Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения технические характеристики

Эра электродвигателей берёт своё начало с 30-х годов XIX века, когда Фарадей на опытах доказал способность вращения проводника, по которому проходит ток, вокруг постоянного магнита.

На этом принципе Томасом Девенпортом был сконструирован и испытан первый электродвигатель постоянного тока.

Изобретатель установил своё устройство на действующую модель поезда, доказав тем самым работоспособность электромотора.

Практическое применение ДПТ нашёл Б. С. Якоби, установив его на лодке для вращения лопастей. Источником тока учёному послужили 320 гальванических элементов. Несмотря на громоздкость оборудования, лодка могла плыть против течения, транспортируя 12 пассажиров на борту.

Лишь в конце XIX столетия синхронными электродвигателями начали оснащать промышленные машины. Этому способствовало осознание принципа преобразования электродвигателем постоянного тока механической энергии в электричество.

То есть, используя электродвигатель в режиме генератора, удалось получать электроэнергию, производство которой оказалось существенно дешевле от затрат на выпуск гальванических элементов.

С тех пор электродвигатели совершенствовались и стали завоёвывать прочные позиции во всех сферах нашей жизнедеятельности.

Устройство и описание ДПТ

Конструктивно электродвигатель постоянного тока устроен по принципу взаимодействия магнитных полей.

Самый простой ДПТ состоит из следующих основных узлов:

  1. Двух обмоток с сердечниками, соединенных последовательно. Данная конструкция расположена на валу и образует узел, называемый ротором или якорем.
  2. Двух постоянных магнитов, повёрнутых разными полюсами к обмоткам. Они выполняют задачу неподвижного статора.
  3. Коллектора – двух полукруглых, изолированных пластин, расположенных на валу ДПТ.
  4. Двух неподвижных контактных элементов (щёток), предназначенных для передачи электротока через коллектор до обмоток возбуждения.

Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения технические характеристикиРисунок 1. Схематическое изображение простейшего электродвигателя постоянного тока.

Рассмотренный выше пример – это скорее рабочая модель коллекторного электродвигателя. На практике такие устройства не применяются. Дело в том, что у такого моторчика слишком маленькая мощность. Он работает рывками, особенно при подключении механической нагрузки.

Статор (индуктор)

В моделях мощных современных двигателях постоянного тока используются статоры, они же индукторы, в виде катушек, намотанных на сердечники. При замыкании электрической цепи происходит образование линий магнитного поля, под действием возникающей электромагнитной индукции.

Для запитывания обмоток индуктора ДПТ могут использоваться различные схемы подключения:

  • с независимым возбуждением обмоток;
  • соединение параллельно обмоткам якоря;
  • варианты с последовательным возбуждением катушек ротора и статора;
  • смешанное подсоединение.

Схемы подключения наглядно видно на рисунке 2.

Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения технические характеристикиРисунок 2. Схемы подключения обмоток статора ДПТ

У каждого способа есть свои преимущества и недостатки. Часто способ подключения диктуется условиями, в которых предстоит эксплуатация электродвигателя постоянного тока. В частности, если требуется уменьшить искрения коллектора, то применяют параллельное соединение.

Для увеличения крутящего момента лучше использовать схемы с последовательным подключением обмоток. Наличие высоких пусковых токов создаёт повышенную электрическую мощность в момент запуска мотора. Данный способ подходит для двигателя постоянного тока, интенсивно работающего в кратковременном режиме, например для стартера.

В таком режиме работы детали электродвигателя не успевают перегреться, поэтому износ их незначителен.

Ротор (якорь)

В рассмотренном выше примере примитивного электромотора ротор состоит из двухзубцового якоря на одной обмотке, с чётко выраженными полюсами. Конструкция обеспечивает вращение вала электромотора.

В описанном устройстве есть существенный недостаток: при остановке вращения якоря, его обмотки занимают устойчивое. Для повторного запуска электродвигателя требуется сообщить валу некий крутящий момент.

Этого серьёзного недостатка лишён якорь с тремя и большим количеством обмоток. На рисунке 3 показано изображение трёхобмоточного ротора, а на рис. 4 – якорь с большим количеством обмоток.

Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения технические характеристикиРисунок 3. Ротор с тремя обмотками
Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения технические характеристикиРисунок 4. Якорь со многими обмотками

Подобные роторы довольно часто встречаются в небольших маломощных электродвигателях.

Для построения мощных тяговых электродвигателей и с целью повышения стабильности частоты вращения используют якоря с большим количеством обмоток. Схема такого двигателя показана на рисунке 5.

Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения технические характеристикиРисунок 5. Схема электромотора с многообмоточным якорем

Коллектор

Если на выводы обмоток ротора подключить источник постоянного тока, якорь сделает пол-оборота и остановится. Для продолжения процесса вращения необходимо поменять полярность подводимого тока. Устройство, выполняющее функции переключения тока с целью изменения полярности на выводах обмоток, называется коллектором.

Самый простой коллектор состоит из двух, изолированных полукруглых пластин. Каждая из них в определённый момент контактирует со щёткой, с которой снимается напряжение. Одна ламель всегда подсоединена к плюсу, а вторая – к минусу. При повороте вала на 180º пластины коллектора меняются местами, вследствие чего происходит новая коммутация со сменой полярности.

Такой же принцип коммутации питания обмоток используются во всех коллекторах, в т. ч. и в устройствах с большим количеством ламелей (по паре на каждую обмотку). Таким образом, коллектор обеспечивает коммутацию, необходимую для непрерывного вращения ротора.

В современных конструкциях коллектора ламели расположены по кругу таким образом, что каждая пластина соответствующей пары находится на диаметрально противоположной стороне. Цепь якоря коммутируется в результате изменения положения вала.

Принцип работы

Ещё со школьной скамьи мы помним, что на провод под напряжением, расположенный между полюсами магнита, действует выталкивающая сила. Происходит это потому, что вокруг проволоки образуется магнитное поле по всей его длине. В результате взаимодействия магнитных полей возникает результирующая «Амперова» сила:

F=B×I×L, где B означает величину магнитной индукции поля, I – сила тока, L – длина провода.

Вектор «Амперовой» всегда перпендикулярен до линий магнитных потоков между полюсами. Схематически принцип работы изображён на рис. 6.

Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения технические характеристикиРис. 6. Принцип работы ДПТ

Если вместо прямого проводника возьмём контурную рамку и подсоединим её к источнику тока, то она повернётся на 180º и остановится в в таком положении, в котором результирующая сила окажется равной 0. Попробуем подтолкнуть рамку. Она возвращается в исходное положение.

Поменяем полярность тока и повторим попытку: рамка сделала ещё пол-оборота. Логично припустить, что необходимо менять направление тока каждый раз, когда соответствующие витки обмоток проходят точки смены полюсов магнитов. Именно для этой цели и создан коллектор.

Схематически можно представить себе каждую якорную обмотку в виде отдельной контурной рамки. Если обмоток несколько, то в каждый момент времени одна из них подходит к магниту статора и оказывается под действием выталкивающей силы. Таким образом, поддерживается непрерывное вращение якоря.

Типы ДПТ

Существующие электродвигатели постоянного тока можно классифицировать по двум основным признакам: по наличию или отсутствию в конструкции мотора щеточно-коллекторного узла и по типу магнитной системы статора.

Рассмотрим основные отличия.

По наличию щеточно-коллекторного узла

Двигатели постоянного тока для коммутации обмоток, которых используются щёточно-коллекторные узлы, называются коллекторными. Они охватывают большой спектр линейки моделей электромоторов. Существуют двигатели, в конструкции которых применяется до 8 щёточно-коллекторных узлов.

Функции ротора может выполнять постоянный магнит, а ток от электрической сети подаётся непосредственно на обмотки статора. В таком варианте отпадает надобность в коллекторе, а проблемы, связанные с коммутацией, решаются с помощью электроники.

В таких бесколлекторных двигателях устранён один из недостатков –искрение, приводящее к интенсивному износу пластин коллектора и щёток. Кроме того, они проще в обслуживании и сохраняют все полезные характеристики ДПТ: простота в управлении связанном с регулировкой оборотов, высокие показатели КПД и другие. Бесколлекторные моторы носят название вентильных электродвигателей.

По виду конструкции магнитной системы статора

В конструкциях синхронных двигателей существуют модели с постоянными магнитами и ДПТ с обмотками возбуждения. Электродвигатели серий, в которых применяются статоры с потоком возбуждения от обмоток, довольно распространены. Они обеспечивают стабильную скорость вращения валов, высокую номинальную механическую мощность.

О способах подключения статорных обмоток шла речь выше. Ещё раз подчеркнём, что от выбора схемы подключения зависят электрические и тяговые характеристики двигателей постоянного тока. Они разные в последовательных обмотках и в катушках с параллельным возбуждением.

