Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
лекции / ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ УСТРОЙСТВА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ.doc
Скачиваний:
137
Добавлен:
12.02.2014
Размер:
10.22 Mб
Скачать

1.3. Исполнительные двигатели постоянного тока Конструкция исполнительных двигателей постоянного тока

Основными элементами конструкции машины постоянного тока

являются статор и ротор (рис. 1.13).

Статор состоит из станины и главных полюсов. Станина служит для крепления полюсов и подшипниковых щитов и является частью магнитопровода. В нижней части станины имеются лапы для крепления машины к фундаментальной плите. Главные полюсы предназначены для создания в машине магнитного поля возбуждения. Главный полюс состоит из сердечника и полюсной катушки. Со стороны, обращенной к якорю, сердечник полюса имеет полюсный наконечник.

Ротор машины постоянного тока состоит из вала, сердечника с обмоткой и коллектора. На поверхности сердечника якоря имеются продольные пазы, и которые укладывают обмотку якоря. Принцип действия машины постоянного тока

Принцип действия генератора постоянного тока рассмотрим на примере упрощенной модели (рис. 1.14).

Между полюсами N и S постоянного магнита находится якорь. Выводы витка обмотки якоря подключены к коллекторным пластинам. При вращении вала в витке наводится ЭДС. В момент соприкосновения коллекторных пластин и щеток во внешней цепи через нагрузку протекает постоянный ток. Направление тока всегда одинаковое: ток течет от щетки, находящейся под северным полюсом с положительным потенциалом, к щетке, находящейся под южным полюсом. Одна и та же электрическая машина может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Это свойство электрических машин называют обратимостью.

Предположим, что к двигателю подводится постоянное напряжение. Результатом взаимодействия тока I с постоянным магнитным полем являют :я электромагнитные силы Рэм, создающие на якоре электромагнитный момент М. Под действием этого момента двигатель вращается в направлении момента с постоянной частотой n. Электромагнитный момент двигателя:

M = cMIяФ (33)

создается в результате взаимодействия основного магнитного поля Ф и тока в обмотке якоря Iя, и расходуется на преодоление тормозящих моментов: момента х.х. Мо, полезного момента М2, динамического момента Мj. Момент х.х. М0 существует при любом режиме работы двигателя и определяется трением в подшипниках, трением щеток о коллектор, вентиляционными потерями и потерями в стали. Полезный момент М2 определяется свойствами рабочей машины и характером производственного процесса. Динамический момент возникает при всяком изменении частоты вращения двигателя. Зависимость между вращающим и тормозным моментами двигателя на его валу определяется законом равновесия моментов: в любых условиях работы двигателя эти моменты находятся во взаимном равновесии, то есть равны друг другу по величине, но направлены в противоположные стороны. При n = const момент Мj = 0 и тогда

M =M0 + M2 = Mcт (34)

где Мст - статический момент сопротивления на валу двигателя.

Следовательно, двигатель работает устойчиво и вращается с посто­янной частотой, если сумма развиваемого и вращающего моментов равна противодействующему моменту М = МСТ.

Устройство коллекторного узла

В зависимости от способа закрепления коллекторных пластин различают два основных типа коллекторов: со стальными конусными шайбами и на пластмассе.

Нижняя часть коллекторных пластин 6 имеет форму «ласточкина хвоста» (рис. 1.15).

После сборки коллектора эти части пластин оказываются зажатыми между стальными шайбами 1 и 3, изолированными от медных пластин миканитовыми манжетами 4. Конусные шайбы стянуты винтами 2. Между медными пластинами расположены миканитовые изоляционные прокладки. Верхняя часть 5 коллекторных пластин, называемая петушком, имеет узкий продольный паз, в который закладывают проводники обмотки якоря и припаивают.

Конструкция коллектора на пластмассе представлена на рисунке 1.16. Набор медных и миканитовых пластин в таком коллекторе удерживается пластмассой 2, запрессованной в пространство между набором пластин и стальной втулкой 4 и образующей корпус коллектора. С целью увеличения прочности коллектора пластмассу армируют стальными кольцами 3. При этом миканитовые прокладки должны иметь размеры большие, чем у медных пластин 1, что исключит замыкание пластин стальными кольцами.

Щеткодержатель состоит из обоймы 4, в которую помещают щетку 3, курка 1, представляющего собой откидную деталь, передающую давление пружины 2 на щетку (рис. 1.17). Щеткодержатель крепят на пальце зажимом 5. Щетка снабжается гибким тросиком 6 для включения еев электрическую цепь машины.

Основные типы двигателей постоянного тока

Взависимости от способа возбуждения различают следующие типыисполнительных двигателей постоянного тока (ИДПТ): ИДПТ с возбуждением постоянными магнитами и ИДПТ с электромагнитным возбуждением, которые в зависимости от способа включения обмотки возбуждения и обмотки якоря бывают следующего типа: ИДПТ параллельного возбуждения, ИДПТ последовательного возбуждения, ИДПТ независимого возбуждения (рис. 1.18).

ИДПТ с возбуждением постоянными магнитами

Существует несколько разновидностей магнитных систем этих двигателей, отличающихся конфигурацией постоянных магнитов и их размещением на статоре. Магнитная система с радиальными магнитами конструктивно наиболее проста, но не обеспечивает получения большой МДС постоянного магнита, так как пространство между магнитами остается неиспользованным. Магнитная система с подковообразными магнитами обеспечивает получение большой МДС и лучшее использование межполюсного пространства. Магнитная система с кольцевом магнитом наиболее рациональна и имеет наибольшее применение. Магнитная система с торцевым магнитом обеспечивает двигателю минимальный диаметр за счет увеличения его длины.

Схемы включения обмотки возбуждения ИДПТ

Свойства машин постоянного тока в значительной степени определяются способом включения обмотки возбуждения.

Машины независимого возбуждения. Обмотка возбуждения питается постоянным током от источника, электрически не связанного с обмоткой якоря (рис. 1.18,а). Машины последовательного возбуждения (рис. 1.18,6). Обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены последовательно. Машины параллельного возбуждения (рис. 1.18,г). Обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены параллельно.

Основные уравнения ИДПТ

Ток 1а в витке взаимодействует с внешним магнитным полем. Возникает сила Рэм, создающая электромагнитный момент М, который приводит якорь во вращение. В проводнике наводится противо-ЭДС, которая определяется согласно формуле

Еа = ссФn (35)

где сс - электрическая постоянная двигателя.

Уравнение напряжения двигателя согласно второму закону Кирхгофа:

U = Ea + Ia∑r (36)

где ∑r сумма сопротивлений в цепи обмотки якоря

Частота вращения якоря двигателя

(37)

Электромагнитная мощность двигателя:

РЭМ = ЕаIа (38)

Электромагнитный момент:

(39)

где см - механическая постоянная двигателя