ГЛАВА 3. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕ-

ЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Под электромеханическими свойствами электродвигателей понимают взаимосвязь между электрическими параметрами электродвигателей и параметрами механизмов, при-

водимых в движение при помощи электродвигателей.

Основным инструментом для описания электромеханических свойств электродвига

телей являются уравнения механических и электромеханических характеристик электро-

двигателей.

Уравнения естественных механической и электромеханческой характе-

Ристик электродвигателя постоянного тока параллельного ( независимого ) возбуж-

Дения

Электромеханические свойства двигателя с параллельным ( рис. 3.1, а ) и независи-

мым ( рис. 3.1, б ) возбуждением одинаковы, при условии, что у двигателя с независимым

возбуждением напряжение возбуждения U равно напряжению на якоре U ( U = U ),

и оба этих напряжения равны напряжению на зажимах двигателя с параллельным возбуж

дением.

Рис. 3.1. Схемы включения двигателя с параллельным ( а ) и независимым ( б ) возбуждением: U - напряжение на якоре двигателей; U - напряжение возбуждения

Эти свойства можно объяснить при помощи электромеханической и механической

характеристик.

При выводе этих уравнений в качестве исходного используется известное из курса электрических машин уравнение ЭДС обмотки якоря двигателя постоянного тока

U = Е + I R ( 1 ),

где U – напряжение на якоре ( щетках ) двигателя;

Е – противоэлектродвижущая сила ( противоЭДС ) обмотки якоря двигателя;

I R - падение напряжения на сопротивлении обмотки якоря.

Смысл уравнения такой: напряжение, подводимое из сети к обмотке якоря двигате-

ля, уравновешивается в обмотке противоЭДС и падением напряжения на якоре.

Подставим в ( 1 ) выражение ЭДС обмотки якоря

Е = k ωФ ( 2 ).,

где k – конструктивный коэффициент ( для данного двигателя величина постоян-

ная );

ω – угловая скорость якоря;

Ф – магнитный поток независимой ( параллельной ) обмотки возбуждения.

Тогда

U = k ωФ + I R ( 3 ).

Решим ( 3 ) относительно угловой скорости ω:

ω = - ( 4 ).

В правой части уравнения ( 4 ) все параметры, кроме тока якоря I - величины постоянные.

Значит, оно представляет собой уравнение естественной электромеханической характеристики ω (I ).

Чтобы перейти к уравнению механической характеристики, используем формулу

электромагнитного момента

М = k I Ф ( 5 ),

откуда ток якоря

I = ( 6 ).

Подставив ( 6 ) в ( 4 ) , получим

ω = - М . ( 7 )

В правой части этого уравнения все параметры, кроме электромагнитного момента двигателя М, т.е. U, k, Ф, R - величины постоянные.

Значит, оно представляет собой зависимость ω( М ), т.е уравнение естественной механической характеристики.

Физический смысл уравнений электромеханической ( 4 ) и механической ( 7 ) харак­теристик одинаков: при увеличении тока якоря ( электромагнитного момента ) скорость двигателя уменьшается.

Для установившегося режиме ( скорость постоянна ) справедливо уравнение момен-

тов

М = М = М + М ( 8 )

Подставим ( 8 ) в ( 7 )

ω = - ( М + М ) ( 9 ).

Если пренебречь малым по величине моментом холостого хода, т.е. принять М =

= 0, то в полученном уравнении ( 9 ) все параметры, кроме статического момента механиз

ма, т.е. U, k, Ф, R и М - величины постоянные.

Значит, оно представляет собой зависимость ω ( М ), что четко отражает физиче

ский смысл уравнения естественной механической характеристики, а именно:

единственной причиной изменения скорости двигателя ω является изменение полезного момента механизма М , причем чем больше этот момент, тем скорость двига

теля меньше, и наоборот.

Данный вывод справедлив только для случая, когда двигатель работает на есте-

ственной механической характеристике, т.е. при номинальном напряжении U и отсутст-

вии резисторов в цепи обмотки якоря или ( и ) независимой ( параллельной ) обмотки воз-

буждения.

На естественной механической характеристике работают двигатели вентиляторов, насосов и других приводов, в которых не предусмотрено регулирование скорости при по-

мощи схемы управления.

У таких нерегулируемых приводов управление сводится только к пуску и останов

ке электродвигателя.

Совершенно понятно, что в регулируемых электроприводах скорость двигателя из

меняется, но для этого применяют способы регулирования, связанные с изменением пара

метров питающей сети и самого двигателя, например, напряжения и частоты тока сети, сопротивления цепей обмоток статора ( якоря ) и ротора ( для асинхронных двигателей с фазным ротором ) и т.п.