Электродвигатель постоянного тока

• Постоянная момента
• Постоянная ЭДС
• Постоянная электродвигателя
• Жесткость механической характеристики

• Напряжение электродвигателя
• Мощность электродвигателя постоянного тока
• Механическая постоянная времени

Постоянная момента

,

• где M — момент электродвигателя, Нм,
• – постоянная момента, Н∙м/А,
• I — сила тока, А

Постоянная ЭДС

Направление ЭДС определяется по правилу правой руки. Направление наводимой ЭДС противоположно направлению протекающего в проводнике тока.

Наведенная ЭДС последовательно изменяется по направлению из-за перемещения проводников в магнитном поле. Суммарная ЭДС, равная сумме ЭДС в каждой катушке, прикладывается к внешним выводам двигателя. Это и есть противо-ЭДС. Направление противо-ЭДС противоположно приложенному к двигателю напряжению. Значение противо-ЭДС пропорционально частоте вращения и определяется из следующего выражения: [1]

,

• где — электродвижущая сила, В,
• – постоянная ЭДС, В∙с/рад,
• — угловая частота, рад/с

Постоянные момента и ЭДС в точности равны между собой K_T = K_E. Постоянные K_T и K_E равны друг другу, если они определены в единой системе едениц.

Постоянная электродвигателя

Одним из основных параметров электродвигателя постоянного тока является постоянная электродвигателя K_м. Постоянная электродвигателя определяет способность электродвигателя преобразовывать электрическую энергию в механическую.

,

• где — постоянная электродвигателя, Нм/√Вт,
• R — сопротивление обмоток, Ом,
• – максимальный момент, Нм,
• — мощность потребляемая при максимальном моменте, Вт

Справка: Постоянная электродвигателя вместе с размерами электродвигателя являются основными параметрами для инженера при выборе электродвигателя с лучшим соотношением мощность / объем.

Постоянная электродвигателя не зависит от соединения обмоток, при условии, что используется один и тот же материал проводника. Например, обмотка двигателя с 6 ветками и 2 параллельными проводами вместо 12 одиночных проводов удвоят постоянную ЭДС, при этом постоянная электродвигателя останется не изменой.

Жесткость механической характеристики двигателя

,

• где — жесткость механической характеристики электродвигателя постоянного тока

Напряжение электродвигателя

Уравнение баланса напряжений на зажимах двигателя постоянного тока имеет вид (в случае коллекторного двигателя не учитывается падение напряжения в щеточно-коллекторном узле):

,

• где U — напряжение, В.

Уравнение напряжения выраженное через момент двигателя будет выглядеть следующим образом:

Соотношение между моментом и частотой вращения при двух различных напряжениях питания двигателя постоянного тока неизменно. При увеличении частоты вращения момент линейно уменьшается. Наклон этой функции K_TK_E/R постоянный и не зависит от значения напряжения питания и частоты вращения двигателя.

Благодаря таким характеристикам упрощается управление частотой вращения и углом поворота двигателей постоянного тока. Это характерно для коллекторных и вентильных двигателей постоянного тока, что нельзя сказать о двигателях переменного тока и шаговых двигателях [1].

Мощность электродвигателя постоянного тока

Упрощенная модель электродвигателя выглядит следующим образом:

• где I – сила тока, А
• U — напряжение, В,
• M — момент электродвигателя, Н∙м
• R — сопротивление токопроводящих элементов, Ом,
• L — индуктивность, Гн,

• P_эл — электрическая мощность (подведенная), Вт
• P_мех — механическая мощность (полезная), Вт
• P_теп — тепловые потери, Вт
• P_инд — мощность затрачиваемая на заряд катушки индуктивности, Вт
• P_тр — потери на трение, Вт

Механическая постоянная времени

Механическая постоянная времени — это время, отсчитываемое с момента подачи постоянного напряжения на электродвигатель, за которое частота вращения ненагруженного электродвигателя достигает уровня в 63,21% (1-1/e) от своего конечного значения.