Управление

Не трудно понять, что если изменить полярность напряжения, то направление вращения якоря также изменится. Это позволяет легко управлять электромотором, манипулируя полярностью щеток.

Механическая характеристика

Рассмотрим график зависимости частоты от момента силы на валу. Мы видим прямую с отрицательным наклоном. Эта прямая выражает механическую характеристику электродвигателя постоянного тока. Для её построения выбирают определённое фиксированное напряжение, подведённое для питания обмоток ротора.

Читайте также:  Блок запуска двигателя keyless start mercedes

Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения технические характеристикиПримеры механических характеристик ДПТ независимого возбуждения

Регулировочная характеристика

Такая же прямая, но идущая с положительным наклоном, является графиком зависимости частоты вращения якоря от напряжения питания. Это и есть регулировочная характеристика синхронного двигателя.

Построение указанного графика осуществляется при определённом моменте развиваемом ДПТ.

Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения технические характеристикиПример регулировочных характеристик двигателя с якорным управлением

Благодаря линейности характеристик упрощается управление электродвигателями постоянного тока. Поскольку сила F пропорциональна току, то изменяя его величину, например переменным сопротивлением, можно регулировать параметры работы электродвигателя.

Регулирование частоты вращения ротора легко осуществляется путём изменения напряжения.

В коллекторных двигателях с помощью пусковых реостатов добиваются плавности увеличения оборотов, что особенно важно для тяговых двигателей. Это также один из эффективных способов торможения.

Мало того, в режиме торможения синхронный электродвигатель вырабатывает электрическую энергию, которую можно возвращать в энергосеть.

Области применения

Перечислять все области применения электродвигателей можно бесконечно долго. Для примера назовём лишь несколько из них:

  • бытовые и промышленные электроинструменты;
  • автомобилестроение – стеклоподъёмники, вентиляторы и другая автоматика;
  • трамваи, троллейбусы, электрокары, подъёмные краны и другие механизмы, для которых важны высокие параметры тяговых характеристик.

Преимущества и недостатки

К достоинствам относится:

  • Линейная зависимость характеристик электродвигателей постоянного тока (прямые линии) упрощающие управление;
  • Легко регулируемая частота вращения;
  • хорошие пусковые характеристики;
  • компактные размеры.

У асинхронных электродвигателей, являющихся двигателями переменного тока очень трудно достичь таких характеристик.

Недостатки:

  • ограниченный ресурс коллектора и щёток;
  • дополнительная трата времени на профилактическое обслуживание, связанное с поддержанием коллекторно-щёточных узлов;
  • ввиду того, что мы пользуемся сетями с переменным напряжением, возникает необходимость выпрямления тока;
  • дороговизна в изготовлении якорей.

По перечисленным параметрам из недостатков в выигрыше оказываются модели асинхронных двигателей. Однако во многих случаях применение электродвигателя постоянного тока является единственно возможным вариантом, не требующим усложнения электрической схемы.

Видео в дополнение к написанному

Двигатель постоянного тока. Характеристики и регулирование

После предыдущего поста о мотор-редукторе мне пришло несколько вопросов по регулированию двигателя постоянного тока. Так что пора написать очередной пост 🙂
Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения технические характеристики
Двигатель постоянного тока (ДПТ) это один из самых привычных и понятных электродвигателей, он изучается даже в школе, на физике. Он используется практически везде, где нужен малогабаритный моторчик, а также не спешит сдавать своих позиций и там, где мощность измеряется десятками киловатт. О нем и поговорим. 
Конструктив и базовый принцип
Не буду тут особо распинаться, покажу картинку из википедии и укажу ряд основных узлов. Все остальное вы и так знаете и трогали своими руками.

1. Статор состоит из источника магнитного поля. Далеко не всегда это постоянный магнит, более того, постоянный магнит это скорей исключение, чем правило. Обычно все же это обмотка возбуждения. По крайней мере на всем, что больше кулака по размерам.  

2. Якорь состоит из обмотки якоря и коллекторного узла. 

Работает все очень и очень просто.

