5. Основные расчетные характеристики двигателей постоянного тока

Кратко рассмотрим основные параметры двигателей постоянного тока.

Номинальный ток якоря - длительно допустимый ток по условиям нагрева электродвигателя. Номинальный ток зависит от класса изоляции обмотки, условий охлаждения, материала коллектора и щеток, габаритных размеров и других конструктивных особенностей машины. При питании двигателя пульсирующим напряжением номинальному току соответствует эффективное значение (среднеквадратичное).

Максимальный ток - кратковременно допустимый по условиям коммутации или размагничивания ток якоря двигателя. Максимальный ток зависит от скорости, наличия дополнительных полюсов, степени компенсации реакции якоря, материала и конструкции щеточно-коллекторного узла, индуктивности коммутируемой секции обмотки якоря и т. д. Для высокомоментных двигателей максимальному току соответствует ток якоря неподвижного двигателя, не вызывающий существенного (более чем на 10 %) размагничивания полюсов. Его обозначают Обычно максимально допустимый по условиям размагничивания ток составляет (10÷20) I_н.

При питании двигателя пульсирующим напряжением за максимальный ток принимается его амплитудное значение.

Номинальный магнитный поток - магнитный поток, характеризующий магнитное поле в рабочем воздушном зазоре двигателя при нормальной скорости. Номинальный магнитный поток в воздушном зазоре сохраняется при регулировании скорости изменением напряжения на якоре. Магнитный поток зависит от тока в обмотке возбуждения, числа витков обмотки, числа полюсов и степени насыщения магнитной системы двигателя. Для высокомоментных двигателей величина магнитного потока определяется как геометрией машины, так и параметрами постоянных магнитов.

Номинальное напряжение якоря - длительно допустимое напряжение на якоре двигателя, соответствующее номинальной скорости. Номинальное напряжение зависит от активной длины проводника обмотки якоря, числа проводников в его пазу, величины магнитного потока, линейной скорости вращения.

Номинальное напряжения возбуждения - длительно допустимое напряжение на обмотке возбуждения, определяемое длительно допустимым по условиям нагрева током возбуждения. Номинальное напряжение возбуждения зависит от сопротивления и числа витков обмотки возбуждения. При многополюсной системе возбуждения зависит также от схемы включения обмоток.

Максимальное напряжение якоря - напряжение, соответствующее максимальной скорости. Максимальное напряжение лимитируется величиной напряжения между смежными пластинами коллектора, обеспечивающей приемлемую коммутацию.

Номинальная скорость (об/мин) - скорость при номинальном напряжении на якоре, номинальном магнитном потоке и номинальном токе якоря.

Максимальная скорость (об/мин) - максимальная скорость при максимальном напряжении на якоре и номинальном магнитном потоке

Максимальная скорость (об/мин) - максимальная скорость при минимальном магнитном потоке и номинальном напряжении на якоре U_н.

Номинальный момент - длительно допустимый момент на валу двигателя, соответствующий номинальному току якоря и номинальному магнитному потоку При питании двигателя пульсирующим напряжением номинальный момент соответствует среднему (среднеарифметическому) значению тока якоря.

Максимальный момент - кратковременный момент на валу двигателя, соответствующий максимальному току в якоре и номинальному магнитному потоку Обычно кратность максимального момента меньше кратности максимального тока вследствие насыщения магнитной системы и размагничивающего действия реакции якоря. Для высокомоментных двигателей максимальный момент соответствует по условиям размагничивания максимальному току якоря при неподвижном двигателе

Номинальная мощность - мощность на валу двигателя при номинальном моменте и номинальной скорости: При уменьшении скорости мощность двигателя пропорционально снижается.

Электрическая мощность - мощность, потребляемая двигателем из сети: Для высокомоментных двигателей номинальный ток равен номинальному току якоря.

Часовая мощность - мощность на валу двигателя, допустимая по условиям нагрева в течение 1 ч работы. Часовая мощность больше номинальной. Эта разница тем больше, чем больше тепловая постоянная времени двигателя.

Номинальный кпд η (%) - отношение номинальной мощности на валу двигателя к потребляемой:

Момент инерции J (кг*м²) - конструктивный параметр двигателя, определяемый геометрическими размерами и материалом якоря.

Максимальное теоретическое ускорение - ускорение, развиваемое двигателем без дополнительной инерционной массы при максимальном вращающем моменте.

Коэффициент момента - момент, развиваемый двигателем на 1 А тока якоря при номинальном магнитном потоке:

Коэффициент эдс - эдс двигателя, вращающегося со скоростью 1 ^рад/_с (1 ^об/_мин) при номинальном магнитном потоке

где - сопротивление обмотки дополнительных полюсов.

При размагничивании двигателя значения коэффициентов уменьшаются.

Электромеханическая постоянная времени - время, необходимое для разгона двигателя до номинальной скорости при постоянном моменте короткого замыкания, развиваемом при прямом включении якоря двигателя на номинальное напряжение:

При апериодическом процессе разгона постоянная времени равна времени достижения 0,63 установившегося значения (рис. 17) заданного параметра.

Рис. 17. Кривая разгона двигателя

Электромагнитная постоянная времени - время, необходимое для нарастания тока в обмотке якоря до 0,63 номинального значения при подаче на заторможенный якорь двигателя ступенчатого напряжения:

где - индуктивности обмотки якоря и обмотки дополнительных полюсов.

Собственная частота - величина, характеризующая полосу пропускания (быстродействие) электродвигателя.

Коэффициент демпфирования дает представление о характере изменения скорости (колебательности) электродвигателей в переходных режимах. Он зависит от соотношения электромеханической и электромагнитной постоянных времени:

Тепловая постоянная времени - время нагрева обмотки якоря до значения 0,63 установившейся температуры. Тепловая постоянная зависит от материала, конструкции и геометрических размеров якоря и способа охлаждения двигателя.

Крутизна напряжения тахогенератора - напряжение на якоре тахогенератора при скорости 1000 об/мин; она зависит от интенсивности магнитного поля, активной длины и числа проводников обмотки якоря тахогенератора.

Минимальное сопротивление нагрузки - минимальное значение сопротивления, при котором тахогенератор сохраняет свои точностные параметры.

Для наиболее полного использования двигателей в условиях, отличных от номинальных, целесообразно знать механические характеристики, представляющие собой зависимость между скоростью и вращающим моментом в длительном, повторно-кратковременном и кратковременном режимах работы.

В зоне длительного режима двигатель может длительно работать при любом сочетании скорости и момента, не превышающем пределы длительного режима.

В зоне повторно-кратковременного режима двигатель может работать только при допустимой продолжительности включения.