Электроприводы постоянного тока

Принцип действия двигателя независимого возбуждения

Как известно из курса электрических машин, двигатели постоянного тока (ДПТ) по принципу возбуждения разделяются на двигатели независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения. Наибольшее распространение в электроприводах постоянного тока получили двигатели независимого возбуждения (электрическая схема представлена на рис. 4.1), как имеющие простую конструкцию и широкие регулировочные возможности. Двигатели последовательного возбуждения широко применяются как тяговые в транспортных и металлургических электроприводах. Двигатели смешанного возбуждения применяются редко, лишь в специальных электроприводах.

Приведенная схема двигателя постоянного тока независимого возбуждения содержит дополнительные полюса с активным сопротивлением Л, и компенсационную обмотку с активным сопротивлением Двигатели постоянного тока выполняют с дополнительными полюсами с целью улучшения процессов коммутации. Компенсационная обмотка в машинах постоянного тока обеспечивает компенсацию поперечной составляющей реакции якоря.

Дополнительные обозначения, принятые на рис. 4.1: М- обмотка якоря двигателя; LM — обмотка возбуждения; U — напряжение обмотки якоря, В; / - ток обмотки якоря, А; Е — ЭДС обмотки якоря, В; R" — активное сопротивление обмотки якоря. Ом; А, — добавочное сопро.

Рис. 4.1. Схема двигателя постоянного тока независимого возбуждения

тивление цепи обмотки якоря, Ом; Um — напряжение обмотки возбуждения, В.

Рассмотрим подробно принцип действия и способы регулирования скорости в электроприводе с двигателем постоянного тока независимого возбуждения. Если принять допущения, что потери в магнитной цепи отсутствуют, магнитный поток прямо пропорционален току возбуждения /'" а щетки расположены на геометрической нейтрали, то взаимодействие тока якоря /" с магнитным полем приводит к возникновению в соответствии с законом Ампера электромагнитных сил, действующих на проводники обмотки якоря и, следовательно, электромагнитного момента.

(4.1).

где - конструктивный коэффициент ДПТ, учитывающий число пар полюсов Р", число витков N, параллельных ветвей а обмотки якоря. В движущихся в магнитном поле с угловой скоростью ы проводниках обмотки якоря по закону Фарадея наводится ЭДС вращения.

(4.2).

Тогда система уравнений по второму закону Кирхгофа для обмоток якоря и возбуждения, а также для момента запишется.

(4.3).

При постоянном магнитном потоке машины ток якоря Напряжение (/" определяется:

откуда уравнение механической характеристики ДПТ независимого возбуждения в динамике:

(4.4).

Уравнение электромеханической характеристики ДПТ независимого возбуждения в динамическом режиме.

(4.5).

При постоянном токе /, и потоке уравнения для ДПТ независимого возбуждения примут вид.

(4.6).

(4.7).

Уравнения описывают статические электромеханическую и механическую характеристики, которые линейны и характеризуются двумя точками:

• 1) при
• 2) при

На рис. 4.2 представлены электромеханическая и механическая характеристики ДПТ независимого возбуждения.

Рис. 4.2

Если продифференцировать уравнение.

получим.

(4.8).

где р — статическая жесткость механических характеристик.

Тогда уравнения статической механической характеристики можно записать в виде.

(4.9).

(4.10).

(4.11).

а статической электромеханической характеристики:

(4.12).

(4.13).

Вернемся снова к уравнению механической характеристики ДПТ независимого возбуждения в динамике (4.4) и, учитывая, что.

где Т" — электромагнитная постоянная времени якорной цепи, получим структурную схему двигателя постоянного тока независимого возбуждения [13], рис. 4.3.

Рис. 4.3

Тогда динамическая жесткость равна.

(4.14).

Динамическая жесткость характеризует ДПТ в динамике, отличается от Д, следовательно, статические и динамические характеристики ДПТ различаются.