13.2. Способи керування виконавчими двигунами постійного струму

Напруга керування U_к може подаватися (рис. 13.5.) або на якір (якірне керування), або на обмотку збудження (полюсне керування). При цьому обмотка, до якої підводиться напруга збудження U_зб, увімкнена до джерела з незмінною напругою. При магнітоелектричному збудженні можливе лише якірне керування. Обмотку, на яку подається U_к, називають обмоткою керування, а ту, на яку подається U_зб – обмоткою збудження. Виконавчі двигуни постійного струму звичайно виготовляють з ненасиченим магнітним ланцюгом.

а) б) в)

Рис. 13.5. Схеми вмикання при різних способах керування двигуном постійного струму

13.2.1. Якірне керування

В цьому випадку (рис. 13.5, а)

, (13.1)

А для двигунів з постійними магнітами (рис. 13.5, в)

, (13.2)

де U_N- номінальна напруга якоря.

При U_к =0 буде І_к=0, М=0. Тому самохід принципово відсутній. Зміною U_к регулюється швидкість обертання.

Одержимо аналітичні вирази для механічної та регулювальної характеристик.

Оскільки магнітний ланцюг машини не насичений, при U_зб=const:

. (13.3)

Момент дорівнює

, (13.4)

Де струм керування

. (13.5)

Тоді

. (13.6)

Якщо базовою величиною вибрати момент М_к при n=0, =1, то

(13.7)

(13.8)

При =1:

. (13.9)

При ідеальному холостому ході й =1; І_к=0:

. (13.10)

Відносна швидкість обертання:

. (13.11)

Відносний момент визначається формулою (13.8.):

. (13.12)

Зі співвідношень (13.8), (13.11), (13.12) одержуємо рівняння регулювальної характеристики:

. (13.13)

Таким чином, при якірному керуванні обидві основні характеристики, які визначають регулювальні властивості двигуна, лінійні (рис. 13.6.), що є великою перевагою даного способу керування. У двигунів змінного струму навіть у ідеальному випадку лінійною є лише механічна характеристика. Для покращення лінійності характеристик в реальному двигуні доводиться значно збільшувати активний опір ротора і, відповідно, недовикористовувати машину.

а) б)

Рис. 13.6. Механічна (а) та регулювальна (б) характеристики у відносних одиницях при якірному керуванні

При якірному керуванні двигуном постійного струму характеристики лінійні при будь-якому опорі якоря, що суттєво підвищує ККД машини та її використання.

Визначимо потужності, які характеризують роботу двигуна при якірному керуванні.

Потужність, споживана обмоткою керування, дорівнює

. (13.14)

З формули (13.1)

. (13.15)

Зі співвідношень (13.5) та (13.11)

. (13.16)

Підставляючи з (13.15) та (13.16) у (13.14), одержимо

, (13.17)

де потужність в режимі короткого замкнення при ν=0, =1:

. (13.18)

З формул (13.17), (13.18) відносна потужність дорівнює:

(13.19)

Отже, p_к різко зростає зі збільшенням (рис. 13.7).

Рис. 13.7. Залежність потужності керування від та

Потужність збудження:

(13.20)

і не залежить при якірному керуванні від й ν.

Рис. 13.8. Залежність механічної потужності від й ν

Механічна потужність у відносних одиницях (рис. 13.8) з урахуванням (13.13):

. (13.21)

Номінальною потужністю виконавчого двигуна вважають максимальну механічну потужність, на яку він розрахований. Досліджуючи (13.21) на максимум, визначаємо:

;

. (13.22)

Оскільки ~ , при малих двигун використовується погано. Тому при якірному керуванні керуючий пристрій повинен бути потужним.