,

• где — механическая постоянная времени, с

Смотрите также

Основные параметры электродвигателя

Общие параметры для всех электродвигателей

• Момент электродвигателя
• Мощность электродвигателя
• Коэффициент полезного действия
• Номинальная частота вращения

• Момент инерции ротора
• Номинальное напряжение
• Электрическая постоянная времени

Библиографический список

• Т.Кенио, С.Нагамори. Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами: Пер. с англ.-М.: Энергоатомиздат, 1989.

Характеристики двигателя постоянного тока | Электрические машины

Подробности

Категория: Оборудование

• электродвигатель

Содержание материала

• Электрические машины
• Основные электромагнитные схемы электрических машин
• Устройство многофазных обмоток
• Магнитное поле и МДС многофазных обмоток
• Электродвижущие силы, индуктируемые в обмотке
• Асинхронные машины
• Явления в асинхронной машине при неподвижном роторе
• Явления в асинхронной машине при вращающемся роторе
• Уравнения, схема замещения и векторная диаграмма
• Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя
• Механическая характеристика асинхронной машины
• Статическая устойчивость асинхронной машины
• Экспериментальное исследование асинхронных двигателей
• Рабочие характеристики асинхронного двигателя
• Двигатели с улучшенными пусковыми свойствами
• Пуск асинхронных двигателей
• Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей
• Несимметричные режимы работы асинхронных двигателей
• Однофазные асинхронные двигатели
• Генераторный режим асинхронной машины
• Трансформаторный режим асинхронной машины
• Синхронные машины
• Магнитное поле синхронной машины при холостом ходе
• Расчет магнитной цепи синхронной машины при хх
• Магнитное поле синхронной машины при нагрузке
• Приведение МДС обмотки статора к МДС возбуждения
• Уравнения напряжений и векторные диаграммы
• Уравнения векторные диаграммы с учетом насыщения
• Работа на автономную нагрузку
• Параллельная работа синхронных машин
• Включение генератора в сеть
• Регулирование активной мощности синхронной машины
• Регулирование реактивной мощности синхронной машины
• Угловая характеристика синхронной машины
• Статическая устойчивость синхронной машины
• U-образные характеристики
• Синхронные двигатели
• Синхронные компенсаторы
• Несимметричные режимы синхронных генераторов
• Внезапное трехфазное кз синхронного генератора
• Качания и динамическая устойчивость синхронной машины
• Машины постоянного тока
• ЭДС обмотки якоря и электромагнитный момент
• Магнитное поле машины постоянного тока при нагрузке
• Коммутация
• Генераторы постоянного тока
• Характеристики генераторов с самовозбуждением
• Параллельная работа генераторов постоянного тока
• Двигатели постоянного тока
• Характеристики двигателя постоянного тока
• Регулирование частоты вращения

Страница 50 из 51

Основной характеристикой двигателя постоянного тока, определяющей его свойства в установившемся режиме, является механическая характеристика

при и .
Уравнение механической характеристики получается из (6.7)
. (6.8)

На рис. 6.42 представлены механические характеристики при различных способах возбуждения. Механическая характеристика двигателя параллельного возбуждения при небольшой размагничивающей реакции якоря () имеет слабо падающий характер (кривая 1).
Если размагничивающая реакция двигателя параллельного возбуждения велика (поток Ф существенно снижается при увеличении нагрузки), то механическая характеристика будет иметь положительный наклон (кривая 1′). Такая характеристика, как правило, не позволяет получить установившийся режим.

Действительно, запишем уравнение моментов в малых приращениях
.
Решение этого уравнения
,
где С — постоянная, определяемая начальными условиями; — разность частных производных электромагнитного и внешнего моментов.
Решение будет устойчивым ( при ), если , т.е. .
Для постоянной нагрузки характеристика 1′ не удовлетворяет этому условию.
В двигателях последовательного возбуждения результирующий поток пропорционален току якоря,
,
а электромагнитный момент пропорционален квадрату тока якоря,
.
С учетом этих соотношений уравнение механической характеристики двигателя последовательного возбуждения приобретает вид
. (6.9)

Этому уравнению соответствует кривая 2 (рис. 6.42), имеющая гиперболический характер. При частота вращения якоря , поэтому двигатели последовательного возбуждения не могут работать в режиме холостого хода.

