Механическая и электромеханическая характеристики машины постоянного тока с независимым (параллельным) возбуждением, режим холостого хода, режим пуска, работа под номинальной нагрузкой.

Анализ проведем для двигательного режима работы МПТ. Пусть к якорной обмотке и обмотке возбуждения приложены неизменные напряжения Uя и Uв. Тогда при постоянной скорости вращения якоря наводимая ЭДС Е и, соответственно, ток якоря Iя можно считать также практически постоянным. Это дает основание не учитывать влияние индуктивности якорной обмотки на происходящие в ней процессы. При этом в общем случае последовательно с якорной обмоткой и обмоткой возбуждения могут быть включены дополнительные резисторы Rд и Rд.в. Их назначение будет пояснено далее. Взаимные направления напряжения на якоре Uя, тока Iя и ЭДС движения Е для этого режима работы показаны на рис. 8.23.

Если принять, что результирующий магнитный поток не зависит от нагрузки (реакция якоря не проявляется), то в соответствии со вторым законом Кирхгофа можно записать

где RяΣ - полное сопротивление якорной цепи двигателя, включая сопротивление дополнительного резистора Rд.

Подставив в (8.20) выражение для ЭДС из (8.10) и решив полученное уравнение относительно скорости ω, получим

Уравнение (8.21) отражает аналитическую связь между двумя переменными: электрической величиной – током якоря Iя и механической величиной – скоростью ω. В электроприводе такие зависимости получили название электромеханических или скоростных характеристик.

Подстановка в (8.21) выражения для тока якоря из (8.14) позволяет установить связь между двумя механическими величинами: моментом М и скоростью ω

Такие характеристики также широко распространены в электроприводе и получили название механических характеристик. Следует заметить, что поскольку в выражения (8.21) и (8.22) не входят производные переменных, их называют статическими характеристиками. Как видно из (8.21) и (8.22), при неизменных U, Ф, RяΣ характеристики ω(Iя) и ω(M) – прямые линии.

Отметим характерные точки электромеханической и механической характеристик. Их положение можно определить координатами пересечения соответствующих графиков с осями координат. Скорость, при которой ток якоря и электромагнитный момент равны нулю, называют скоростью идеального холостого хода и обозначают ω0. Она равна

Соответственно, режим работы МПТ, при котором она работает со скоростью ω0 называют режимом идеального холостого хода. В этом режиме ЭДС движения Е направлена навстречу приложенному напряжению U и полностью его уравновешивает.

Характеристики ω(M), построенные по (8.22) при прямом и обратном знаках приложенного напряжения Uя, показаны на рис. 8.24 (характеристики 1 и 2). В соответствии с (8.23) и (8.27) абсолютные значения скорости идеального холостого хода |ω0| и момента короткого замыкания |Mкз| при этом не изменяются, поэтому характеристики расположены симметрично относительно начала координат. Как видно из (8.14), при постоянном потоке момент и ток якоря связаны линейно. Поэтому графическое изображение электромеханической характеристики ω(Iя) отличается от графика механической характеристики ω(M) лишь изменением масштаба по оси абсцисс. Участки этих характеристик при одинаковых знаках ω и M соответствуют двигательному режиму работы МПТ, а при разных знаках – тормозной режим.

- ток короткого замыкания.

- э-м. момент короткого замыкания.

Пуск. В соответствии с уравнением равновесия моментов условием пуска двигателя является неравенство Мп >Мст. Если это условие выполняется, то при включении двигателя в сеть ротор приходит в движение и разгоняется до установившегося режима. Ввиду того, что ротор обладает моментом инерции, разгоняется он не мгновенно – нарастание скорости происходит по закону, близкому к экспоненте.

Пуск двигателя постоянного тока осложняется тем, что при ω=0 ЭДС Eя=0 и пусковой ток якоря Iяп= Uя/ Rя может в 10 – 20 раз превышать номинальный ток, что опасно как для двигателя (усиление искрения, динамические перегрузки), так и для источника питания. Поэтому важнейшими показателями пускового режима являются кратность пускового тока Kiп= Iп/ Iном и кратность пускового момента Кмп= Мп/ Мном. При пуске необходимо обеспечить требуемую кратность пускового момента при возможно меньшей кратности пускового тока.

Прямой пуск применяют обычно при кратности пускового тока K iп?6. При большем значении Kiп применяют способы пуска, обеспечивающие снижение тока Iяп либо за счет подачи пониженного напряжения на обмотку якоря, либо за счет введения добавочного сопротивления в цепь якоря. Первый способ применяется в основном при работе двигателей в системах автоматического регулирования с якорным способом управления. Второй способ, называемый реостатным, распространен наиболее широко в нерегулируемом приводе. Сопротивление пускового реостата Rп= Rд (см. рис. 5.19) выбирают таким, чтобы ограничить Iяп до (1,4 – 1,8) Iя.ном у двигателей средней мощности и до (2,0 – 2,5) Iя.ном у двигателей малой мощности. По мере разгона якоря ток якоря уменьшается и пусковой реостат постепенно выводится.