35) Двигатели постоянного тока

Диаграмма, поясняющая принцип действия двигателя постоянного тока, имеет вид

Под воздействием приложенного напряжения по обмоткам якоря и возбуждения протекают токи. Ток возбуждения создает магнитный поток. На проводники якоря с током в магнитном поле действует сила, заставляющая якорь вращаться.

На рис. 3.51 представлены схемы включения двигателей, где R_о.в – сопротивления в цепи обмотки возбуждения; R_д – добавочное сопротивление в цепи якоря; ОВ_с и ОВ_ш – сериесная и шунтовая обмотки возбуждения.

Классификация двигателей по способу подключения обмотки возбуждения:

• двигатели независимого возбуждения (ДНВ);

• двигатели с параллельным возбуждением, шунтовые

(рис. 3.51, а);

• двигатели с последовательным возбуждением, сериес-

ные (рис. 3.51, б);

• двигатели со смешанным возбуждением, компаундные

(рис. 3.51, в).

Рис. 3.51. Схемы включения шунтового (а), сериесного (б) и компаундного (в) двигателей

ПротивоЭДС в двигателе. При направлении тока, указанном на рис. 3.52, якорь будет вращаться против часовой стрелки (правило левой руки).

Индуцируемая ЭДС будет направлена против тока (правило правой руки).

В двигателях ЭДС на-

правлена против тока и поэтому называется противоЭДС.

На основании второго закона Кирхгофа для якорной цепи имеем уравнение электрического равновесия для двигателя

E_я = −I_я (R_я + R_д ) +U,

и ЭДС в обмотке якоря из которого находим

U = E_я + I_я (R_я + R_д).

Зависимость магнитного потока и момента от тока якоря в двигателе. У шунтового двигателя машины Ф = const, так как i_в не зависит от I_я. У сериесного двигателя Ф создается током якоря.

У компаундного двигателя зависимость Ф = f (I_я) занимает промежуточное положение между зависимостью для сериесного и шунтового двигателей. При I_я > I_н максимальный поток у сериесной машины.

Используя выражение для момента M = C I_{м я}Ф для шунтовой машины получаем M = C₁I_я , так как Ф = const . Для сериесной машины, учитывая, что Ф = kI_a (начальный участок зависимости (рис. 3.53, а)), получаем M = C I kI_{м я я} = k₁I_я² . Зависимость

M = f (I_я) у компаундного двигателя занимает промежуточное положение между этой же зависимостью для сериесного и шунтового двигателей. При перегрузке (I_я > I_н) максимальный момент – у сериесного двигателя, поэтому он обладает наибольшей перегрузочной способностью.

Iн Iя Iн Iя

а б

Рис. 3.53. Зависимость магнитного потока (а) и момента (б) от тока якоря (1 – сериесный двигатель; 2 – компаундный;

3 – шунтовой)

Механическая характеристика ДТП (рис. 3.54). Используя соотношения

E =U − I_я (R_я + R_д ),



E = C n_E Φ,

^M = C I_{M я}Φ,

получаем ⇒ n ₌ ^U ₋ ^Iя (^{Rя + Rд} ) – электромеханическая ха-

C_EФ C_EФ

рактеристика;

⇒ n = ^U − ^{M R}( ^{я + R}₂^д ) – механическая характеристика.

CEФ C CM EФ

Особенностью сериесных двигателей является то, что при

M → 0 ток якоря и Ф тоже стремятся к нулю, а n стремится к бесконечности. Поэтому эти двигатели нельзя оставлять работать вхолостую.

Рис. 3.54. Механические характеристики двигателей:

1 – шунтовой; 2 – компаундный; 3 – сериесный

39) Пуск ДТП. Проблемы пуска:

1. Большой пусковой ток якоря I_я.п. Из уравнения электрического равновесия для якорной цепи имеем

U − E

I_я = .

Rя + Rд

Пусть R_д = 0 при (n = 0) ⇒ (E = 0) , тогда I_я.п ^{= U} =

Rя

= 10…30 I_я.н.

2. Тяжелые условия коммутации, связанные с большими пусковыми токами.

3. Большой пусковой момент, который приводит к ударной нагрузке на исполнительный механизм во время пуска.

Самый распространенный способ пуска – введение в цепь якоря добавочных сопротивлений R_д (реостатный пуск). За счет введения R_д уменьшается пусковой ток и пусковой момент. На рис. 3.55 изображены механические характеристики, иллюстрирующие процесс пуска (М₁ и М₂ – заданные пределы изменения момента при пуске; М_с – момент сопротивления механизма).

Способы регулирования скорости двигателей постоянно-

го тока. Из выражения n ₌ ^U ₋ ^{M R}( ^{я + R}₂^д ) вытекают три

CEФ C Cм EФ

способа регулирования скорости:

1. за счет изменения питающего напряжения при неизменном магнитном потоке;

2. введением в цепь якоря добавочных сопротивлений; 3) изменением магнитного потока.

1. Регулирование скорости изменением питающего напряжения при неизменном магнитном потоке.

ЭДС и момент:
     	E = C nE Ф; M = C IM яФ; U − E Iя = , Rя + Rд

Механические характеристики при регулировании скорости изменением питающего напряжения имеют вид, представленный на рис. 3.56. Анализируя выражения, описывающие ток,

Рис. 3.56. Регулирование скорости изменением U

приходим к выводу, что уменьшение напряжения приводит к уменьшению скорости.

↓U →↓ I_я →↓ M_в → (M_в < M_с ) →↓ n →↓ E →

↑ Iя →↑ Mв → (Mв = Mс )n n= 2 .

Метод позволяет регулировать скорость плавно и в широких пределах.

2. Регулирование скорости путем введения в цепь якоря добавочного сопротивления R_д (рис. 3.57). Из представленных выше выражений следует, что введение в цепь якоря сопротивления R_д приводит к изменению скорости.

↑ →↓ →↓R_д I_я M_в →↓ →↓ →n E

↑ →↑I_я M_в →(M_в = M_с ) _n2 .

Метод позволяет плавно регулировать скорость в сторону ее уменьшения от исходной.

Недостаток метода – большие потери энергии в добавочном сопротивлении.

Рис. 3.57. Регулирование скорости введением R_д

3. Регулирование скорости за счет уменьшения магнитного потока. На рабочем участке механических характеристик ↓ Ф →↑ n (рис. 3.58).

n

n

1

с M

Рис. 3.58. Регулирование скорости изменением Ф

Метод позволяет плавно регулировать скорость в сторону ее увеличения.

Вывод: двигатели постоянного тока позволяют осуществлять плавную регулировку скорости в широких пределах сравнительно с простыми способами, что является их основным достоинством.

1 2^{p n}τ B l p n^ср 2 τ

πd_я = 2pτ ⇒ V = ⇒ e = ;

60 60

81