Вместе с тем квадратичная зависимость электромагнитного момента от тока якоря дает важное преимущество двигателям последовательного возбуждения при перегрузках перед двигателями параллельного возбуждения, момент которых является линейной функцией тока . Это преимущество особенно существенно при пуске, так как при одном и том же пусковом токе () двигатели последовательного возбуждения развивают больший момент, чем двигатели параллельного возбуждения. Поэтому двигатели последовательного возбуждения получили широкое применение на транспортных установках, где пусковой режим является одним из основных режимов работы.
Механическая характеристика двигателя смешанного возбуждения (кривая 3 рис. 6.42) занимает промежуточное положение. Обладая близкими с двигателями последовательного возбуждения свойствами при перегрузках, двигатели смешанного возбуждения могут работать и при малых нагрузках, что позволяет осуществить рекуперацию энергии в сеть при (рис. 6.42), так как машина переходит в генераторный режим (). Это свойство можно использовать в транспортных установках при движении с горы, создавая тормозной момент и одновременно возвращая в сеть запасенную кинетическую энергию.

• Назад
• Вперёд

• Назад

• Вы здесь:  
• Главная
• Книги
• org/ListItem»> Оборудование
• Монтаж силового и вспомогательного электрооборудования

Еще по теме:

• Испытания по определению электрических величин электрических машин
• Основные повреждения электродвигателей
• Двигатели типа ДАБ
• Методы сушки электрических машин
• Автоматизация испытаний электрических машин

Характеристики двигателей постоянного тока Шунтирующие и комбинированные двигатели

Характеристики двигателя постоянного тока определяются соотношением между током якоря, крутящим моментом и скоростью. Эти зависимости представлены графически в виде кривых, которые называются характеристиками двигателей постоянного тока. Эти характеристики показывают поведение двигателя постоянного тока при различных условиях нагрузки.

Ниже приведены три важные характеристики двигателя постоянного тока

Характеристики крутящего момента и тока якоря

Это график зависимости крутящего момента якоря (τ _a ) и тока якоря (I _a ) двигателя постоянного тока. Это также известно как электрические характеристики двигателя постоянного тока.

Характеристики скорости и тока якоря

Это график, построенный между скоростью (N) и током якоря (I _a ) двигателя постоянного тока. Эта характеристическая кривая в основном используется для выбора двигателя для конкретного применения.

Характеристики скорости и крутящего момента

График, построенный между скоростью (N) и крутящим моментом якоря (τ _a ) для двигателя постоянного тока, известен как характеристика скорость-момент. Это также известно как механические характеристики двигателя постоянного тока.

Характеристики шунтирующего двигателя постоянного тока

Шунтирующие двигатели являются машинами с постоянным магнитным потоком, т. е. их магнитный поток остается постоянным, поскольку их обмотка возбуждения напрямую подключена к напряжению питания, которое предполагается постоянным.

Характеристики крутящего момента и тока якоря

Момент якоря в двигателе постоянного тока прямо пропорционален магнитному потоку и току якоря,
т. е.

$$\mathrm{\tau_{a}\:\varpropto\:\varphi I_{a}}$$

В случае шунтового двигателя поток также является постоянным. Следовательно,

$$\mathrm{\tau_{a}\:\varpropto\:I_{a}}$$

Следовательно, характеристики крутящего момента и тока якоря шунтового двигателя постоянного тока представляют собой прямую линию, проходящую через начало координат. (см. рисунок). Крутящий момент на валу меньше, чем крутящий момент якоря, который представлен пунктирной линией.

Из характеристик видно, что для запуска большой нагрузки требуется очень большой ток. Таким образом, шунтирующий двигатель не должен запускаться при больших нагрузках.

