Вопрос 18.

Средний электромагнитный момент, Н•м, действующий на якорь,

(9.8)

Mcp = Fпр, ср	Dя	N = Bcpl	lя		Dя	N.
	2		2a		2

После замены в (9.8) магнитной индукции В_ср согласно (9.5) получим

(9.9)

Mэм =	р		N			ФIя = kMФIя,
	а		2π
где  kM =				р			N	- коэффициент момента, зависящий от конструктивных особенностей машины.
				а			2π

Как видно, момент электромагнитный прямо пропорционален произведению магнитного потока на ток якоря. По формуле (9.9) можно определять как момент генераторов, так и момент двигателей.

Если момент выражен в ньютоно-метрах, то между коэффициентами k_е и k_M существует следующее соотношение:

(9.10)

k_е /k_M ≈ 0,105.

Электромагнитный момент М_эм, вызванный взаимодействием магнитного потока и тока якоря и определяемый по формуле (9.9), отличается от момента М, развиваемого машиной на валу, вследствие трения в подшипниках, вращающегося якоря о воздух и вентиляционных потерь. Так как указанные два момента отличаются незначительно, будем в дальнейшем считать их равными и обозначать М.

Вопрос 19.

Одной из важнейших характеристик электродвигателей постоянного и переменного тока является механическая характеристика n(М), представляющая собой зависимость частоты вращения двигателя от развиваемого им момента. Учитывая, что при установившемся режиме работы момент двигателя ра­вен моменту сопротивления на его валу (М = М_с), можно сказать, что механическая характеристика дает представление о характере и степени изменения частоты вращения двигателя от его механической нагрузки. Поскольку к характеру и степени изменения частоты вращения двигателя предъявляются со стороны различных производственных машин и механизмов разные требования, механические характеристики двигателей представляют большой практический интерес. Кроме механических характеристик значительный интерес представляют элек­тромеханические характеристики. Применительно к двигателям постоянного тока — это зависимость частоты вращения от тока якоря n(I_я). Электромеханическая характеристика дает возможность производить ряд расчетов, связанных с выбором двигателя и других элементов его электрической цепи по нагреванию.

Механическая и электромеханическая характеристики считаются естественными, если к двигателю подведено напряжение, равное номинальному, а в цепи двигателя нет каких-либо дополнительных резистивных элементов.

Уравнение естественной электромеханической характеристики двигателей нетрудно получить из (9.18), решив его относительно частоты вращения и считая, что r = 0, r_р = 0 и U = U_ном :

(9.20)

nе =	U - Iяrя	=	U	-	Iяrя	.
	kеФ		kеФ		kеФ

Заменив в (9.20) ток I_я согласно (9.9), получим уравнение естественной механической характеристики:

(9.21)

nе =	U	-	Мrя	.
	kеФ		kеkMФ2

Несмотря на то что уравнения (9.20) и (9.21) справедливы для всех двигателей постоянного тока, электромеханические и механические характеристики двигателей существенно отличаются друг от друга, что объясняется различным характером изменения магнитного потока.

Так как у двигателя постоянного возбуждения Ф = Ф_ном = const, то электромеханическая и механическая характеристики двигателя прямолинейны (рис. 9.25, характеристики Ш). При работе двигателя вхолостую (М = М_с = 0 и I_я = 0) двигатель имеет частоту вращения холостого хода, которая определяется первым членом уравнения (9.20) или (9.21): n_0ш = U/К_еФ.

При увеличении нагрузки двигателя его частота вращения уменьшается за счет увеличения падения напряжения в сопротивлении r_я. Изменение или перепад частоты вращения при какой-либо нагрузке определяется вторым членом уравнения (9.20) или (9.21):

Δn = n0 - n =	Iяrя	-	Мrя	.
	kеФ		kеkMФ2

Рис. 9.25   Естественные электромехани- ческие (а) и  механические (б) характеристики двигателей постоянного тока

Изменение частоты вращения в процентах при переходе от холостого хода к номинальной нагрузке Δn_ном % = 100(n_0ш - n_пом)/n_0ш для двигателей параллельного возбуждения мощностью от 5 до 100 кВт невелико и лежит в пределах примерно от 11 до 3,5% соответственно.

Учитывая небольшое изменение частоты вращения, говорят, что двигатель параллельного возбуждения имеет «жесткие» естественные электромеханическую и механическую характеристики, что является важнейшим его свойством.

Следует заметить, что вследствие реакции якоря естественные электромеханическая и механическая характеристики двигателя несколько отличаются от прямолинейных, а изменение частоты вращения несколько меньше, чем указано выше.

Одна из особенностей двигателя последовательного возбуждения состоит в том, что он не может работать вхолостую. Действительно, если М = М_с → 0, то I → 0 и Ф → 0. Как видно из (9.20) или (9.21), при этом n → ∞, т. е. частота вращения двигателя беспредельно увеличивается.

При увеличении нагрузки двигателя последовательного возбуждения возрастают падение напряжения в сопротивлении r_я и магнитный поток. Как следует из (9.20), последнее приводит к дополнительному снижению частоты вращения. Поэтому электромеханическая и механическая характеристики двигателя последовательного возбуждения (рис. 9.25, характеристики С) получаются более «мягкими», чем у двигателя параллельного возбуждения. По мере насыщения магнитной цепи жесткость характеристик возрастает.