Как упоминалось в статьях вышедших ранее, главным фактором устойчивой работы электропривода является правильный выбор электродвигателя. Но далеко не всегда естественные характеристики машины могут удовлетворить требования механизмов. Поэтому часто прибегают к получению искусственных характеристик электрических машин, которые могут получать самыми различными способами, такими как понижения напряжения питания, различные схемы включения обмоток и многие другие. К искусственным характеристикам прибегают, когда необходимо регулировать пусковой или тормозной момент, скорость и так далее.
Математическое выражения для характеристики механической машины постоянного тока ДПТ n = f(M) можно получить из уравнения момента и уравнения равновесия электродвижущих сил ЭДС в цепи якоря:
ЭДС будет равно:
И момент:
В равенствах (2) и (3):
Из равенств (2) и (3) следует, что если угловая скорость электромашины выражена 1/сек, то определяемые конструктивными параметрами самой машины коэффициенты СЕ и СМ будут равны, что значительно упрощает дальнейшие расчеты и выводы.
Если же скорость измеряется в оборотах в минуту (наиболее часто измеряют на практике), то выражение для ЭДС примет вид:
и получаем:
Если использовать не международную систему единиц СИ и измерять момент электродвигателя в килограммометрах, а скорость в оборотах в минуту, то коэффициенты СЕ и СМ будут практически равны, а именно:
Решив относительно ток якоря получим:
Подставив (2а) и (3) в (1) получим уравнение механической характеристики для машин постоянного тока:
Нужно помнить, что момент, входящий в уравнение (7) представляет из себя электромагнитный момент, а не момент на валу. Таким образом, момент сопротивлений возникающие в подшипниках и при вентиляции, а также потери в стали относят к нагрузкам рабочей машины, то есть к статическим нагрузкам.
Для построения естественной характеристики машины просто необходимы знания сопротивлений обмоток электродвигателя, а также дополнительных устройств (например, реостатов). К сожалению во многих каталогах такие данные не приводятся. Поэтому часто прибегают к приблизительным способам определения данных величин.
Сопротивления обмоток якорной цепи – а это непосредственно обмотка якоря, добавочных полюсов, последовательной обмотки возбуждения (в случае использования двигателя последовательного возбуждения) могут определятся по кривым зависимости сопротивлений (выраженное в относительных единицах) от мощности.
Ниже показаны подобные кривые для двигателей краново-металлургического типа МП последовательного, независимого и смешанного возбуждения, а также для общепромышленной серии двигателей П:
С помощью этих кривых для двигателя определенной мощности находят сопротивление в относительных единицах, после, умножив найденное значение на номинальное значение сопротивления, получаем сопротивление в Омах.
При отсутствии этих кривых можно найти приблизительные параметры обмоток по потерям в меди. При нагрузке, соответствующей максимальному значению КПД, постоянные потери будут равны переменным. Для электрических машин, как правило, ηмакс имеет место в пределах 0,75Рном – Рном. Поскольку вблизи максимума КПД будет изменятся мало, то приближенно можно считать, что ηмакс будет иметь место при Рном. Полные потери мощности будут равны разности электромагнитной мощности и мощности на валу:
В таком случае потери в меди будут равны:
Отсюда можно выразить сопротивление якоря машины:
Помножив и разделив правую часть уравнения (8) и приняв во внимание что Uном/Iном = rном, получим:
Для двигателей типа МП смешанного и последовательного возбуждения могут приниматься приближенные сопротивления отдельных обмоток по отношению к суммарному сопротивлению всей якорной цепи:
Падение напряжения на щетках зависит от проходящего через них тока и его целесообразней учитывать в качестве постоянного падения напряжений. Например, для угольно-графитных щеток данное значение составляет примерно 2 В.