Характеристики скорости и тока якоря

Скорость шунтирующего двигателя постоянного тока определяется по формуле \:E_{b}\:=\:V\:-\:I_{a}R_{a}}$$

$$\mathrm{\следовательно \:N \:\propto\:(V\: -\:I_{a}R_{a})}$$

Для параллельного двигателя постоянного тока противо-ЭДС и магнитный поток постоянны при нормальных рабочих условиях. Следовательно, скорость шунтирующего двигателя будет оставаться постоянной по отношению к току якоря, как показано пунктирной линией.

Однако при увеличении нагрузки противоЭДС и магнитный поток уменьшаются из-за падения сопротивления якоря и реакции якоря соответственно. Хотя обратная ЭДС уменьшается несколько больше, чем поток, так что скорость двигателя немного уменьшается с увеличением нагрузки (как линия AB).

Характеристики скорости и крутящего момента

Это кривая, построенная между скоростью и крутящим моментом для различных токов якоря. Видно, что скорость шунтового двигателя уменьшается по мере увеличения момента нагрузки.

Характеристики двигателя постоянного тока

В двигателе постоянного тока обмотка возбуждения соединена последовательно с якорем и, следовательно, пропускает полный ток якоря. При увеличении нагрузки на вал двигателя увеличивается ток якоря. Следовательно, поток в последовательном двигателе увеличивается с увеличением тока якоря и наоборот.

Характеристики крутящего момента и тока якоря

В двигателе постоянного тока,

$$\mathrm{\tau_{a}\:\propto\:\varphi I_{a}}$$ 92}$$

$$\mathrm{После\:магнитного\:насыщения,\: φ\:становится\:постоянным\:так\:то,\:\tau_{a}\:\propto\:I_{ a}}$$

Следовательно, до магнитного насыщения момент якоря прямо пропорционален квадрату тока якоря. Следовательно, кривая зависимости крутящего момента от тока якоря до магнитного насыщения представляет собой параболу (часть OA кривой).

После магнитного насыщения момент якоря прямо пропорционален току якоря. Следовательно, кривая зависимости крутящего момента от тока якоря после магнитного насыщения представляет собой прямую линию (часть AB кривой).

Из кривой зависимости крутящего момента от тока якоря видно, что пусковой крутящий момент двигателя постоянного тока очень высок.

Характеристики скорости и тока якоря

Скорость двигателя постоянного тока определяется выражением,

$$\mathrm{N\:\propto\:\frac{E_{b}}{\varphi};\:Where ,\:E_{b}\:=\: V-I_{a}(R_{a}+R_{se})}$$

С увеличением тока якоря противо-ЭДС уменьшается из-за омическое падение сопротивления якоря и последовательного поля при увеличении потока. Хотя падение сопротивления при нормальных условиях эксплуатации очень мало, и им можно пренебречь, таким образом,

$$\mathrm{N\:\propto\:\frac{1}{\varphi}\:\propto\:\frac{1}{I_{a}};\:Вверх\:к\:магнитный \:saturation.}$$

Следовательно, до магнитного насыщения кривая зависимости скорости от тока якоря представляет собой гиперболу, а после магнитного насыщения поток становится постоянным и, следовательно, скорость

Характеристики скорости и момента

Скорость характеристики крутящего момента двигателя постоянного тока могут быть получены из его характеристик тока якоря скорости и тока якоря крутящего момента следующим образом

Для заданного значения I _a определите τ _a по кривой тока якоря по моменту и N по кривой тока якоря по скорости. Это даст точку (τ, N) на кривой скорость-момент. Повторите эту процедуру для различных значений тока якоря и определите соответствующие значения скорости и крутящего момента (τ ₁ , N ₁ ), (τ ₂ , N ₂ ) и т. д.

При построении этих точек на графике мы получаем характеристики скорости и крутящего момента двигателя постоянного тока, как показано на рисунке.

Из характеристик видно, что серийный двигатель имеет высокий крутящий момент при низкой скорости и наоборот. Таким образом, серийный двигатель постоянного тока используется там, где требуется высокий пусковой момент.

Важно – На холостом ходу ток якоря очень мал, как и поток. Следовательно, скорость возрастает до опасно высокого значения, которое может повредить машину. Поэтому серийный двигатель никогда не следует запускать на холостом ходу.