Обмотка якоря отталкивается от магнитного поля статора силой Ампера и совершает пол оборота, стремясь вывести эту силу на ноль и таки вывела бы если бы не коллектор, который ловко всех обламывает переключает полярность катушки и сила вновь становится максимальной. И так по кругу. Т.е. коллектор служит механическим инвертором напряжения в якоре. Запомните этот момент, он нам еще пригодится 🙂  

Обычно в мелких моторчиках всего два полюса обмотки возбуждения (одна пара) и трехзубцовый якорь. Три зуба это минимум для запуска из любого положения, но чем больше зубцов тем более эффективно используется обмотка, меньше токи и более плавный момент, т.к сила является проекцией на угол, а активный участок обмотки проворачивается на меньший угол  

Происходящие в двигателе процессы
Думаю многие из вас кто баловался с движками могли заметить, что у них есть ярко выраженный пусковой ток, когда мотор на старте может рвануть стрелку амперметра, например, до ампера, а после разгона ток падает до каких-нибудь 200мА.

Почему это происходит? Это работает противоэдс. Когда двигатель стоит, то ток который через него может пройти зависит только лишь от двух параметров — напряжения питания и сопротивления якорной обмотки.

Так что предельный ток который может развить движок и на который следует рассчитывать схему узнать несложно. Достаточно замерить сопротивление обмотки двигателя и поделить на это значение напряжение питания. Просто по закону Ома.

Это и будет максимальный ток, пусковой.  

Но по мере разгона начинается забавная вещь, обмотка якоря движется поперек магнитного поля статора и в ней наводится ЭДС, как в генераторе, но направлена она встречно той, что вращает двигатель. И в результате, ток через якорь резко снижается, тем больше, чем выше скорость.  

А если движок дополнительно еще подкручивать по ходу, то противоэдс будет выше питания и движок начнет вкачивать энергию в систему, став генератором.  

Немного формул
Не буду грузить никого выводами, их найдете сами если захотите. Чтобы было поменьше матана рекомендую найти учебник по электроприводу для средних учебных заведений и годом выпуска подревней. От 50х-60х годов самое то 🙂 Там и картинки винтажные и расписано для вчерашнего выпускника сельской семилетки. Много букв и никакого грузилова, все четко и по делу.

Самая главная формула коллекторного двигателя постоянного тока:

U = Е + Iя*Rя

  • U — напряжение подаваемое на якорь
  • Rя — сопротивление якорной цепи. Обычно за этот символ считают только сопротивление обмотки, хотя можно снаружи навесить резистор какой и он к ней приплюсуется. Тогда пишут как (Rя+Rд)
  • Iя — ток в якорной цепи. Тот самый который замеряется амперметром при попытке измерять потребление движка 🙂
  • Е — это противоэдс или ЭДС генератора, в генераторном режиме. Она зависит от конструкции двигателя, оборотов и описывается вот такой вот простой формулой

Е = Се * Ф * n

  • Ce — одна из конструктивных констант. Они зависят от конструкции двигателя, числа полюсов, количества витков, толщин зазоров между якорем и статором. Нам она не особо нужна, при желании ее можно вычислить экспериментально. Главное, что она константа и на форму кривых не влияет 🙂
  • Ф — поток возбуждения. Т.е. сила магнитного поля статора. В мелких моторчиках, где оно задается постоянным магнитом это тоже константа. Но бывает под возбуждение выведена отдельная обмотка и тогда мы можем ее менять.
  • n — обороты якоря.
  • Ну и зависимость момента от тока и потока:
  • М = См * Iя * Ф
  • См — конструктивная констатнта. 

Вот тут стоит обратить внимание, что зависимость момента от тока совершенно прямая. Т.е. просто замеряя ток, при неизменном потоке возбуждения, мы можем совершенно точно узнать величину момента. Это может быть важно, например, чтобы не сломать привод, когда двигло может развить такое усилие, что легко поломает то, что оно там вращает. Особенно с редуктором. 

Ну и из этого же следует, что момент у машины постоянного тока зависит только от способности источника снабжать его током. Так что идеальный нерушимый сверхпроводящий движок вам на раз лом в узел завяжет, пусть даже он сам с ноготок будет. Только энергию подавай.  

А теперь смешаем все это в кучу и получим зависимость оборотов от момента — механическую характеристику двигателя.  

Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения технические характеристики

Если ее построить, то будет нечто следующее: 

Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения технические характеристики

n0 — это обороты идеального холостого хода сферического двигателя в вакууме. Т.е. когда наш движок ну ваще халявит, момент равен нулю. Ток потребления тоже, естественно, ноль. Т.к. противоэдс равна напряжению. Чисто теоретический вариант.

А вторая точка строится уже с каким-либо моментом на валу. Получается прямая зависимость оборотов от момента. А наклон характеристики определяется сопротивлением якорной цепи.

Читайте также:  Двигатель в масле причина киа рио

Если никаких добавочных резисторов там нет, то это зовут естественной характеристикой.  

