Анализ характеристик ДПТ различного возбуждения

1. Жесткость характеристики

Показывает, как будет изменяться скорость двигателя при изменении нагрузки (момента сопротивления).

Параллельное возбуждение:

В рабочем диапазоне изменения нагрузок скорость вращения относительно мало отличается от скорости вращения при холостом ходе (при изменении нагрузки в пределах до номинальной скорость двигателя уменьшается на 3-7% от Ω₀). Механическая характеристика жесткая.

Последовательное возбуждение:

Скорость вращения значительно изменяется с изменением нагрузки, особенно при малых нагрузках. Механическая характеристика мягкая.

Смешанное возбуждение:

При согласном включении ОВ имеет характеристику, лежащую между характеристиками ДПТ параллельного и последовательного возбуждения. Механическая характеристика менее жесткая, чем в случае с параллельным возбуждением. Преобладание свойств ДПТ параллельного или последовательного возбуждения в характеристиках двигателя смешанного возбуждения определяется соотношением МДС обмоток.

У выпускаемых двигателей со смешанным возбуждением соотношение МДС параллельной и последовательной обмоток в номинальном режиме работы составляет F _пар/ F _посл=1,6÷2,6, то есть большая часть МДС обусловлена параллельной ОВ: F _пар=(0,615÷0,72) F _сум [25].

Магнитный поток двигателя определяется не только МДС возбуждения, но также и реакцией якоря. Если стоит задача получить жесткую характеристику, то число витков последовательной обмотки выбирают таким образом, чтобы ее МДС компенсировала размагничивающее действие МДС якоря. В этом случае угловая скорость при переходе от холостого хода к номинальной нагрузке будет падать незначительно – на 3-10% [18].

2. Скорость идеального холостого хода

Определяется магнитным потоком, обусловленным действием независимой (параллельной) ОВ.

Параллельное возбуждение:

Скорость вращения холостого хода имеет конечную величину, мало отличающуюся от номинальной скорости.

Смешанное возбуждение:

Скорость вращения холостого хода также имеет конечную величину. Ее значение будет тем меньше, чем больше отношение МДС параллельной обмотки к МДС последовательной обмотки [1].

При указанных в качестве примера МДС параллельной ОВ   F _пар=(0,615÷0,72)* F _сум поток холостого хода составляет Ф₀/Ф_н 0,75÷0,85, чему соответствует скорость идеального холостого хода Ω₀/Ω_н=1,3÷1,6 [25].

Последовательное возбуждение:

Скорость вращения двигателя при идеальном холостом ходе равна бесконечности. При реальном холостом ходе (когда присутствуют моменты трения щеток о коллектор, в подшипниках и о воздух) скорость двигателя ограничена, но в несколько раз превышает номинальную, - двигатель идет в разнос. Особенно ярко это выражено у мощных двигателей, у которых моменты трения относительно невелики [10].

3. Пусковой момент

Пусковой момент у двигателей последовательного и смешанного возбуждения больше, чем у двигателя параллельного возбуждения (при одной и той же кратности пускового тока I _п/ I _ном).

Это свойство двигателей связано с сильным увеличением потока возбуждения из-за большого тока двигателя при нулевой скорости.

М _п= с Ф U / R _я.ц

Наибольшую величину пускового момента может иметь двигатель смешанного возбуждения при соответствующем выборе последовательной и параллельной обмоток.

4. Характер механической характеристики

Последовательное возбуждение:

При малых моментах нагрузки двигатель развивает большую частоту вращения, а при больших моментах – автоматически снижает ее.

При изменении момента нагрузки происходит такое изменение скорости вращения, что выходная мощность двигателя остается практически неизменной, что позволяет без использования дополнительных управляющих устройств реализовать принцип максимально полного использования мощности, на которую рассчитан двигатель.

5. Какими затратами по току обеспечивается момент

Параллельное и независимое возбуждение:

Вращающий момент двигателя изменяется примерно пропорционально первой степени тока якоря.

Последовательное возбуждение

Вращающий момент двигателя при ненасыщенном магнитопроводе машины изменяется пропорционально квадрату току якоря М = kI ². По мере увеличения степени насыщения машины степень x  в выражении М = kI^x уменьшается до 1. Это объясняется тем, что в сильно насыщенной машине увеличение тока в ОВ практически не вызывает увеличение потока, и увеличение момента обуславливается только увеличением тока в ОЯ (участок зависимости момента от тока представляет собой прямую; на рисунке не показан).

Смешанное возбуждение:

Соотношение момента и тока зависит от схемы включения параллельной ОВ. Здесь возможны два варианта.

а) Параллельная ОВ включена на зажимы источника питания. Последовательная ОВ расположена между точкой подключения параллельной ОВ и ОЯ.

Вращающий момент зависит от тока якоря в степени m, где m может принимать значение от 1 до 2 в зависимости от соотношения МДС ОВ [1].

б) Параллельная ОВ включена параллельно обмотке якоря. Последовательная ОВ расположена между выводом источника и точкой подключения параллельной ОВ.

Зависимость М (I) в этом случае также зависит от соотношения сопротивления обмоток. В зависимости от этого показатель степени m может быть и больше 1, и равен 1 и меньше 1 [1].

6. Перегрузка (работа при моментах, превышающих номинальное значение)

Последовательное возбуждение.

Экономичны при перегрузках.

При увеличении момента нагрузки у ДПТ с ПВ мощность (Р=W М) с учетом зависимости n (P) Р» , а в ДПТ с НВ Р» М. Таким образом, у двигателей последовательного возбуждения при изменении момента нагрузки M _c в широких пределах мощность изменяется в меньших пределах, чем у двигателей парал­лельного возбуждения. Поэтому для двигателей последовательного возбуждения менее опасны перегрузки по моменту [32].

То есть при моментах, больше номинального, двигатель последовательного возбуждения потребляет меньшие токи, чем двигатель параллельного возбуждения. При моментах, меньше номинального, соотношение меняется.

При одинаковом допустимом токе якоря I _{я доп}=(2-2,5)* I _ном (перегрузка по току λ _i = 2,0...2,5) перегрузочная способность по моменту λ _м = М _макс/ М _ном=2-2,5 для параллельного возбуждения, λ _м =2,4÷3,0 для последовательного возбуждения и λ _м =2,2÷2,7 для смешанного возбуждения [25]. Более высокие значения максимального момента (М = с Ф I _я) обусловлены тем, что положительная связь по току, создаваемая последовательной обмоткой возбуждения, практически устраняет влияние размагничивающего действия реакции якоря и приводит в области допустимых значений нагрузки к возрастанию потока сверх номинального значения на 10...15% [13].

7. Пусковой ток

Формула для пускового тока ДПТ: Iп=U/Rя.ц

Наибольшего значения пусковой ток достигает в случае двигателя параллельного возбуждения, наименьшего – в случае двигателя последовательного возбуждения (у которого в сопротивление якорной цепи Rя.ц входит и сопротивление ОВ).

8. Возможность рекуперативного торможения

Данный режим невозможен для ДПТ последовательного возбуждения.