1-48 / 21 ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

§ 11.3. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

В исполнительных двигателях постоянного тока обмотки якоря и главных полюсов питаются от двух независимых

Рис. 11.9. Схемы включения ис­полнительных двигателей пос­тоянного тока при якорном (а)

и полюсном (б) управлении

источников тока. Одна из них (условно называемая обмоткой возбуждения) подключена посто­янно к источнику с неизменным напряжением U_в, а на другую (обмотку управления) подают напряжение управления U_y толь­ко при необходимости вращения вала двигателя. В зависимости от того, на какую обмотку пода­ют управляющий сигнал, раз­личают два способа управления исполнительными двигателями (рис. 11.9): якорное и полюсное.

В некоторых случаях приме­няют исполнительные двигатели с постоянными магнитами, в которых управляющий сигнал подают на обмотку якоря.

Исполнительные двигатели работают в переходном режи­ме; для них характерны частые пуски, остановы и реверсы.

Двигатель с якорным управлением. В этом двигателе (рис. 11.9, а) напряжение управления U_y подают на обмотку якоря; обмотка главных полюсов присоединена к сети постоянного тока с неизменным напряжением U_B. Следова­тельно, коэффициент сигнала α=U_y/U_B. Для двигателей с постоянными магнитами α=U_y/U_HOM.

Когда напряжение U_y = 0, ток в обмотке якоря I_у и вращающий момент двигателя Μ равны нулю, и, следовательно, самоход двигателя исключается. Изменяя напряжение U_y, можно регулировать частоту вращения двигателя. Магнитная цепь исполнительных двигателей выпо­лняется ненасыщенной, поэтому при U_B = const магнитный поток Ф = k_фU_в, где k_ф— постоянная, зависящая от парамет­ров обмотки возбуждения (сопротивления и числа витков) и сопротивления магнитной цепи машины.

Ток якоря

(11.5)

где Е=с_еФп = с_еk_фU_вп — ЭДС, индуцированная в обмотке якоря; R_y = ΣR_a—сопротивление якоря.

Следовательно, вращающий момент двигателя М= = с_мk_фU_в1_у или, с учетом (11.5),

(11.6)

Причем за базовую единицу момент М_к, развиваемый двигателем при n = 0 и α = 1: Μ_κ = с_мk_фU²_B/ΣR_a. Тогда относительное значение момента

(11.7)

Частота вращения при холостом ходе двигателя и α = 1

(11.8)

а относительная частота вращения

(11.9)

Таким образом, уравнение механической характеристики принимает вид

(11.10)

Из (11.10) следует, что механические характеристики двигателя при различных значениях α прямолинейны и парал­лельны (рис. 11.10, л). Решая (11.10) относительно ν, получаем уравнение регулировочной характеристики

(11.11)

Регулировочные характеристики при различных значениях т также прямолинейны и параллельны (рис. 11.10,б). Мощность управления

(11.12)

Приняв за базовую единицу мощность управления при коротком замыкании и α=1, т.е. P_y.K=U²_в/ΣR_a, получим мощность управления в относительных единицах

(11.13)

Следовательно, мощность управления р_у резко возрастает с увеличением коэффициента сигнала (рис. 11.11, а).

Мощность возбуждения P_B=U_BI_B=U²_в/R_B при якорном управлении постоянна и не зависит от α и ν.

Механическая мощность исполнительного двигателя в от­носительных единицах представляет собой произведение относительной частоты вращения на относительный момент:

(11.14)

Максимальную механическую мощность р_мехтах и соот­ветствующую частоту вращения ν_κρ можно определить, положив dp_Mex/dv = 0. При этом получим

P_мехтаХ = α²/4; ν_κρ = 0,5α = 0,5ν_ο. (11.15)

На рис. 11.11,6 показаны зависимости P_Mex=f(v) при различных значениях коэффициента сигнала. Максимум ме­ханической мощности пропорционален α², поэтому работа при малых α приводит к плохому использованию номи­нальной мощности двигателя. Следовательно, при якорном управлении управляющее устройство, подающее на двигатель

Рис. 11.10. Механи­ческие (а) и регули­ровочные (б) характе­ристики

двигателя с якорным управлени­ем

сигнал управления U_y, должно иметь достаточно большую мощность.