Обороты идеального холостого хода зависят от напряжения и потока. Больше ни от чего. А если поток константа (постоянный магнит), то только от напряжения. Снижая напряжение вся наша характеристика параллельно смещается вниз. Уменьшили напряжение в два раза — скорость упала в два раза. 

Если есть возможность менять поток возбуждения, то можно поднимать скорость выше номинальной. Тут зависимость обратная. Ослабляем поток — двигатель разгоняется, но либо падает момент, либо ему надо жрать больше тока.  

Иной двигатель со снятием возбуждения может и в разнос пойти. Помнится сдавал я затянувшийся курсач по электроприводу, уже хрен знает спустя сколько времени после сессии. Вломы мне его делать было, ага 🙂 Ну и сидел в лаборатории, ждал препода. А там какие то балбесы, на курс ниже, лабу делали. Крутили движок вхолостую, а возбуждение к стенду приверчено было на соплях и слетело с клеммы.

Движок в разнос пошел. У нас в лаборатории ЭПА ЮУРГУ все серьезно было, машины стояли нешуточные, по десятку киловатт и под сотню другую кг каждый. Все на суровом напряжении в 380 вольт. В общем, когда эта дура взревела как монстр и стала рваться с креплений, я только и успел крикнуть, что все нахер от машины, вырубай к черту.

Не успели, двигло сорвало с креплений, обмотка повылетала с пазов и движку пришел кирдык. Ладно никого не покалечило. Впрочем, лабы привода это то еще развлечение было. У нас там и горело и взрывалось. Там я приобрел замечательные навыки чинить что угодно, чем угодно в сжатые сроки.

В среднем, каждый успел по разу убить стенд наглухо, а лаба часто начиналась с починки паяльника, которым чинили осциллограф с помощью которого реанимировали убитый стенд.

Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения технические характеристики

Есть еще двигатели не независимого, а последовательного возбуждения. Это когда обмотка статора включена последовательно якорю. Не каждый двигатель так можно включить, обмотка возбуждения должна выдерживать ток якоря.

Но у них возникает одно интересное свойство. При пуске возникает большой пусковой ток и этот пусковой ток является же током возбуждения, обеспечивая огромный пусковой момент.

Механическая характеристика напоминает гиперболу с максимумом в районе нулевых оборотов. 

А дальше, по мере разгона, момент падает, а обороты наоборот растут. И если нагрузку убрать с вала, то движок сразу же уходит в разнос. Такие движки ставят на тягловый привод в основном. По крайней мере ставили раньше, до развития силовой электроники. С места эта хрень рвет так, что все стритсракеры нервно закуривают.  

Режимы работы двигателя постоянного тока
Направление вращения движка зависит от направления тока якоря или направления потока возбуждения.

Так что если взять коллекторный двигатель и подключить обмотку возбуждения параллельно якорю, то он будет прекрасно вращаться и на переменном токе (универсальные двигатели, их в кухонную технику часто ставят). Т.к. ток будет одновременно меняться и в якоре и в возбуждении.

Момент правда будет пульсирующим, но это мелочи. А для реверса там надо будет поменять полярность включения якоря или возбуждения.

Если нарисовать механическую характеристику в четырех квадрантах, то у нас будет нечто похожее на это: 

Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения технические характеристики

Вот, например, характеристика 1 на I участке у нас машина работает как двигатель. Нагрузка растет и в определенный момент двигатель останавливается и начинает вращаться в обратную сторону, т.е. нагрузка обращает его вспять.

Это тормозной режим, противовключение. Режим очень тяжелый, двигло греется просто зверски, но для торможения очень эффективный.

Если же момент на валу сменит направление и пойдет вращать навстречу движку, то мотор сразу же выйдет на генерацию (IV участок).  

Характеристика 2 это то же самое, только с обратной полярностью питающего напряжения двигателя. 

А характеристика 3 это динамическое торможение. Оно же реостатное. Т.е. когда мы берем и просто коротим наш двигатель на резистор или сам на себя. Можете сами проверить, возьмите любой моторчик и покрутите его, а потом закоротите ему якорь и покрутите снова. На валу будет ощутимое усилие, тем больше, чем качественнее движок. 

Кстати, драйвера двигателей вроде L293 или L297 имеют возможность включить реостатное торможение, подачей обоих ключей вверх или вниз. При этом якорь коротится через драйвер на шину земли или питания.  

