя (работа на искусственных характеристиках по сроку службы должна быть такая же, как и на естественной - – 15 – 20 лет), 6) экономичность регулирования (капитальные затраты должны окупаться за 6-7 лет – такое технологическое решение считается экономически обоснованным). Из уравнений механической и электромеханической характеристик следует, что частоту вращения ДПТ НВ можно регулировать тремя способами: магнитным потоком (током возбуждения), сопротивлением в якорной цепи и напряжением подаваемым на якорь электродвигателя (рисунок 3…6). Режим короткого замыкания (рисунок 5,6) соответствует заторможенному якорю, а не замыканию электрической цепи. Таким образом, напряжением и сопротивлением в якорной цепи регулировка происходит в сторону уменьшения частоты вращения, а магнитным потоком – наоборот. 4 Построение механических характеристик ДПТ НВ по каталожным (паспортным) данным В каталоге для двигателя приводятся Uн, Iн, Pн, nн, н . Для построения достаточно иметь 2 точки, так как характеристика имеет вид прямой. Естественная механическая характеристика: 1) ω=ω0; M=0 2) ω=ωн; М=Мн , , . Механическая характеристика может быть построена также по точке идеального холостого хода и точке соответствующей режиму короткого замыкания (М=Мк.з, ω=0) Мк.з=Мн*Iк.з/Iн; где - ток короткого замыкания. Для естественной характеристики Iк.з.(Мк.з.) наибольший, так как при этом Iк.з. ограничивается лишь внутренним сопротивлением обмотки якоря двигателя. При расчетах, часто необходимо определить сопротивление якоря Rя , так как в каталогах и паспортных данных оно не указывается. Определяют, принимая, что половина всех потерь в двигателе, при пониженной нагрузке, связанна с потерей в меди якоря Rя0,5(1-н)Uн/Iн. Пользуясь естественной механической характеристикой, легко построить и реостатную характеристику при любом сопротивлении Rдоп, она также строится по двум точкам: 1)ω= ω0; M=0 2) ω=ωр; М=Мн ωр= ω0[1-Iн(Rя+Rдоп)/Uн]. Часто требуется рассчитать сопротивление добавочного резистора Rдоп, при включении которого в цепь якоря желаемая характеристика пройдет через точку – А (рисунок 7) с желаемыми координатами (ωи,Ми). Данная реостатная характеристика может быть задана, как по условиям регулирования скорости, так и для ограничения тока и момента в переходные режимы. Для расчетов наиболее приемлем метод отрезков, позволяющий определить добавочное сопротивление без расчета собственного сопротивления якоря. Для нахождения искомой величины необходимо определить длину отрезков бс и аd при номинальном токе или моменте, рассчитав номинальное сопротивление двигателя Rн=Uн/Iн , определить Rдоп , при этом сопротивление якоря . Возможен расчет Rдоп методом пропорций, основанного на использовании определения перепада скорости Контрольные вопросы: 1. Укажите основные преимущества ДПТ НВ 2. Укажите недостатки ДПТ НВ 3. Укажите способ изменения направления вращения вала ДПТ НВ 4 Укажите способы регулирования частоты вращения вала ДПТ НВ 5. По каким показателям оценивается регулирование? 6. Какой способ самый неэффективный с точки зрения потерь электроэнергии? 7. Укажите недостатки механических способов регулирования скорости 8. Укажите самый простой способ регулирования частоты вращения вала 9. Укажите характер зависимости скорости вращения вала от напряжения на якоре ДПТ НВ 10. Укажите характер зависимости скорости от величины магнитного потока возбуждения. 11. Постройте механическую характеристику электропривода ДПТ НВ типа 2ПН90МУХЛ4 с паспортными данными: Uн=110 В, Pн=1 кВт, n=3000об/мин, η= 72%