3. Електромеханічні властивості двигунів постійного струму, основні рівняння;

Пристрій машин постійного струму (генераторів і двигунів) у спрощеному вигляді показано на рис.1. До сталевого корпусу 1 статора машини прикріплені головні 2 і додаткові 4 полюси. На головних полюсах розташована обмотка збудження 3, на додаткових - обмотка додаткових полюсів 5. Обмотка збудження створює магнітний потік Ф машини.

Рис.1

На валу 10 двигуна закріплений циліндричний магнітопровід 6, у пазах якого розташована обмотка якоря 7. Секції обмотки якоря приєднані до колектора 9. До нього ж притискаються пружинами нерухомі щітки 8. Закріплений на валу двигуна колектор складається з ряду ізольованих від нього і один від одного мідних пластин. За допомогою колектора, і щіток здійснюється з'єднання обмотки якоря з зовнішньої електричної ланцюгом. У двигунів вони, крім того, служать для перетворення постійного по напрямку струму зовнішньої ланцюга в змінюється по напрямку струм у провідниках обмотки якоря.

Додаткові полюси з розташованої на них обмоткою зменшують іскріння між щітками й колектором машини. Обмотку додаткових полюсів з'єднують послідовно з обмоткою якоря і на електричних схемах часто не зображують.

Для зменшення втрат потужності магнітопровід якоря виконаний з окремих сталевих листів. Всі обмотки виготовлені з ізольованого проводу. Крім двигунів, що мають два головних полюси, існують машини постійного струму з чотирма і б ό льшим кількістю головних полюсів. При цьому відповідно збільшується кількість додаткових полюсів і комплектів щіток.

Якщо двигун включений в мережу постійної напруги, то при взаємодії магнітного поля, створеного обмоткою збудження, і струму в провідниках якоря виникає обертаючий момент, що діє на якір:

 (1)

 (2)

де К _М - коефіцієнт, що залежить від конструктивних параметрів машини, Ф - магнітний потік одного полюса; I _Я - струм якоря.

Якщо момент двигуна при n = 0 перевищує гальмуючий момент, яким навантажений двигун, то якір почне обертатися. При збільшенні частоти обертання n зростає индуцируемая в якорі ЕРС. Це призводить до зменшення струму якоря:

 (3)

де r _Я - опір якоря.

Наслідком зменшення струму I _Я є зменшення моменту двигуна. При рівності моментів двигуна і навантаження частота обертання перестає змінюватися.

Напрямок моменту двигуна і, отже, напрямок обертання якоря залежать від напрямку магнітного потоку і струму в провідниках обмотки якоря. Щоб змінити напрямок обертання двигуна, слід змінити напрямок струму якоря або струму збудження.

4. Способи регулювання двигунів постійного струму, природні та штучні механічні характеристики, їх характерні особливості;

Робочими називаються регулювальна, швидкісна, моментная і к.к.д. характеристики.

Регулювальна характеристика

Регулювальна характеристика представляє залежність швидкості обертання П від струму Iв порушення у випадку, якщо струм Iа якоря і напруга U мережі залишаються незмінними, тобто n = f (Iв) при Ia = const та U = const.

До тих пір, поки сталь магнітопрівода машини не насичена, потік Ф змінюється пропорційно току збудження Iв. У цьому випадку регулювальна характеристика є гіперболічної. У міру насичення при великих струмах Iв характеристика наближається до лінійної (рис. 2).При малих значеннях струму Iв швидкість обертання різко зростає. Тому при обриві ланцюга збудження двигуна (Iв = 0) з паралельним порушенням швидкість його обертання досягає неприпустимих меж, як кажуть: «Двигун йде в рознос». Виняток можуть становити мікродвигуни, які мають відносно великий момент М0 холостого ходу.

Рис. 2. Регулювальна характеристика двигуна

У двигунах послідовного збудження Iв = Iа. При малих навантаженнях струм якоря Iа малий і швидкість обертання може бути дуже великою, тому пуск і робота при малих навантаженнях неприпустимі. Мікродвигуни так само, як і. в попередньому випадку, можуть становити виняток.

Швидкісні характеристики.

Швидкісні характеристики дають залежність швидкості обертання п від корисної потужності Р2 на валу двигуна в разі, якщо напруга U мережі і опір rв регулювального реостата ланцюга порушення залишаються незмінними, тобто n = f (P2), при U = const і rв = const .

Рис. 3. Швидкісні характеристики

Із зростанням струму якоря при збільшенні механічного навантаження двигуна паралельного збудження водночас збільшується падіння напруги в якорі і з'являється реакція якоря, яка зазвичай діє розмагнічувальних чином. Перша причина прагне зменшити швидкість обертання двигуна, друга - збільшити. Дія падіння напруги в якорі зазвичай надає більший вплив. Тому швидкісна характеристика двигуна паралельного збудження має злегка падаючий характер (крива 1, рис. 3).

У двигуні послідовного збудження струм якоря є струмом збудження. У результаті швидкісна характеристика двигуна з послідовним збудженням має характер, близький до гіперболічному. При збільшенні навантаження в міру насичення магнітного кола характеристика набуває більш прямолінійний характер (крива 3 на рис. 3).

У компаундними двигуні при згодному включенні обмоток швидкісна характеристика займає проміжне положення між характеристиками двигуна паралельного та послідовного збудження (крива 2).

Моментні характеристики.

Моментні характеристики показують, як змінюється момент М при зміні корисної потужності Р2 на валу двигуна, якщо напруга U мережі і опір rв регулювального реостата в колі збудження залишаються незмінними, тобто М = f (P2), при U = const, rв = const.

Корисний момент на валу двигуна

Якщо швидкість обертання двигуна паралельного збудження не змінювалася б з навантаженням, то залежність моменту Ммех від корисної потужності графічно представляла б пряму лінію, що проходить через початок координат. Насправді швидкість обертання зі збільшенням навантаження падає. Тому характеристика корисного моменту кілька загинається догори (крива 2, рис. 4). При цьому крива електромагнітного моменту М проходить вище кривої корисного моменту Ммех на постійну величину, рівну моменту холостого ходу М0 (крива 1).

Рис. 4. Моментні характеристики

У двигуні послідовного збудження вид моментної характеристики наближається до параболическому, так як зміна моменту від струму навантаження відбувається, за законом параболи, поки сталь не насичена. У міру насичення залежність набуває більш прямолінійний характер (крива 4). У компаундними двигуні моментная характеристика (крива 3) займає проміжне положення між характеристиками двигуна паралельного та послідовного збудження.

Характеристика зміни коефіцієнта корисної дії.

Крива залежності к. п. д. від навантаження має характерний для всіх двигунів вигляд (рис 5). Крива проходить через початок координат і швидко зростає при збільшенні корисної потужності до 1 / 4 номінальної. При потужності Р2, що дорівнює приблизно 2 / 3 номінальної, к. п. д. зазвичай досягає максимального значення. При збільшенні навантаження до номінальної к. п. д. залишається постійним або незначно падає.

Рис. 5. Зміна к. п. д. двигуна