Бесколлекторные двигатели постоянного тока
Коллекторный движок он очень хорош. Он чертовски легко и гибко регулируется. Можно повышать обороты, понижать, механическая характеристика жесткая, момент он держит на ура. Зависимость прямая. Ну сказка, а не мотор. Если бы не одна ложка говна во всей этой вкусняшке — коллектор.

Это сложный, дорогой и очень ненадежный узел. Он искрит, создает помехи, забивается проводящей пылью от щеток. А при большой нагрузке может полыхнуть, образовав круговой огонь и тогда все, капец движку. Закоротит все дугой наглухо. 

Но что такое коллектор вообще? Нафига он нужен? Выше я говорил, что коллектор это механический инвертор. Его задача переключать напряжение якоря туда сюда, подставляя обмотку под поток.  

А на дворе то уже 21 век и дешевые и мощные полупроводники сейчас на каждом шагу. Так зачем нам нужен механический инвертор если мы можем сделать его электронным? Правильно, незачем! Так что берем и заменяем коллектор силовыми ключами, а еще добавляем датчики положения ротора, чтобы знать в какой момент переключать обмотки. 

А для пущего удобства выворачиваем двигатель наизнанку — гораздо проще вращать магнит или простенькую обмотку возбуждения, чем якорь со всей этой тряхомудией на борту. В качестве ротора тут выступает либо мощный постоянный магнит, либо обмотка питаемая с контактных колец. Что хоть и смахивает на коллектор, но не в пример надежней его.  

И получаем что? Правильно! Бесщеточный двигатель постоянного тока aka BLDC. Все те же няшные и удобные характеристики ДПТ, но без этого мерзкого коллектора. И не надо путать BLDC с синхронными двигателями.

Это совсем разные машины и разным принципом действия и управления, хотя конструктивно они ОЧЕНЬ схожи и тот же синхронник вполне может работать как BLDC, добавить ему только датчиков да систему управления.

Но это уже совсем другая история.

Особенность двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

Отличительные характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения имеют решающее значение в выборе его установки на аппараты. Особенности подключения и механических характеристик определяют заключительное решение. Преимущества и область применения.

Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения технические характеристики

  • СОДЕРЖАНИЕ
  • 1. Устройство двигателя постоянного тока
  • 2. Особенности схемы подключения
  • 3. График характеристик
  • 4. Скоростное управление
  • 5. Торможение двигателя
  • 6. Причины поломок
  • 7. Исследования и подбор ДПТ
  • 8. Достоинства и недостатки
  • УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Конструкция ДПТ одинакова независимо от схемы подключения обмоток возбуждения. Она лишь определяет тип двигателя: последовательного возбуждения и параллельного. В данной статье будет рассмотрен редуктор именно с последовательным соединением кабельных блоков.

Подобный электромотор применяется в случае необходимости плавного пуска, устойчивого тягового функционирования аппарата при постоянных скоростях вращения вала. По своим показателям этот двигатель отличается от приводов смешанного и последовательного подключения.

Особенности электрических процессов обуславливают их широкое применение.

Основными частями механизма являются движимый ротор (якорь) и неподвижный статор. Якорь состоит из стального сердечника и уложенного в пазы медного лакированного кабеля, который по виду образует закольцованный контур. Медный каркас выполнен большим числом витков проволоки. Концы обмотки припаяны к коллекторным кольцам. В якоре происходит преобразование энергии и наводится ЭДС.

Через щетки из источника питания на ламели подается ток. Коллектор — обычный инвертор. Индуктор представлен постоянным магнитом. Создает магнитный поток для получения стабильного момента. В данной электрической машине роторная катушка и обмотка возбуждения соединены последовательно. Протекающие в них токи имеют равные значения, что и определяет особенность данного типа двигателей.

Читайте также:  Opel sintra характеристики двигатель

ОСОБЕННОСТИ СХЕМЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ

Принципиальная схема подключения дает возможность приводу работать в условиях значительных перегрузок и тяжелых пусковых условий. Момент вращения пропорционален квадратному значению силы тока.

Мощные тяговые характеристики обеспечили область применение подобных двигателей в конструкции транспорта: поездов, электричек, трамваев, троллейбусов, подъемных кранов, канатных дорог, производственных станках, грузоподъемных кранах, тяговых агрегатов.

За счет последовательного соединения общий магнитный поток находится в зависимости от силы тока. При условии работы ДПТ ПС меньше 25% от номинального значения резко снижается магнитный поток. Это приводит к резкому ускорению машины.

