Двигуни постійного струму

МПС мають властивість оборотності – працюють як в режимі генератора там і двигуна. Тому якщо МПС увімкнути до джерела енергії постійного струму, то вона буде перетворювати ел енергію в механічну, яка передається валом робочому механізму.

В установках, де потрібне регулювання швидкості в широких межах, швидкодія і великі пускові моменти, найчастіше використовуються двигуні постійного струму. Через добрі експлуатаційні характеристики двигуни постійного струму практично є основними в тягових приводах.

Головний недолік ДПС – колектор, що потребує систематичного контролю та зміни щіток. Цей контакт є джерелом радіозавад, для усунення яких іноді доводиться застосовувати спеціальні фільтри.

Будова та принцип роботи. Електромагнітний момент

До ОЗ подається із мережі постійний струм iзб, який утворює головне магн поле машини Ф. Це магн поле проходить від північного N до південного полюса S через якір, два повітряні проміжки між полюсними наконечниками й якорем, та замикається по станині машини. Одночасно подається постійний струм до клем якоря. Проходячи через щітки й колектор, струм в обвитці якоря буде змінний. При переході провідника через фізичну нейтраль струм у провіднику змінює свій напрям. Отже колектор у ДПС працює в режимі інвертора – перетворює постійний струм у змінний.

Електромагнітний момент МПС. В режимі генератора ел маг момент відповідно до закону Ленца протидіє обертанню якоря і є гальмівним. У режимі двигуна ел маг момен є обертовим.

Позначивши сталу частину виразу як коефіцієнт, який залежить від конструктивних данних машини, будем мати:

Струм якоря й частота обертання двигуна постійного струму

В обвитці якоря, як і в генераторах, буде індуктуватися ЕРС Е, напрям якої можна визначити за правилом правої руки. Ця ЕРС напрямлена проти струму якоря, тому її називають протиелектрорушійною силою (проти-ЕРС) якоря:

І з заступної схеми якоря двигуна одержимо за другим законом Кірхгофа основне рівняння рівноваги напруг двигуна:

Помноживши ліву і праву частину рівняння на струм – отримаємо рівняння потужностей.

Розвязавши рівняння напруг і проти-ЕРС відносно n, отримаємо:

Видно, що частота обертання ДПС в основному визначається прикладеною напругою та магнітним потоком. Спад напруги в обвитці якоря мало впливає на зміну обертів, тому що складає приблизно 3-5%. Збільшення напруги або зменшення магн потоку приводить до підвищення частоти обертання (при цьому момент навантаження залишається не змінним).

Пуск, зупинка й реверс двигунів постійного струму

У перший момент після вмикання двигуна, n=0, протии-ЕРС дорівнює нулеві, сила пускового струму обмежена лише опором кола якоря Iя=U/rя, і може в перевищувати в 10-15 разів номінальне значення. Крім того, при такому струмі в двигуні розвивається надмірно великий пусковий момент, який викликає ударну дію на обертові частини й машину загалом. Тому запуск двигуна безпосереднім вмиканням в мережу проводять для двигунів малої потужності (0,7-1 кВт). Що стосується двигунів середньої та великої потужності, то під час пуску для обмеження пускового струму в коло якоря вмикається пусковий реостат. Пусковий струм становитиме:

Опір пускового реостата вибирають, щоб пусковий струм не перевищував номінальний більше ніж у 2-3 рази.

Зупинка. При розмиканні ОЗ виникає значна перенапруга, через велике значення індуктивності останньої. Тому при зупинці двигуна залишають ОЗ замкненою на коло якірної обвитки та пускового реостата. Крім того вимикання ОЗ призводить до різкого зростання частоти обертання.

Реверс. Напрям обертання якоря двигуна залежить від напряму магн потоку і струму в обвитці якоря. Тому змінюючи напрям будь-якої із наведених величин, можна змінити напрям обертання якоря.