9.3.6.5 Расчётные соотношения для дпт

Энергия, которую электродвигатель получает в рабочем режиме из сети, поступает в цепь якоря и лишь небольшая ее часть направляется в цепь возбуждения.

Электрическая мощность на входе двигателя:

.

Электрическая мощность цепи возбуждения

.

Электрическая мощность цепи якоря

.

Потери мощности в обмотке якоря

.

Потери холостого хода, равные сумме потерь в магнитопроводе двигателя, в обмотке возбуждения и механических потерь:

Потери в щёточных контактах:

, ∆U – падение напряжения в щеточных контактах (~0,5 В)

Добавочные потери:

.

Отношение полезной механической мощности на валу двигателя к электрической мощности на зажимах выражает КПД двигателя

.

Вращающий момент электродвигателя постоянного тока равен

Частота вращения ротора:

9.3.7 Электрические машины постоянного тока малой мощности

9.3.7.1 ДПТ с постоянными магнитами (ПМ)

Эти двигатели не требуют источника питания обмотки возбуждению, имеют небольшие размеры и массу, высокий КПД, хорошие эксплутационные свойства и используются в электроприводах периферийных устройств ЭВМ, в робототехнике, в медицинском оборудовании и устройствах связи. В АСУ ДПТ с ПМ имеют полный или дисковый якорь, что позволяет значительно уменьшить механическую или электромагнитную инерцию якоря. Основной недостаток: сложность конструкции и высокая стоимость постоянных магнитов.

а – с радиальным расположением магнитов; б – со скобообразными магнитами; в – с кольцевым магнитом; г – с торцевым расположением кольцевого магнита

Рисунок 9.36 - Магнитные системы двигателей постоянного тока с постоянными

магнитами

Полюсы, ярмо и полюсные башмаки выполняют из магнитомягкого материала и служат для формирования и концентрации магнитного поля в воздушном зазоре. ПМ изготовляют из магнитотвердого материала. Корпус – из алюминия и его сплавов; якорь имеет классическую конструкцию и набирается из листов электротехнической стали.

Частота вращения изменяется регулированием напряжения, подводимого к якорю.

9.3.7.2 Тахогенераторы постоянного тока (ТПТ)

По принципу действия и конструктивному исполнению это генератор постоянного тока с независимым возбуждением или возбуждением от ПМ. Тахогенератор служит для преобразования частоты вращения якоря в пропорциональное напряжение.

Из этого соотношения следует, что напряжение на зажимах якоря будет линейно зависеть от частоты вращения якоря.

9.3.7.3 Вентильные двигатели

Они являются разновидностью ДПТ, у которых коллекторно-щёточный узел заменен бесконтактным полупроводниковым коммутатором, управляемым датчиком положения вала двигателя.

ДПР – датчик положения ротора; БУ – блок управления

Рисунок 9.37 - Функциональная схема вентильного двигателя постоянного тока

Для поочередного включения тиристоров в зависимости от углового положения ротора в двигателе предусматриваются специальные датчики положения оси магнитного потока ротора по отношению к секции обмотки якоря, например, датчики Холла.

* * *

Датчик Холла относится к так называемым гальваномагнитным преобразователям. Их работа основана на эффекте взаимодействия движущихся в твердых телах зарядов с внешним магнитным полем.

К ним относятся, кроме датчиков Холла, преобразователи ядерного магнитного резонанса, магнитодиоды и магниторезисторы.

Эффект Холла заключается в возникновении разности потенциалов на боковых гранях пластины, находящейся в магнитном поле, при протекании в ней продольного тока.

Пластинку толщиной 0,1 мм изготовляют из германия, кремния и других полупроводников.

,

где k – коэффициент; I – ток; B – магнитная индукция; α – угол между вектором магнитной индукции и нормалью к пластине; d – толщина пластинки.

* * *

Рисунок 9.38 - Принципиальная схема бесконтактного двигателя постоянного

тока небольшой мощности

Рабочие характеристики вентильных двигателей практически совпадают с аналогичными характеристиками ДПТ с НВ. Частота вращения регулируетcя частотно-импульсным методом.

1 – сердечник статора; 2 – постоянный магнит ротора; 3 – датчик Холла;

4 – перегородка; 5 – панели блока коммутатора; 6 – металлическая оболочка;

7 – выводы для подключения двигателя к сети

Рисунок 9.39 - Устройство бесконтактного двигателя постоянного тока

с четырёхфазным статором

Вентильные двигатели с электронным управлением используют в электроприводах магнитофонов и видеомагнитофонов, в устройствах обработки информации, в измерительной технике.

9.3.7.4 Универсальные коллекторные двигатели (УКД)

Коллекторный двигатель с последовательной обмоткой возбуждения, который может работать как от сети постоянного тока, так и от однофазной сети переменного тока, называется универсальным коллекторным двигателем. В двигателях с последовательным возбуждением при одновременном изменении магнитного потока и тока направление вектора момента вращения не изменяется. Поэтому он может работать и на переменном токе.

Конструктивно УКД подобен ДПТ с последовательным возбуждением. Отличие состоит в том, что статор и якорь выполняют шихтованными для уменьшения магнитных потерь при работе на переменном токе. Обмотка возбуждения УКД выполняется секционированной. Схема УКД приведена ниже.

-------- - для постоянного тока; - - - - - для переменного тока

Рисунок 9.40 - Схема соединений и рабочие характеристики универсального

коллекторного двигателя

Обмотка возбуждения состоит из двух катушек ОВ1 и ОВ2, которые соединяются со щёткой положительной и отрицательной полярности соответственно.

Переменное напряжение подается лишь на часть обмоток возбуждения, чтобы рабочие характеристики УКД на постоянном и переменном токах были близки. Частота вращения УКД изменяется регулированием напряжения, подаваемого в цепь якоря и цепь обмотки возбуждения. Эти двигатели позволяют получить при промышленной частоте сети высокую частоту вращения якоря (30000 40000 об/мин), которая недостижима для асинхронных и синхронных электрических машин без редуктора. УКД используют в пылесосах, швейных машинах, кофемолках, электродрелях, медицинской технике, автоматических системах.