2. Регулирование скорости и момента электроприводов с машинами постоянного тока

Возможности целенаправленного изменения скорости электроприводов с машинами постоянного тока при определенной нагрузке на валу и, следовательно токе якоря, можно установить из анализа уравнений механической и электромеханической характеристик. Как видно из этих соотношений, регулирование скорости двигателей достигается изменением питающего якорную цепь напряжения U, потока Ф и сопротивления якорной цепи R_я. При этом, очевидно, в соответствии с приведенной выше классификацией, первые два способа связаны с изменением потребляемой от источника электроэнергии, а третий способ – с изменением мощности потерь.

Однако, прежде чем перейти к детальной оценке этих способов, необходимо рассмотреть методику построения естественных механической и электромеханической характеристик машин постоянного при различных способах возбуждения по их паспортным данным, с которыми мы будем сравнивать все другие характеристики, получаемые в процессе регулирования.

1. Построение естественных характеристик машин постоянного тока по паспортным данным

Условием работы двигателя постоянного тока на естественных механической и электромеханической характеристиках при любом способе возбуждения является подключение его к номинальному напряжению U_н, наличие номинального потока возбуждения Ф_н и отсутствие дополнительного сопротивления в якорной цепи.

В паспорте двигателей независимого возбуждения указываются следующие номинальные величины: напряжение U_н, ток якоря I_ян, мощность на валу Р_н, частота вращения n_н, КПД _н, ток возбуждения I_вн. Как установлено в главе 3, электромеханическая и механическая характеристики МПТ независимого возбуждения при общепринятых допущениях представляют собой прямые линии, которые, как известно, могут быть построены по двум точкам. В качестве таких точек удобно использовать координаты номинального режима работы и идеального холостого хода. В расчетах и построениях будем использовать международную систему единиц СИ. Тогда, после перехода от известной номинальной частоты вращения n_н к номинальной скорости _н по соотношению

, (4.6)

необходимо дополнительно определить две координаты – номинальный момент и скорость идеального хода . Как видно, в оба выражения входит неизвестная величина kФ_н. Для ее определения используют уравнение естественной электромеханической характеристики (2.21), записанное для номинального режима работы

(4.7)

Входящая в это выражение величина R_я либо задается в каталоге, либо может быть оценена по эмпирическому соотношению, которое записывается из условия, что при номинальной нагрузке Р_н мощность потерь в обмотке якоря составляет половину полной мощности потерь , т.е.

(4.8)

В результате из (4.8) получаем

а) б)

Рис. 4.4

(4.9)

Далее определяются ₀ и М_н и строются естественная электромеханическая (рис. 4.4,а) и механическая (рис.4.4,б) характеристики.

Естественные электромеханическая и механические характеристики двигателей постоянного тока последовательного и смешанного возбуждения строятся на основе универсальных характеристик в относительных единицах ^*(I_я^*) и M^*(I_я^*), задаваемых в справочниках для каждой их серии. Умножая ординаты и абсциссы зависимости ^*(I_я^*), соответственно, на номинальные значения скорости и тока получают естественную электромеханическую характеристику.

Определив номинальный момент аналогично тому, как это сделано ранее для двигателя независимого возбуждения (только в соответствующем уравнении к сопротивлению якоря R_я должно быть добавлено сопротивление последовательной обмотки возбуждения R_в), в зависимости M^*(I_я^*) переходят к абсолютным единицам и получают зависимость M(I_я). Задаваясь рядом значений скорости, по кривой (I_я) определяют ток, а по кривой M(I_я) соответствующий ему момент и строят естественную механическую характеристику.