Расчёт и построение механических характеристик двигателя смешанного возбуждения

ВВЕДЕНИЕ

Расчетно-графическая работа призвана способствовать закреплению и более глубокому пониманию положений теории по разделам: «Электромеханические свойства двигателей», «Регулирование координат электропривода», а также развитию у студентов навыков решения прикладных задач.

В данной расчетно-графической работе произведен расчет естественных и искусственных механических характеристик ДПТ смешанного возбуждения, параметры регулирующего элемента в генераторном режиме.

Расчёт и построение механических характеристик двигателя смешанного возбуждения

Механическая характеристика двигателя постоянного тока смешанного возбуждения не имеет аналитического выражения вследствие изменения магнитного потока при изменении нагрузки. Но может быть получено аналитическое выражение, которое позволяет построить механические характеристики ДПТ смешанного возбуждения с использованием вебер-амперной характеристикидвигателя, полученной экспериментальным путём. Далее приводятся основные расчётные соотношения для вывода этого аналитического выражения.

Рисунок 1 Схема включения ДПТ смешанного возбуждения

Номинальная угловая скорость, соответствующая номинальной скорости вращения якоря n_н, мин -1

(1)

Номинальный момент на валу двигателя, Н·м

(2)

где Р_н – номинальная мощность на валу двигателя, Вт.

Величина тока в параллельной обмотке возбуждения

=18, 98 А, (3)

Для построения искусственной характеристики примем пониженное напряжение U₁ = 20 В

=14, 24 А,

где U – напряжение, приложенное к главной цепи двигателя, В;

R_ов1 – сопротивление параллельной обмотки возбуждения, Ом.

Величина тока якоря двигателя

А, (4)

А,

где I_н – ток в общей цепи якоря двигателя, А.

Уравнение равновесия напряжений для цепи якоря двигателя

(5)

где R_я – сопротивление обмотки якоря двигателя, Ом;

R_ов2 – сопротивление последовательной обмотки возбуждения, Ом;

Е – величина ЭДС, индуцированной в обмотке якоря двигателя, В.

Из (5) определим3 величину Е

В; (6)

В.

Величина Е может быть также определена из выражения

, В (7)

где Ф – магнитный поток, создаваемый обеими обмотками возбуждения;

Ф= Ф_пар+ Ф_пос.

где Ф_пар и Ф_пос – магнитные потоки, создаваемые параллельной и последовательной обмоткой возбуждении.

С_е – коэффициент, зависящий от конструктивных данных двигателя.

С_е=const.

При этом Ф_пар = const в любых режимах работы двигателя, а величина Ф_посл изменяется в пределах от минимального значения Ф_послmin до номинального Ф_{посл н} и +зависит от величины тока в цепи якоря. Для удобства расчетов используют безразмерный коэффициент Ф^*

Ф^*= , (8)

т.е. Ф_посл=Ф_{посл н} Ф^*.

Введём коэффициент пропорциональности

С_н=С_еФ (9)

При этом выражение (7) примет вид

. (10)

Отсюда

С учётом (6) получим

, (11)

Величина коэффициента пропорциональности С может быть определёна по выражению (11) при подстановке известных параметров номинального режима: I_я = I_ян и = .

Из (7) с учётом (11) получим

, (12)

где I_янI^* - величина тока якоря в режимах, отличных от номинального, А.

Коэффициент отношения магнитных потоков, создаваемых последовательной и параллельной обмотками возбуждения

. (13)

Наиболее употребительным является такое отношение потоков, которое при номинальном токе даёт равенство намагничивающих сил обеих обмоток возбуждения. Но в настоящей работе заданы различные значения коэффициента К в учебных целях.

Из (13) получим

; (14)

. (15)

Подставим (14) в (9)

Отсюда

. (16)

Подставим (15) в (9)

С учетом (8) получим

^* ;

Отсюда

^*. (17)

Подставим (15) и (16) в (12):

, (18)

где , т.е. Ф_посл=Ф_послФ^*

Механическая характеристика двигателя постоянного тока смешанного возбуждения не имеет аналитического выражения вследствие изменения магнитного потока при изменении нагрузки. Но выражение (18) позволяет построить механические характеристики ДПТ смешанного возбуждения с использованием вебер-амперной характеристики (рисунок 2), полученной экспериментальным путём Ф^*=f(I^*).

Для построения механической характеристики кривую Ф^*=f(I^*) разбивают на интервалы, в каждом из которых определяют значения Ф_i^*, соответствующие значениям I_i^*. Далее по (18) определяют ω _i. Рекомендуемое число интервалов – не менее десяти.

Рисунок 2 График вебер-амперной характеристики двигателя постоянного тока

Таблица 1Вебер-амперная характеристика двигателя постоянного тока

Рисунок 3 Естественная и искусственная характеристики ДПТ смешанного возбуждения