Розділ 2. Електричні машини

2.1.3. Електродвигуни постійного струму

Електричні машини, що перетворюють електричну енергію в механічну, називаються електродвигунами. Першу електрич ну машину сконструював у 1834 р. російський вчений Борис Семенович Якобі.

У 1838 р. Якобі вперше у світі практично застосував свою електричну машину для приведення в обертання гребного гвин та човна.

Як було зазначено вище, машина постійного струму може працювати як генератором, так і електродвигуном. Тому гене ратори й електродвигуни мають однакову конструкцію.

Зазначимо, що в розглянутому нами випадку роботи елект ричної машини як електродвигуна напрямок струму в рамці та кий же, як у випадку роботи її як генератора, однак напрямок обертання якоря генератора й електродвигуна протилежний.

При одночасній зміні напрямку струму в якорі і в обмотці збудження напрямок обертання не зміниться. Зазвичай зміну напрямку обертання якоря (реверсування) здійснюють зміною напрямку струму в якорі.

Як і генератори, електродвигуни постійного струму бувають трьох типів: із паралельним, послідовним і змішаним збудженням.

Електродвигун із паралельним збудженням має такі властивості:

швидкість обертання якоря електродвигуна при зміні на вантаження в межах від холостого ходу і до номінально го змінюється в незначних межах (залишається практич но постійною);

електродвигун може працювати вхолосту (без зовнішнь ого навантаження), при цьому обмотка збудження повин на бути підключена до повної напруги мережі;

обертаючий момент електродвигуна пропорційний струму якоря, тому що магнітний потік залишається постійним;

струм, який споживається електродвигуном із мережі, прямо пропорційний навантаженню двигуна.

Якщо електродвигун із паралельним збудженням обертаєть ся без навантаження (вхолосту), то при обриві ланцюга збуд ження він розвиває неприпустиму кількість обертів.

63

«Товарознавство»

Електродвигун із послідовним збудженням.. Струм, який споживається електродвигуном, проходить через якір і через обмотку збудження. Через це магнітний потік не залишаєть ся весь час постійним, як в електродвигуні з паралельним збудженням, а змінюється зі зміною струму якоря і, отже, за лежить від навантаження.

Електродвигун із послідовним збудженням має такі власти вості:

зі зміною навантаження швидкість обертання якоря різко змінюється;

електродвигун можна пускати в хід лише при наявності навантаження, інакше двигун піде «вразнос»;

при пуску в хід, а також при перевантаженнях двигун розвиває великий обертаючий момент;

струм, який споживається із мережі, із збільшенням на вантаження збільшується в меншій мірі, ніж в електрод

вигуні з паралельним збудженням.

Електродвигуни з послідовним збудженням застосовують ся як тягові двигуни у трамваях, електровозах, а також у підйомних кранах.

Електродвигун із змішаним збудженням. Ці електродвигу ни за своєю характеристикою займають проміжне положення між електродвигунами з послідовним і паралельним збуджен ням. При відсутності навантаження (при холостому ході) елек тродвигун працює як двигун із паралельним збудженням.

Двигуни постійного струму коштують у три – п’ять разів дорожче ніж асинхронні двигуни змінного струму і вима гають великих витрат на обслуговування. Тому вони зна ходять застосування в тих випадках, коли їх особливі вла стивості (широкі межі регулювання швидкості обертання і можливість одержання спеціальних механічних характери стик) відіграють вирішальне значення. Двигуни постійного струму застосовують на залізничному транспорті, у трамва ях, тролейбусах, у приводах підйомних пристроїв, у мета лургії, у приводах прокатних станів, на судах з електричною передачею для обертання гребних ґвинтів. Величезна різно

64

Розділ 2. Електричні машини

манітність механізмів, що працюють у різноманітних умо вах, висуває особливі вимоги до електродвигунів. Наприк лад, металоріжучі верстати повинні працювати з кутовою швидкістю, що не залежить від навантаження, тобто двигу ни повинні мати жорсткі механічні характеристики. Цій вимозі добре задовольняють двигуни постійного струму з незалежним або паралельним збудженням.

Можливість регулювання швидкості обертання дає змогу застосовувати зазначені двигуни в підйомних кранах, у тек стильній, металургійній промисловості, рідше у вентиляторах і насосах, на транспорті. Часто, наприклад, при намотуванні бух ти на котушку, обробці торців деталей і т.д. зміна швидкості повинна підкорятися деякому визначеному закону.