Характеристики накопительного составного двигателя постоянного тока

Накопительный составной двигатель постоянного тока — это двигатель, в котором последовательное поле помогает шунтирующему полю, т. е. оба находятся в одном направлении.

Характеристики крутящего момента и тока якоря

При увеличении тока якоря последовательное поле увеличивается, тогда как шунтирующее поле остается постоянным. В результате увеличивается общий поток в машине и, следовательно, увеличивается крутящий момент якоря.

Характеристики скорости и тока якоря

При увеличении нагрузки ток якоря также увеличивается, что увеличивает поток на полюс. Следовательно, скорость двигателя уменьшается с увеличением нагрузки. Поэтому накопительный составной двигатель имеет плохую регулировку скорости.

Характеристики скорости и крутящего момента

При заданном токе якоря крутящий момент комбинированного двигателя больше, чем у параллельного двигателя, но меньше, чем у последовательного двигателя.

Характеристики двигателей постоянного тока — параллельные, последовательные и составные

Двигатели постоянного тока широко используются в различных приложениях, таких как приводы с регулируемой скоростью, приводы с постоянной скоростью и многое другое. Для выбора типа двигателя постоянного тока для конкретного применения очень важно изучить характеристики различных двигателей постоянного тока. Характеристики двигателей постоянного тока дают представление о производительности при различных условиях нагрузки, что позволяет рекомендовать их области применения.

Некоторые из важных характеристик двигателя постоянного тока:

• Характеристики тока якоря скорости (N vs I _a ),
• Характеристики тока якоря крутящего момента (T vs I _a ) и
• Характеристики тока якоря скорости характеристики (N против T).

Характеристики шунтирующего двигателя постоянного тока:

Характеристики тока якоря скорости:

Уравнение для противо-ЭДС, индуцируемой в двигателе постоянного тока, дается как E _b = PɸNZ / 60A. Отсюда соотношение между скоростью и противо-ЭДС выражается как N ∝ E _б /Ф. Выражение для скорости N двигателя постоянного тока дается как

В шунтирующем двигателе постоянного тока поле подключено к клеммам якоря. Следовательно, при постоянном напряжении питания V ток возбуждения остается постоянным, создавая постоянную Φ. Но на практике из-за эффекта реакции якоря распределение потока в воздушном зазоре искажается.

Таким образом, уменьшается результирующий поток. Предположим, что если нагрузка на двигатель увеличивается, ток якоря I _a увеличивается, тем самым увеличивая падение I _и Р _и . Это приводит к небольшому падению скорости, потому что при постоянном значении Φ разность (V — I _a R _a ) изменится очень незначительно, поскольку сопротивление якоря R _a двигателя постоянного тока остается очень малым.

Кривая между скоростью и током якоря с небольшим спадом от холостого хода до полной нагрузки показана на рисунке (a) ниже.

Характеристики крутящего момента и тока якоря:

Для двигателя постоянного тока выражение для крутящего момента дается как T = K Φ I _a т. е. крутящий момент прямо пропорционален магнитному потоку и току якоря. При постоянном токе возбуждения с постоянной Φ T ​​∝ I _a .

Теперь, если нагрузка увеличивается, увеличивается ток нагрузки (т. е. увеличивается ток якоря), тем самым увеличивая крутящий момент якоря. Поэтому кривая будет прямой линией от начала координат, как показано на рисунке (b).

Но на практике выходной крутящий момент двигателя меньше крутящего момента якоря из-за потерь на трение в подшипниках. Таким образом, для создания высокого крутящего момента ток якоря должен быть очень высоким, что может привести к повреждению двигателя. Следовательно, шунтирующий двигатель постоянного тока хорошо подходит для приложений с постоянной скоростью, таких как конвейеры, линейные валы и т. д.

Характеристики скорость-крутящий момент:

Из характеристик T vs I _a и N vs I _a можно построить N vs T, как показано на рисунке (c). Эти характеристики аналогичны характеристикам скорости и тока якоря, скорость остается почти постоянной для различных условий нагрузки ниже значения полной нагрузки.

