Методические указания по проведению семинарских занятий
по теме «
Д
вигатели
постоянного тока
».
Основные положения и соотношения.
Д
вигатели постоянного тока (
Д
ПТ
)
-
широко
используются
в электроприводе.
Основной
характеристикой
Д
ПТ
является механическая характеристика
n
(М
)
.
Решение рассматриваемых ниже задач помо
жет
студентам
понять особенности
различных режимов работы двигателя. Они
науча
тся рассчитывать как естественную
механи
ческую характерис
-
ти
ку, так и искусственные характери
стики, соответству
ющие
различным режимам работы Д
ПТ
, таким как пуск, различные способы регулирования
частоты вращения
n
,
различные способы торможения
Д
ПТ
.
Рассмотрим
основные
формулы,
используе
мые для р
асчета
механических
характеристик Д
ПТ
.
Электрическая схема двигателя постоянного тока представлена на рис. 1,
естественная механическая характеристика
n
(М
) на рис. 2.
Уравнение электрического состояния силовой це
пи ДПТ
ܷ
ൌ
ܧ
െ
ܫ
ˢ
ȉ
ܴ
ˢ
,
(1)
г
де
ܧ
ൌ
ܥ
ா
ȉ
ʣ
ȉ
݊
.
(2)
Используя (1) и (2), получаем выражение для электромеханической
характеристики
n
(
I
Я
)
݊
ൌ
௎
ି
ூ
ˢ
ȉ
ோ
ˢ
஼
ಶ
ȉ
ʣ
ൌ
௎
஼
ಶ
ȉ
ʣ
െ
ோ
ˢ
஼
ಶ
ȉ
ʣ
ȉ
ܫ
ˢ
ൌ
݊
଴
െ
ο
݊
, (3)
г
де
݊
଴
ൌ
௎
஼
ಶ
ȉ
ʣ
-
частота вращения ротора при холостом ходе
двигателя
.
Момент на валу двигателя равен
ܯ
ൌ
ʣ
ȉ
ܥ
ெ
ȉ
ܫ
ˢ
. (4)
Откуда
ܫ
ˢ
ൌ
ெ
ʣ
ȉ
ʠ
ˏ
. (5)
Подставим (5
) в (3) и получим выражение для механической характеристики
n
(М
)

݊
ൌ
௎
஼
ಶ
ȉ
ʣ
െ
ோ
ˢ
஼
ಶ
ȉ
ʣ
మ
ȉ
஼
ˏ
ȉ
ܯ
ൌ
݊
଴
െ
ο
݊
.
(6)
Момент, развиваемый двигателем, можно вычислить по формуле
ܯ
ൌ
ͻ
Ǥ
ͷͷ
ȉ
௉
మ
௡
.
(7)
Коэффициент полезного действия двигателя
ߟ
ൌ
௉
మ
௉
భ
.
(8)
Здесь
P
2
-
полезная мощность на валу
двигателя,
ܲ
ଵ
ൌ
ܷ
ȉ
ܫ
-
мощность,
потребляемая из сети.
Далее приведен
ы условия задач
,
решение которых
поможет
студентам
легче
понять и
усвоить пе
речисленные выше режимы работы
Д
ПТ
.
1.
Задача №
1
–
расчет номинального режима
Д
ПТ
и
построение
естественной механической характеристики
n
(
М
)
.
2.
Задача №
2
–
якорное регулирование n (при U =
var
).
3.
Задача № 3
-
реостатное регулирование n (при
R
Я ДОБ
=
var
).
4.
Задача №
4
-
полюсное регулирование n (
при
Ф = var).
5
.
Задача №
5
–
п
уск
Д
ПТ.
6
.
Задача
№ 6
-
г
енераторное торможение
Д
ПТ
.
7. Задача № 7
–
динамическое торможение
Д
ПТ
.
8
.
Задача №
8
–
т
орможение противовключением, реостатное (
R
Я ДОБ
=
var
).
9
. Задача №
9
-
торможение противовключением при изменении
направления поля возбуждения Ф
ВОЗБ
.
1
0
. Задача № 1
0
–
расчет
рабочих характеристик
Д
ПТ
по
паспортным данным.
Задача 1.
Для двигателя
постоянного тока с параллельным возбуждением
известны следующие
номинальные величины: Р
Н
= 13 кВт,
U
Н
= 220 В,
n
Н
= 600 об/мин,
I
Н
= 640 А. Сопротивления
обмоток якоря и дополнительных полюсов в нагретом состоянии
R
Я
= 0.00725 Ом, а
сопротивление обмотки возбуждения
R
ВОЗБ
= 43.2 Ом.
Определить вращающий момент двигателя при номинальном режиме, а также
скорость вращения якоря двигателя в режиме идеального холостого хода. Построить
естественную
электро
механическую характеристику
n(I
Я
)
.
Задача 2
.
Определить напряжение регулируемого исто
чника питания двигателя с параллельным
возбуждением, при котором
n
= 600 об/мин
при моменте М = 0.5
∙
М
Н
(
I
Я
= 0.5
∙
I
Я Н
).

