Статические характеристики ДПТ ПВ при ненасыщенной магнитной системе.

Уравнения статического режима получаются из уравнений динамического режима (3.106)

(3.106)

при р = 0:

(3.112)

На основании (3.112) находим выражение электромеханической характеристики

(3.113)

Для выявления основных свойств ДПТ ПВ рассмотрим сначала уравнения для ненасыщенной магнитной системы электродвигателя, когда можно применять L_ф = const. Тогда электромеханическая характеристика (3.113) может быть записана в виде:

(3.114)

Если обозначить постоянные коэффициенты

(3.115)

то получим уравнение гиперболы с асимптотами (0, w) и (-В) – рис.3.34а:

(3.116)

Электромагнитный момент двигателя в этом случае пропорциоанален квадрату тока якоря

(3.117)

Из (3.117) находим

(3.118)

и подставляем в (3.116), в результате получаем уравнение механической характеристики ненасыщенного ДПТ ПВ:

(3.119)

где

(3.120)

Уравнение (3.119) выражает кривую гиперболического типа (рис.3.34б) с теми же асимптотами, что и кривая (3.116). Уравнение (3.119) можно записать по иному

(3.121)

что позволяет определить жесткость механической характеристики

(3.122)

Можно видеть, что жесткость механической характеристики ДПТ ПВ переменная и сильно зависит от скорости: при w® ¥ b® 0. Механические характеристики, обладающие такими свойствами, называются мягкими. Как следует из (3.116) и (3.119), ни при каких условиях ДПТ ПВ с помощью изменения нагрузки (тока, момента) не может перейти во второй квадрант плоскости переменных w - I_Я или w - М. С физической точки зрения это означает, что ни при каких условиях в нормальной схеме включения ЭДС ДПТ ПВ не может превысить приложенного к якорю напряжения. Поэтому режим рекуперативного торможения (E >U) не может быть реализован в ДПТ ПВ.

Представим электромеханическую и механическую характеристики ДПТ ПВ в относительных единицах. Для ненасыщенной магнитной системы электродвигателя

(3.123)

Подставив (3.123) в (3.117), получим

(3.124)

или

(3.125)

Используя прежние обозначения безразмерных величин, видим, что

(3.126)

 

 

Выразим коэффициенты А¢ и В в (3.116) через номинальные параметры ДПТ ПВ:

(3.127)

где

(3.128)

(3.129)

С учетом (3.128) и (3.129) уравнение (3.116) принимает вид

(3.130)

или

(3.131)

где

(3.132)

Уравнение (3.131) можно еще представить так:

(3.133)

В соответствии с (3.126) получаем безразмерную форму механической характеристики ненасыщенного ДПТ ПВ:

(3.134)

на основании которой определяем жесткость этой характеристики

(3.135)

Главные свойства ненасыщенного ДПТ ПВ определяются полученными уравнениями: (3.133), (3.134) и (3.135). Эти уравнения показывают, что свойства электромеханической характеристики ДПТ ПВ определяются свойствами гиперболы с асимптотами (0,n) и (-r), а свойства механической характеристики – свойствами кривой гиперболического типа с теми же асимптотами, что электромагнитный момент выражается параболой, а жесткость механической характеристики обратно пропорциональна третьей степени скорости. Эти свойства также показывают, что произведение mn:

(3.136)

т.е. безразмерная мощность ДПТ ПВ не остается постоянной, но все же момент с уменьшением скорости возрастает, что обычно требуется в подъемно-транс­портных машинах.

46. Расчёт статических характеристик РЕАЛЬНОГО ДПТ ПВ Однако в области нагрузок, превышающих половину номинальной, магнитная система ДПТ ПВ становится насыщенной, что требует учета этого явления при расчете характеристик электродвигателя. Из-за того, что отсутствует удовлетворительное математическое описание кривой намагничивания стали электрических машин, не представляется возможным получить аналитические выражения электромеханической и механической характеристик реального ДПТ ПВ, работающего в широком диапазоне изменения нагрузки. Основой для всех расчетов реального ДПТ ПВ служит естественная электромеханическая характеристика , которая поставляется заводом-изготовителем электродвигателя в абсолютных величинах или рассчитывается на основании универсальных характеристик

(3.137)

которые приводятся для разных серий ДПТ ПВ в справочной литературе. На основании естественной электромеханической характеристики рассчитывается и строится так называемая переходная характеристика

(3.138)

где

(3.139)

Эта характеристика служит инструментом для расчета всех других характеристик ДПТ ПВ. В частности, естественная механическая характеристика ДПТ ПВ рассчитывается следующим образом. Для каждой точки естественной электромеханической характеристики (рис.3.35) с использованием (3.138) рассчитывается электромагнитный момент

(3.140)

что позволяет для выбранных точек найти зависимость

(3.141)

и построить естественную механическую характеристику (рис.3.35).