Характеристики двигателя постоянного тока:

Характеристики тока якоря скорости:

В двигателе постоянного тока обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены последовательно с источником питания. Следовательно, напряжение питания также должно преодолевать падение в последовательной обмотке. Следовательно, выражение для скорости N последовательного двигателя постоянного тока имеет вид

Благодаря последовательному соединению возбуждения ток возбуждения пропорционален току якоря и, следовательно, потоку, Φ ∝ I _a . Как правило, R _a и R _se остаются небольшими (с небольшими I _a R _a и I _se R _se капли), таким образом, для постоянного V т. е. V ≅ E _{b 90 010 , при увеличении нагрузки скорость снижается. Отношение между N и I и будет иметь форму прямоугольной гиперболы, как показано на рисунке (а).}

Видно, что при высокой нагрузке I _a будет высокой, а скорость N будет низкой. Но при отсутствии нагрузки I _и будут низкими, а скорость N будет очень высокой. Вот почему двигатель постоянного тока никогда не запускался без подключенной к нему нагрузки или в условиях малой нагрузки.

Характеристики крутящего момента и тока якоря:

Для двигателя постоянного тока выражение для крутящего момента задается как T = K Φ I _a . В последовательном двигателе Φ ∝ I _a , таким образом, T ∝ I _а ² . Здесь крутящий момент пропорционален квадрату тока якоря, поэтому кривая T vs I _a будет иметь параболический характер, как показано на рисунке (b). Кроме того, кривая, параболическая, будет до определенного предела I _a , затем после того, как I _a = I _se , обмотка возбуждения насыщается и создает постоянный поток и, следовательно, постоянную T (кривая будет прямая линия).

Таким образом, исходя из характеристик T vs I _и , серийный двигатель при запуске с нагрузкой развивает высокий пусковой момент. Следовательно, двигатели постоянного тока хорошо подходят для таких применений, как электропоезда, подъемники, тележки и т. д.

Характеристики скорость-крутящий момент:

Подобно шунтирующему двигателю постоянного тока, отношение N к T последовательного двигателя постоянного тока аналогично N к I _a (параболическая кривая), как показано на рисунке (c). На холостом ходу I _и будут низкими, и, следовательно, крутящий момент, следовательно, скорость будет очень высокой. С увеличением нагрузки крутящий момент увеличивается, а скорость уменьшается.

Характеристики составного двигателя постоянного тока:

Мы знаем, что составные двигатели изготавливаются с комбинацией шунтирующих и последовательных обмоток возбуждения с обмоткой якоря. Следовательно, характеристики составных двигателей постоянного тока будут объединены характеристиками параллельных и последовательных двигателей. Но характеристики зависят от того, как соединены две обмотки возбуждения.

Universal Motors — Узнайте о двигателях…

Пожалуйста, включите JavaScript

Universal Motors — Узнайте о двигателях, которые могут работать как от однофазного переменного, так и от постоянного тока

• В комбинированном двигателе поток, создаваемый последовательная обмотка возбуждения поддерживает поток, создаваемый шунтирующей обмоткой возбуждения.
• В составном дифференциальном двигателе поток последовательного поля противодействует потоку шунтирующего поля (уменьшение результирующего потока).

Характеристики тока якоря скорости:

Характеристики скорости и тока якоря двигателей постоянного тока с кумулятивной и дифференциальной обмоткой показаны на рисунке (a) ниже. Поскольку результирующий поток больше в кумулятивном комбинированном двигателе по отношению к нагрузке, кривая будет немного более падающей по сравнению с шунтирующим двигателем.

Характеристики крутящего момента и тока якоря:

Если нагрузка на совокупный составной двигатель увеличивается, развиваемый крутящий момент также увеличивается. Но крутящий момент уменьшается с увеличением нагрузки в случае дифференциального составного двигателя, как показано на рисунке (b).

Характеристики скорость-крутящий момент :

Когда происходит внезапное приложение больших нагрузок, скорость снижается, кумулятивные составные двигатели могут развивать большой крутящий момент, как и последовательные двигатели.