Исполнительные двигатели постоянного тока. Полюсное управление.
ИДПТ имеют две обмотки: обмотку возбуждения и обмотку управления. При этом напряжение управления может подаваться либо на обмотку якоря (якорное управление), либо на обмотку возбуждения (полюсное управление).
Требования к ИДПТ: устойчивая работа в широком диапазоне скоростей, линейные механические и регулировочные (при якорном управлении) хар-ки, большой пусковой момент, малая мощность управления при большой мощности на валу, высокие быстродействие и надежность, малые габариты и вес. Недостатки ИДПТ связанны с наличием скользящего контакта между щеткой и коллектором, это снижает надежность работы и создает радиопомехи, возникающие от коммутационного искрения.
Полюсное управление (ПУ)
С
войства
двигателя с ПУ значительно хуже, чем
двигателя с якорным управлением, в
современных автоматических устройствах
применяют главным образом исполнительные
двигатели с якорным управлением.
Схема
включения двигателя с ПУ показана на
рисунке. Напряжение возбуждения
подается на обмотку якоря, напряжение
управления
–
на обмотку полюсов. В двигателях мощностью
более 10 Вт для его ограничения включают
доп. сопротивление
.
Коэффициент сигнала α (альфа) здесь
равен
.
Для двигателей с постоянными магнитами
.
Регулирование частоты вращения
осуществляется изменением
.
Если пренебречь насыщением магнитной
цепи, можно считать:
Тогда ток якоря:
где
– ЭДС якоря.
Вращающий момент:
Выразим момент в относительных единицах, приняв за базовый момент пусковой момент, развиваемый двигателем при и :
Тогда относительное значение момента:
(1)
Частота вращения при холостом ходе ( и ):
Откуда
находим:
.
Подставляя это значение в (1), получим
,
где – относительная частота вращения двигателя.
Получим
основную формулу для ПУ в отн. единицах:
– регулировочные хар-ки (б);
– механические хар-ки (а).
Механические
характеристики
линейные, но непараллельные, к тому же
и неоднозначные (одну и ту же частоту
вращения можно получить при разных
значениях a).
Пусковой момент прямо–, а частота
вращения холостого хода обратно
пропорциональны к
оэффициенту
сигнала и при малых
может существенно превышать номинальную,
что опасно для двигателя. При m=0
получаем
гиперболу.
Регулировочные характеристики нелинейные, а при m<0,5 неоднозначные. По этой причине ПУ используют лишь при m>0,5.
Мощность управления:
Мощность управления пропорциональна квадрату коэффициента сигнала и не зависит от частоты вращения, значительно меньше, чем при якорном упр.
Мощность возбуждения:
Мощность возбуждения с увеличением частоты вращения уменьшается и тем быстрее, чем больше .
Механическая мощность в относительных единицах:
Максимальное значение механической мощности:
Максимум механической мощности не зависит от коэффициента сигнала, что можно отнести к достоинствам полюсного управления.
Несмотря на отмеченные достоинства ПУ, предпочтение следует отдать якорному, потому что оно обеспечивает линейные и однозначные характеристики, исключает самоход (при полюсном он возможен из–за взаимодействия тока якоря с потоком остаточной намагниченности полюсов), обладает более высоким быстродействием, т.к. индуктивность якоря меньше индуктивности обмотки возбуждения.