Для расчета искусственных характеристик ток в обмотке возбуждения двигателя, включенного для реализации этой искусственной характеристики, принимается равным току якоря естественной электромеханической характеристики. Тогда магнитный поток электродвигателя на искусственной и естественной характеристиках будет одинаковым, что обеспечивает пропорцию

(1.142)

откуда находим угловую скорость w_и электродвигателя на искусственной характеристике

(3.143)

где Е_и – ЭДС якоря, рассчитываемая для конкретной схемы включения ДПТ ПВ при реализации данной искусственной характеристики. Например, для реостатной характеристики

(3.144)

Электромагнитный момент электродвигателя на искусственной характеристике выражается как

(3.145)

где - ток якоря на искусственной характеристике, соответствующий принятому току для данного значения (Е/w)_е переходной характеристики. Рассчитываемые таким образом пары чисел w_и, М_и определяют искусственную механическую характеристику ДПТ ПВ. Искусственные характеристики ДПТ ПВ часто получают включением добавочного сопротивления в цепь якоря, шунтированием обмотки возбуждения, шунтированием обмотки якоря и др. (рис.3.37).

47. ТОРМОЗНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ДПТ ПВ

ДПТ ПВ допускает работу в режиме противовключения и динамического торможения. Рекуперативное торможение невозможно, так как характеристика двигателя при любых скоростях не пересекает ось w и ЭДС двигателя в нормальной схеме включения не может быть больше приложенного напряжения.

Торможение противовключением может быть как при активном, так и при реактивном статическом моменте. Основные особенности этого режима такие же как и для ДПТ НВ. При активном статическом моменте режим противовключения используется для получения посадочных скоростей при опускании тяжелых грузов

Торможение противовключением осуществляется также изменением направления тока в якоре с одновременным включением в цепь якоря сопротивления R_Д для ограничения броска тока.

Направление тока в обмотке возбуждения сохраняется прежним. На интервале ВС механической характеристики реализуется режим противовлкючения

Данный способ торможения применяется для быстрой остановки реверсируемых электродвигателей.

Динамическое торможение может осуществляться двумя способами:

1) при независимом возбуждении;

2) при самовозбуждении.

Рассмотрим динамическое торможение при независимом возбуждении (рис.3.41).

В этом случае обмотка возбуждения ОВ соединяется последовательно с добавочным сопротивлением R_Д,В, которое выбирается таким, чтобы обеспечить номинальный магнитный поток Ф_ном. Необходимая величина добавочного сопротивления вычисляется таким образом

Вследствие того, что магнитный поток постоянный, тормозные характеристики ДПТ ПВ полностью аналогичны характеристикам динамического торможения ДПТ ПВ

Величина тормозного сопротивления R_т якорной цепи рассчитывается из заданной величины начального значения I_нач ток якоря:

где

Е_нач, w_нач – начальные ЭДС и угловая скорость.

Теперь проанализируем динамическое торможение с самовозбуждением. Для того, чтобы остаточный магнитный поток и рабочий магнитный поток совпадали по направлению, необходимо, чтобы ток в обмотке возбуждения протекал в том же направлении, что и в предшествующем двигательном режиме. Для сохранения прежнего направления тока в обмотке возбуждения концы ее при переходе в тормозной режим следует переключить

Работа машины постоянного тока с самовозбуждением возможна при таких значениях скорости w и сопротивления R_я якорной цепи, чтобы при наличии остаточного магнитного потока выполнялось условие

Графически это означает, что кривая E=F(I_я) и прямая I_яR_я=F(I_я) пересекаются

Чем больше R_я, тем при большей скорости произойдет самовозбуждении машины. Наименьшая скорость при данном R_я, при которой еще возможно самовозбуждение, называется критической (w_кр). При этих условиях прямая I_яR_я касается кривой Е=F(I_я).

Расчет механической характеристики динамического торможения с самовозбуждением при данном R_т производится следующим образом. Для каждого значения тока I_я на естественной и искусственной характеристиках определяется ЭДС:

По формуле

рассчитывается скорость на тормозной характеристике и электромагнитный момент при данном токе:

Совокупность точек позволяет построить механическую характеристику при динамическом торможении с самовозбуждением

Тормозной режим с самовозбуждением имеет следующие особенности:

1) самовозбуждение возможно лишь начиная с некоторой минимальной скорости (w_кр),

2) при снижении скорости тормозной момент резко уменьшается из-за одновременного уменьшения тока и магнитного потока,

3) по мере самовозбуждения (особенно при активном статическом моменте) тормозной момент быстро нарастает, что может вызвать опасный динамический удар,

4) динамическое торможение с самовозбуждением возможно при полном отключении питающей сети, поэтому оно применяется в качестве аварийного.