5.3. Двигуни постійного струму

Двигун має схожу з генератором конструкцію. У двигуні відбувається перетворення електричної енергії постійного струму джерела в механічну енергію обертання вала (ротора) двигуна.

Найважливішою перевагою двигуна постійного струму в порівнянні з двигунами змінного струму є можливість плавного регулювання швидкості обертання від нуля до номінального значення.

На рис. 5.5 наведена регулювальна характеристика двигуна постійного струму

Рис 5.5

Тут: n – швидкість обертання якоря двигуна; – струм керування (в схемах з так званим якірним керуванням – це струм в обмотці якоря, в схемах з полюсним керуванням – струм в обмотці збудження).

Двигуни постійного струму малої потужності (мікродвигуни) широко застосовуються з пристроях автоматики. Вони мають ряд суттєвих переваг у порівнянні з двигунами змінного струму. Так, окрім відміченого вище плавного регулювання швидкості, вони мають більший пусковий момент, за габаритами в 2...3 рази менші від двигунів змінного струму, не мають самоходу.

У цілому слід відмітити, що двигуни постійного струму широко застосовуються в електротязі, для живлення електромагнітів, у пристроях автоматики.

5.4. Реверс двигуна постійного струму

При необхідності здійснення реверсу, тобто зміни напряму обертання двигуна постійного струму в схемах із самозбудженням (див. рис. 5.2), неможливо добитися необхідного реверсу шляхом переключення полярності напруги живлення. Справа в тому, що при цьому буде змінений на зворотній як напрям струму в обмотці якоря, так і в обмотці збудження. А потрібно змінити напрям струму в одній з цих обмоток, простіше – в обмотці збудження.

На рис. 5.6 наведена схема реверсу двигуна постійного струму за допомогою двополюсного перемикача П.

Рис. 5.6

Для зміни напряму обертання якоря необхідно перемикач з положення "а" перевести в положення "б", при цьому змінюється на протилежний напрям струму в обмотці збудження ОЗ.

Тема 6. Електричні машини змінного струму

Навчальна мета: розкрити принципи побудови та закони функціонування електричних машин змінного струму.

Час: 70 хвилин.

Метод: лекція.

Місце: навчальна аудиторія.

Навчальні питання:

1. 15 хв.

2. 20 хв.

3. 15 хв.

4. 15 хв.

5. Заключна частина – 5 хв. (підсумок лекції, відповіді на запитання)

Матеріально-технічне забезпечення: схеми, малюнки, збірники задач та матеріалів.

Джерела та література:

Л – 2, 3, 6.

План

6.1. Асинхронний двигун з короткозамкнутим ротором

6.2. Трифазний асинхронний двигун з фазним ротором

6.3. Однофазний асинхронний двигун

6.4. Трифазний двигун у колі однофазного змінного струму

6.1. Асинхронний двигун з короткозамкнутим ротором

У двигуні трифазного змінного струму відбувається перетворення змінного струму, що отримується від синхронних генераторів електростанцій або від трансформаторів енергосистем живлення в механічну енергію обертання вала двигуна. На рис. 6.1 наведена спрощена схема конструкції двигуна з короткозамкнутим ротором.

Рис. 6.1

1. – статор двигуна, набраний з шихтованої трансформаторної сталі;

2. – трифазна обмотка статора, вкладена в пази статора;

3. – ротор двигуна;

4. – обмотка ротора, яка для спрощення і здешевлення конструкції виконана у вигляді короткозамкнутих стержнів (так звана білчина клітка);

5. – вал ротора, кінці якого розміщуються в підшипниках і дають змогу ротору обертатися зі швидкістю, яка відповідає його параметрам.

Слід відмітити, що дана проста і надійна конструкція трифазного двигуна з короткозамкнутим ротором вперше була запропонована і здійснена М.О. Доліво-Добровольським у 1879 – 1881 pp.

Потужність двигуна розраховується за формулою:

(6.1)

Тут: U, І – лінійні напруга та струм; – кут між напругою та струмом; – ККД двигуна.

Обмотки статора створюють обертове магнітне поле, яке перетинає стержні ротора і в них індукується змінний струм. Від взаємодії поля статора і струму ротора створюється електромагнітна сила , яка обертає ротор.

Якщо частота змінного струму f, то швидкість створюваного цим струмом магнітного поля називається синхронною швидкістю:

(6.2)

де p – кількість пар полюсів статора, тобто конструктивний параметр, закладений при створенні двигуна.

Ротор двигуна обертається з так званою асинхронною швидкістю , яка трохи менша .

Ковзанням S називається виражене у відносних одиницях або в процентах відставання швидкості обертання ротора від швидкості обертання поля статора

(6.3)

Для асинхронного двигуна механічна характеристика, тобто залежність електромагнітного моменту на валу від швидкості обертання має такий вигляд (рис. 6.2).

В момент початку пуску на валу двигуна розвивається момент (пусковий), він повинен бути в 2…2,5 рази більший від моменту номінального , щоб забезпечити розворот.

Ділянка стійкої роботи двигуна від до (показана жирною лінією).

Рис. 6.2

Ротор двигуна не може обертатися зі швидкістю n₁, бо в цьому випадку в стержнях ротора не буде наводитися EPC і струм, а, значить, і не буде умов для створення електромагнітного моменту обертання ротора. Іншими словами, в двигуні повинен бути перетин магнітних силових ліній, а для цього необхідно, щоб підтримувалася нерівність .

В асинхронних двигунах з короткозамкнутим ротором є два суттєві недоліки:

1. Велика кратність струму на початку пуску:

(6.4)

Це приводить до значної посадки напруги в мережі живлення, особливо при запуску двигунів великої потужності або одночасному запуску групи електродвигунів.

2. Двигун дуже різко набирає обороти при запуску, що небажано для приводу механізмів з великою інерційною масою, наприклад, кульових млинів.

Проте, простота конструкції, низька вартість двигуна і висока надійність роботи забезпечили широке розповсюдження електродвигунів з короткозамнутим ротором.