Скорость вращения и механические характеристики двигателей

Основным элементом двигателей постоянного тока является якорь. Электромагнитные процессы в цепи якоря определяют характер и качество преобразования энергии. Важнейшей из характеристик, связывающей два главных параметра электромеханического преобразователя с вращательным движением – скорость или частоту вращения и электромагнитный момент , является механическая характеристика или . Она показывает влияние механической нагрузки (момента) на валу двигателя на скорость вращения, что особенно важно знать при выборе и эксплуатации двигателей.

Современные приводы обычно представляют собой автоматизированные системы, предназначенные для решения сложных технологических задач, большинство из которых требуют управления процессом преобразования энергии в двигателе и, в частности, управления скоростью его вращения. Поэтому помимо механической характеристики разработчикам и пользователям необходимо знать возможности и особенности регулирования, которые описываются регулировочной характеристикой , где - управляющая величина.

Механические характеристики могут быть естественными и искусственными. Под естественными характеристиками понимают характеристики полученные при номинальных параметрах источника питания и отсутствии каких-либо регулировочных устройств в цепях якоря и возбуждения. Все остальные характеристики называются искусственными.

Уравнение механической характеристики машины постоянного тока можно получить из уравнения Кирхгофа для цепи якоря

, где - напряжение на якоре, - сопротивление якоря, а- противо-ЭДС.

Подставляя выражение для противо-ЭДС получим уравнение скоростной или электромеханической характеристики

.

Выражая ток якоря через электромагнитный момент, получим уравнение механической характеристики

или в системе СИ –

.

Преобразование характеристики выполнено с учетом того, что в системе СИ , а также того, что константы и , являются выражениями для числа витков обмотки якоря взаимодействующих с магнитным потоком Ф, поэтому произведение является потокосцеплением якоря.

Полученные выражения справедливы для любой машины постоянного тока при условии независимости величин , Ф. и , но они могут видоизменяться, если между этими величинами появляется связь.

Такая связь может появляться, в частности, если обмотка возбуждения или ее часть включается в цепь якоря. Это приводит к существенному изменению характера функции , поэтому двигатели постоянного тока по схеме электрической цепи делятся на двигатели с

независимым;

параллельным;

последовательным и

смешанным возбуждением.

В двигателях с независимым возбуждением обмотка возбуждения питается от отдельного источника постоянного тока или магнитное поле главных полюсов этих машин создается постоянными магнитами.

При параллельном возбуждении обмотка возбуждения и цепь якоря соединены параллельно и питаются от одного источника.

При последовательном возбуждении обмотка возбуждения включается последовательно с цепью якоря, а при смешанном на главных полюсах делаются две обмотки, одна из которых включается последовательно, другая – параллельно.