Досить економічне, глибоке і плавне регулювання частоти обертання зробили їх незамінними протягом багатьох деся тиліть. Але в останні роки широке використання тиристорних регуляторів частоти дозволило застосовувати для цих цілей асинхронний двигун, що поступово почав витискати двигун постійного струму насамперед на транспорті.

2.1.4. Електричні мікромашини постійного струму

Електричні машини невеликої потужності (до 600 Вт) на зиваються мікромашинами.

Тахогенератори

Тахогенератор – це пристрій для перетворення механічно го обертання в електричний сигнал ( вихідна напруга пропор ційна частоті обертання).

Тахогенератори постійного струму виконують із постійни ми магнітами на статорі або з електромагнітним збудженням від незалежного джерела постійного струму. У них використову ють якір звичайного типу з барабанною обмоткою, а також порожній або дисковий із печатною обмоткою. При незмінно му струмі збудження ЕРС пропорційна частоті обертання, що є основою для використання машини постійного струму як тахогенератора.

65

«Товарознавство»

Переваги і недоліки. Перевагами тахогенераторів постійного струму є: малі габарити і маса при великій вихідній потужності; відсутність фазової погрішності, що обумовлено роботою на активне навантаження; крім того, у машинах із постійними магнітами не потрібно мати допоміжне джерело електричної енергії для збудження. Однак у порівнянні з тахогенераторами змінного струму вони мають ряд недоліків: складність конст рукції, високу вартість, нестабільність вихідної характеристики, пульсації вихідної напруги і радіоперешкоди.

Мікродвигуни

Мікродвигуни постійного струму застосовуються в автома тичних пристроях і використовують для обертання різних ме ханізмів і перетворення електричного сигналу в механічне пе реміщення вала. В останньому випадку їх називають

виконавчими двигунами постійного струму.

Мікродвигуни постійного струму, які застосовуються в ав томатичних пристроях, бувають із збудженням від постійних магнітів (ДПМ), із повним ротором (ДПР), безпазовим якорем, печатною обмоткою якоря, напівпровідниковими регуляторами швидкості обертання (РС), безнитковими (БМПТ) і універсаль ними колекторами (УКД).

З виконавчих двигунів постійного струму найкращими вла стивостями володіє двигун із якірним управлінням. Для нього характерний швидкий розгін двигуна. Основним недоліком двигуна з якірним управлінням є порівняно велика потужність управління.

Для двигуна з полюсним управлінням характерна невели ка потужність управлінням і гарне використання машин. Од нак усі інші властивості цього двигуна значно гірші, ніж двигу на з якірним управлінням, тому в сучасних автоматичних пристроях застосовують, головним чином, виконавчі двигуни з якірним управлінням і тільки в окремих випадках (при малій потужності двигуна) використовують полюсне управління.

66

Розділ 2. Електричні машини

Універсальні колекторні двигуни

У пристроях автоматики і різних електропобутових прила дах широко застосовують універсальні колекторні двигуни по тужністю від декількох ватів до декількох сотень ватів, що мо жуть працювати від джерел як постійного струму, так і однофазного струму.

Розглянутий двигун влаштований так само, як і двигун по стійного струму з послідовним збудженням.

Електромашинні підсилювачі (ЕМП)

ЕМП застосовують у схемах автоматики для підсилення керуючих сигналів, одержуваних від різних датчиків, сельсинів, поворотних трансформаторів та інших пристроїв.

ЕМП являють собою спеціальні електричні генератори постійного або змінного струму, вихідна потужність яких може змінюватися в широких межах шляхом зміни потуж ності управління. Відношення вихідної потужності до по тужності управління називають коефіцієнтом підсилення по потужності. Сучасні ЕМП мають дуже великі коефіцієнти підсилення, необхідні для підсилення порівняно слабких керуючих сигналів.

Найпростішим ЕМП є звичайний генератор постійного струму з незалежним збудженням, у якого потужність, що по дається на обмотку збудження (управління), у багато разів менша від потужності, яку одержують на виході від обмотки якоря. Посилення потужності в цій машині відбувається за ра хунок механічної енергії, що поступає від приводного двигу на, що є характерним і для всіх інших ЕМП. Однак у генера торах із незалежним збудженням не можна одержати великі коефіцієнти підсилення, необхідні для сучасних систем авто матичного регулювання, тому розроблений ряд спеціальних машин. Існують різні типи ЕМП постійного і змінного стру му з різними принципами дії.

67