Паспортные данные двигателя : P
Н
= 65 кВт,
U
Н
= 40 В,
n
Н
= 1480 об/мин ,
I
Н
= 168 А.
Задача 3
.
Определить сопротивление реостата, который надо включить в цепь якоря двигателя
с
параллельным
возбуждением
, чтобы
он
вращался с частотой
n
= 900 об/мин
и
развивал момент
М =
0.5
∙
М
Н
(
I
Я
= 0.5
∙
I
Я Н
).
Паспортные данные двигателя:
P
Н
= 65 кВт,
U
Н
= 440 В,
n
Н
= 1480 об/мин ,
I
Н
= 168 А.
Задача 4
.
Двигатель постоянного тока имеет следующие номинальные данные:
P
Н
= 9 кВт;
U
Н
= 220 В,
n
Н
= 900 об/мин ,
I
Н
= 48 А,
I
В
Н
= 1.25 А.
Для увеличения скорости вращения
якоря в цепь параллельной обмотки
возбуждения двигателя введен регулировочный
реостат, обеспечивающий ослабление магнитного потока до величины, равной 0.7
номинальной. Сопротивление обмотки якоря в нагретом состоянии
R
Я
=
0.405 Ом.
Определить : сопротивление
R
В ДОБ
регулировочного реостата, введенного в цепь
обмотки возбуждения; скорость вращения
n
//
1
и ток в цепи якоря
I
Я1
при работе
двигателя с моментом на валу М
1
= 0.4
∙
М
Н
; скорость вращения
n
//
0
якоря двигателя,
работающего при ослабленном потоке
,
в режиме холостого хода. Построить
естественную и искусственную механические характеристики. Реакцией якоря и
насыщением магнитопровода пренебречь.
Задача 5
.
Определить сопротивление обмотки якоря
R
Я
двигателя
постоянного тока с
параллельным возбуждением
и сопротивление пускового реостата
R
ПУС
, который
надо
включить
в
цепь
якоря
, чтобы
ток
якоря
при
пуске
I
ПУС
= 2.5
∙
I
Я Н
.
Данные двигателя:
P
Н
= 39 кВт,
U
Н
= 220 В,
I
Н
= 200 А.
Задача 6
.
Двигатель постоянного тока
с параллельным возбуждением
имеет следующие
номинальные данные:
P
Н
= 12 кВт,
U
Н
= 220 В,
n
Н
= 685 об/мин,
I
Н
= 64 А,
I
В Н
= 1.75 А.
Сопротивление обмотки якоря в нагретом состоянии
R
Я
= 0.281 Ом. Определить скорость
вращения якоря двигателя при холостом ходе и в режиме генераторного торможения при
тормозном моменте на валу М
Т
=
-
0.6
∙
М
Н
. Построить естественную механическую
характеристику. Размагничивающим действием реакции якоря прене
бречь.
Задача 7
.
Двигатель постоянного тока
с параллельным возбуждением
имеет следующие
номинальные данные: P
Н
= 12 кВт,
U
Н
= 220 В,
n
Н
= 685 об/мин,
I
Н
= 64 А,
I
В Н
= 1.75 А.
Сопротивление обмотки якоря в нагретом состоянии
R
Я
= 0.281 Ом.
Определить сопротивление реостата
R
Я ДОБ
, которое надо включить в цепь якоря, чтобы
при использовании динамического торможения
при
n
=
n
Н
тормозно
й момент был
равен
М
Т
=
-
0.6
∙
М
Н
.
Задача 8
.
Определить сопротивление, включенное в цепь якоря двигателя постоянного тока с
параллельным возбуждением
R
Я ДОБ
, при котором двигатель
,
работая
в режиме
торможения
противовключени
ем
с
использованием
R
Я ДОБ
,
имеет
частот
у
вращения
n
Т
=
-
400 об/мин (точка
2
на искусственной характеристике
, см. рис.
3
).
П
ри том же токе

якоря (I
Я1
) частота
вращения
двигателя
на
естественной
характеристике
равна
700
об/мин. Сопротивление обмотки якоря
R
Я
= 0.1 Ом.
Задача 9
.
Определить сопротивление, включенное в цепь якоря двигателя постоянного тока с
параллельным возбуждением
R
Я ДОБ
, при котором двигатель, работая в режиме
торможения
противовключени
ем
с использованием изменения
направления
потока
возбуждения
Ф
,
будет име
т
ь
частоту вращения
n
Т
=
-
n
Н
п
ри то
рмозном моменте М
Т
=
-
0.6
∙
М
Н
. Номинальные данные двигателя : P
Н
= 12 кВт,
U
Н
= 220 В,
n
Н
= 685 об/мин,
I
Н
= 64
А ,
I
В Н
= 1.75 А. Сопротивление
обмотки
якоря
в нагретом
состоянии
R
Я
= 0.281 Ом.
Задача 10
.
Рассчитать
и
построить
механическую
n
(
M
)
и
рабочие
n
,
M
,
I
,
P
1
, η =
f
(
P
2
)
характеристики
п
о паспортным данным
Д
ПТ
для режимов его работы,
соответствующих
моментам, не превышающим
номинальный.
Паспортные данные двигателя:
P
Н
= 12 кВт,
U
Н
= 220 В,
n
Н
= 685 об/мин,
I
Н
= 64 А,
I
В Н
= 1.75 А,
R
Я
= 0.281 Ом.