Конструкция двигателя постоянного тока
1 - вал якоря; 2 - передний подшипниковый щит; 3 - коллектор; 4 - щеточный аппарат; 5 - якорь; 6 - главный полюс; 7 - катушка возбуждения; 8 - станина; 9 - задний подшипниковый щит; 10 - вентилятор; 11 - бандажи; 12 - лапы; 13 – подшипник.
Методы возбуждения машин (двигателя) постоянного тока
Возбуждение двигателя постоянного тока является отличительной особенностью таких двигателей. От типа возбуждения зависят механические характеристики электрических машин постоянного тока. Возбуждение может быть параллельным последовательным смешанным и независимым. Тип возбуждения означает, в какой последовательности включены обмотки якоря и ротора.
При параллельном возбуждении обмотки якоря и ротора включаются параллельно друг другу к одному источнику тока. Так как у обмотки возбуждения больше витков чем у якорной то и ток в ней течет незначительный. В цепи, как обмотки ротора, так и обмотки якоря могут включаться регулировочные сопротивления.
Обмотка возбуждения может подключаться и к отдельному источнику тока. В этом случае возбуждение будет называться независимым. У такого двигателя характеристики будут схожи с двигателем, в котором применяется постоянный магнит. Скорость вращения двигателя с независимым возбуждением, как и у двигателя с параллельным возбуждением зависит от тока якоря и основного магнитного потока. Основной магнитный поток создается обмоткой ротора.
Скорость вращения можно регулировать с помощью реостата включенного в цепь якоря изменяя тем самым ток в нем. Также можно регулировать ток возбуждения, но здесь нужно быть осторожным. Так как при его чрезмерном уменьшении или полном отсутствии в результате обрыва питающего провода ток в якоре может возрасти до опасных значений.
Также при малой нагрузке на валу или в режиме холостого хода скорость вращения может настолько увеличится, что может привести к механическому разрушению двигателя.
Если обмотка возбуждения включена последовательно с якорной, то такое возбуждение называется последовательным. При этом через якорь и обмотку возбуждения протекает один и тот же ток. Таким образом, магнитный поток изменяется с изменением нагрузки двигателя. А следовательно скорость двигателя будет зависеть от нагрузки.
Двигатели с таким возбуждением нельзя запускать на холостом ходу либо с небольшой нагрузкой на вал. Их применяют в том случае если, требуется большой пусковой момент или способность выдерживать кратковременные перегрузки.
В зависимости от того как соотносятся магнитные потоки двигатель с таким возбуждением может работать как двигатель с последовательным так и двигатель с параллельным возбуждением. Все зависит от ситуации, если нужен большой стартовый момент, такая машина работает в режиме согласного включения обмоток. Если же необходима постоянная скорость вращения, при динамически изменяющейся нагрузке применяют встречное включение обмоток.
Понятие о механической характеристике электродвигателя
Каждый двигатель когда развивает вращающий момент, который используется на преодоление момента сопротивления механизма, станка, насоса и т.п. Величина вращающего момента зависит от мощности на валу Р и скорости вращения и находится по формуле
Р – мощность в кВт, n – обороты, об/мин.
Скорость вращения двигателя зависит от момента на его валу и эта зависимость называется механической характеристикой и может быть изображена математически – уравнением или графически – линией в координатной системе «скорость – момент» (n=f(M))
Механические характеристики двигателя дают возможность узнать, как ведет себя двигатель в любом режиме своей работы – в двигательном режиме, когда двигатель преодолевает момент сопротивления нагрузки, в генераторном режиме, когда двигатель вращается другой машиной, отдает энергию в сеть, в тормозном режиме, когда двигатель развивает тормозящий момент.
Двигатели постоянного тока с плавным регулированием частоты вращения находят применение в приводах различных машин, станков и установок. Наряду с широким пределом регулирования частоты вращения они дают возможность получать механические характеристики различной (требуемой) жесткости.
Уравнение механической характеристики [n =f(M)] можно записать в виде
где коэффициенты Се и См зависят от конструктивных данных двигателя; U — напряжение сети; Ф — магнитный поток двигателя; R — сопротивление цепи якоря.
Формула показывает, что если U, R и Ф постоянны, механическая характеристика двигателя параллельного возбуждения представляет прямую линию. Если в цепи якоря нет сопротивлений, то механическая характеристика естественная. Точка А соответствует номинальной частоте вращения nн, а no называют частотой идеального холостого хода. Жесткость характеристики определяется сопротивлением двигателя R', куда входит сопротивление обмотки якоря, дополнительных полюсов, компенсационной обмотки, щеток.