Скорость становится неконтролируемой и двигатель идёт в разнос. На этом основании работа двигателя на холостом ходу недопустима. Во избежание непоправимых ситуаций, для контроля работы в цепь якоря последовательно подключают реостат.

Тепловые реле защищают устройство от перегрева.

Двигатели последовательного возбуждения запрещено соединять с устройством посредством ременной передачи. Ремень может порваться или соскочить, вызывая тем самым немедленное ускорение и последующую поломку машины.

Запуск агрегата производят на дополнительном сопротивлении, подсоединенным в цепь параллельно. С началом работы его отключают, и двигатель продолжает работу на номинальных показателях при естественной характеристике. Искусственные механические характеристики определяются принудительным изменением физических показателей системы.

Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения технические характеристики

ГРАФИК ХАРАКТЕРИСТИК

Механическая и естественная характеристики на графике зависимости имеют вид гиперболы. Обычно на чертеже выражают соотношение момента (ось Х) и частоты вращения якоря (ось Y).

Смещение графика механической характеристики параллельно к оси ординат объясняет плавное регулирование скорости (мягкая скоростная характеристика).

Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения технические характеристики

  1. СКОРОСТНОЕ УПРАВЛЕНИЕ
  2. Регулирование скорости ротора осуществляют несколькими методами в принудительном режиме:
  3. -изменение показателей магнитного потока
  4. -изменение напряжения сетевого источника питания.

Последний крайне неэкономичен, требует установки дополнительного пускового реле. Чаще производят смену магнитного потока. Параллельно обмотке возбуждения подключают реостат, введение сопротивления меняет ток, соответственно и скорость.

ТОРМОЖЕНИЕ ДВИГАТЕЛЯ

Остановка двигателя производится двумя способами. Механическим, характеризуется наложение тормозных колодок на шкив, и электрическим. Перевод привода в режим генератора для торможения в данном двигателе отсутствует. Используют шунтирование и противовключение якоря.

Происходит реверс направления вращения. Динамический тормоз обусловлен отключением роторной обмотки и ее замыканием на многоступенчатый остановочный резистор. Управление производится контроллером оборотов или заданием времени. Процесс торможения происходит интенсивно.

ПРИЧИНЫ ПОЛОМОК

Если возникают внештатные ситуации, требуется немедленное реагирование. Несоблюдение правил безопасности при работе с электрооборудованием, необдуманные действия персонала, скачки напряжения в сети, механическое повреждение устройства, корочение и межвитковый обрыв в цепи якоря приводят к тяжелым последствиям и дорогостоящему ремонту.

Экстренное отключение проводится автоматической аппаратурой. Устранение неполадок производится строго при отключенной нагрузке. Чаще всего двигатель идет вразнос по причине человеческого фактора.

Недобросовестное обслуживание комплектующих, отсутствие своевременного ремонта, игнорирование предвестников поломки приводит к таким тяжелым последствиям. При межвитковых разрывах резко снижается магнитный поток, скорость возрастает и становится неуправляемой. Двигатель резко набирает обороты и выдает характерный свистящий шум.

Агрегат не взрывается, но персоналу лучше отойти на безопасное расстояние во избежание травматизации. Поэтому необходимо совершать своевременную плановую профилактику аварий.

ИССЛЕДОВАНИЕ И ПОДБОР ДПТ

Исследование двигателей постоянного тока последовательного возбуждения и параллельного дает возможность сопоставить их рабочие показатели и характеристики для точного целесообразного выбора установки в тот или иной аппарат. Экспериментальный анализ проводят инженера, технологи, конструкторы.

Расчеты имеют особенности и занимают много времени. Для упрощения проверки и экономии времени проектировщики зачастую пользуются набором утилитарных программ «Matlab» (матлаб).

Они подходят ко всем операционным системам и с легкостью производят математические расчеты, построение трехмерных графиков, обработку данных и их анализ, создают рабочие алгоритмы.

Двигатели постоянного тока последовательного соединения устанавливаются в соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ). Это нормативный документ, в котором обозначены конструктивные принципы, требования к электросистемам, подводимой к ним коммуникации, условий окружающей среды и эксплуатации. Правила одинаковы для всех форм собственности. Переиздаются каждые два года.

  • ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ
  • В настоящее время ДПТ используют в тех случаях, где переменнотоковые редуктора не дают необходимых характеристик.
  • Достоинства электродвигателей постоянного тока с последовательным соединением обмоток обуславливают их широкое применение в промышленности и сфере электротранспорта. Таковыми являются:
  • -зависимость момента вращения от квадратного значения силы тока позволяет передвигать машины больших габаритов и значительного веса;
  • -плавный запуск аппарата при малой частоте вращения якоря;
  • -использование машины без перегрузки двигателя;
  • -высокие мощностные показатели;
  • -отсутствие перехода в режим генератора дает дополнительную кинетическую энергию;
  • -отсутствие перегрузки двигателя;
  • -экономичность и простота изготовления обмотки якоря;
  • -крупное сечение медной проволоки для армировки дает меньшее число витков не требует усиления изоляции;
  • -конструктивное решение клетени обеспечивает необходимый магнитный поток при малых значениях тока возбуждения.
  • Недостатки:
  • -дорогостоящая концепция изготовления;
  • -износ графитовых щеток;
  • -засорение ламелей;
  • -постоянное обслуживание щеточно-коллекторного контакта;
  • износ коллектора ограничивает эксплуатационный срок.

Обслуживать и производить ремонт должен специально обученный персонал. Для работы с электрооборудованием сотрудники обязаны быть компетентными и иметь допуск к работе.

Двигатель постоянного тока последовательного возбуждения (ДПТ ПВ) — Help for engineer | Cхемы, принцип действия, формулы и расчет

Двигатель постоянного тока последовательного возбуждения представляет собой электрическую машину постоянного тока, в которой обмотка возбуждения подключена последовательно с обмоткой якоря.

Для данного типа двигателей справедливо равенство: ток, протекающий в якорной обмотке, равен току в обмотке возбуждения I=Iв=Iя, что является его главной отличительной особенностью от остальных типов двигателей.

Рисунок 1 – Схема подключения ДПТ ПВ

Стоит обратить внимание на зависимость магнитного потока от нагрузки Ф=f(Iя).

Если двигатель будет работать на 25% своей номинальной мощности или меньше, то магнитный поток будет крайне мал, что приведет к постоянному увеличению скорости вала.

Препятствовать разгону будут лишь механические потери, и двигатель пойдет в «разнос». Это приведет к быстрому выходу машины из строя. Все описанное в соответствии с формулой:

Исходя из вышесказанного, ДПТ ПВ нельзя использовать на холостом ходу, постоянно требуется контроль тока якоря. С этой целью последовательно с обмоткой возбуждения устанавливают минимальное токовое реле, которое замыкает якорную цепь только в том случае, если нагрузка на валу достаточна для поддержания номинальной работы двигателя.

Пуск двигателя производят с пусковым сопротивлением, также включенным последовательно в цепь якоря. После пуска это сопротивление выводят, и машина продолжает работать в номинальном режиме на своей естественной характеристике.

Механическая и электромеханическая характеристики ДПТ ПВ одинаковы и имеют гиперболический вид (рисунок 2).

Двигатели постоянного тока последовательного возбуждения технические характеристики

Рисунок 2 – Механическая и электромеханическая характеристики ДПТ ПВ

Скорость вращения ротора двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением производится регулированием двух параметров:

— питающее напряжение;
— магнитный поток полюсов двигателя.

Для изменения скорости при помощи входного напряжения, в роторную цепь вводят специальное добавочное сопротивление, или же можно использовать пусковой реостат и для этой цели. Но следует заметить, данный способ является крайне неэкономичным и нецелесообразным, так как большое количество энергии будет рассеиваться на реостате.

Регулировка скорости изменением магнитного потока, осуществляется включением реостата параллельно обмотке возбуждения. Изменяя сопротивление – меняем ток, протекающий через обмотку возбуждения. Иногда обмотку возбуждения разбивают на несколько параллельных секций. В некоторых типах двигателей предусмотрена возможность отключения витков обмотки, так добиваются того же эффекта регулирования.

Тормозные режимы

В данном двигателе отсутствует режим генераторного торможения с отдачей энергии в сеть. На рисунке 2 вы можете видеть, что ветка гиперболы естественной характеристики не пересекает ось ординат (отрицательная скорость отсутствует).

  • Торможение противовключением получают путем переключения выводов якорной обмотки.
  • ДПТ ПВ нельзя соединять с механизмом при помощи ременной передачи, так как соскакивание или разрыв ремня приведет к разгрузке двигателя, что вызовет мгновенное повышение числа оборотов и последующему выходу из строя.
  • ДПТ ПВ нашли свое основное применение в качестве тяговых двигателей подвижного состава электровозов общего назначения, электровозов метрополитена и в трамваях.

Недостаточно прав для комментирования

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector