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:
- Двух обмоток с сердечниками, соединенных последовательно. Данная конструкция расположена на валу и образует узел, называемый ротором или якорем.
- Двух постоянных магнитов, повёрнутых разными полюсами к обмоткам. Они выполняют задачу неподвижного статора.
- Коллектора – двух полукруглых, изолированных пластин, расположенных на валу ДПТ.
- Двух неподвижных контактных элементов (щёток), предназначенных для передачи электротока через коллектор до обмоток возбуждения.
Рисунок 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.
Рисунок 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.
Рисунок 3. Ротор с тремя обмотками
Рисунок 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.
Рисунок 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.
Рис. 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.
Примеры 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.
Пример 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 независимого возбуждения (ДПТ НВ)
Двигатель постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) В этом двигателе (рисунок 1) обмотка возбуждения подключена к отдельному источнику питания. В цепь обмотки возбуждения включен регулировочный реостат rрег, а в цепь якоря — добавочный (пусковой) реостат Rп. Характерная особенность ДПТ НВ — его ток возбуждения Iв не зависит от тока якоря Iя так как питание обмотки возбуждения независимое.
Схема двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)
Рисунок 1
Механическая характеристика двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ)
Уравнение механической характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения имеет вид
где: n0— частота вращения вала двигателя при холостом ходе. Δn — изменение частоты вращения двигателя под действием механической нагрузки.
Из этого уравнения следует, что механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) прямолинейны и пересекают ось ординат в точке холостого хода n0 (рис 13.
13 а), при этом изменение частоты вращения двигателя Δn, обусловленное изменением его механической нагрузки, пропорционально сопротивлению цепи якоря Rа =∑R + Rдоб.
Поэтому при наименьшем сопротивлении цепи якоря Rа = ∑R, когда Rдоб = 0, соответствует наименьший перепад частоты вращения Δn. При этом механическая характеристика становится жесткой (график 1).
Механические характеристики двигателя, полученные при номинальных значениях напряжения на обмотках якоря и возбуждения и при отсутствии добавочных сопротивлений в цепи якоря, называют естественными рисунок 13.13, а (график 1 Rдоб = 0).
Если же хотя бы один из перечисленных параметров двигателя изменен (напряжение на обмотках якоря или возбуждения отличаются от номинальных значений, или же изменено сопротивление в цепи якоря введением Rдоб), то механические характеристики называют искусственными.
Искусственные механические характеристики, полученные введением в цепь якоря добавочного сопротивления Rдоб, называют также реостатными (графики 2 и 3).
При оценке регулировочных свойств двигателей постоянного тока наибольшее значение имеют механические характеристики n = f(M).
При неизменном моменте нагрузки на валу двигателя с увеличением сопротивления резистора Rдоб частота вращения уменьшается.
Сопротивления резистора Rдоб для получения искусственной механической характеристики, соответствующей требуемой частоте вращения n при заданной нагрузке (обычно номинальной) для двигателей независимого возбуждения:
где U — напряжение питания цепи якоря двигателя, В; Iя — ток якоря, соответствующий заданной нагрузке двигателя, А; n — требуемая частота вращения, об/мин; n0 — частота вращения холостого хода, об/мин.
Частота вращения холостого хода n0 представляет собой пограничную частоту вращения, при превышении которой двигатель переходит в генераторный режим.
Эта частота вращения превышает номинальную nном на столько, на сколько номинальное напряжение Uном подводимое к цепи якоря, превышает ЭДС якоря Ея ном при номинальной нагрузки двигателя.
- откуда:
На форму механических характеристик двигателя влияет величина основного магнитного потока возбуждения Ф. При уменьшении Ф (при возрастании сопротивления резистора rpeг) увеличивается частота вращения холостого хода двигателя n0 и перепад частоты вращения Δn.
Это приводит к значительному изменению жесткости механической характеристики двигателя (рис. 13.13, б). Если же изменять напряжение на обмотке якоря U (при неизменных Rдоб и Rрег), то меняется n0, a Δn остается неизменным [см. (13.10)].
В итоге механические характеристики смещаются вдоль оси ординат, оставаясь параллельными друг другу (рис. 13.13, в). Это создает наиболее благоприятные условия при регулировании частоты вращения двигателей путем изменения напряжения U, подводимого к цепи якоря.
Такой метод регулирования частоты вращения получил наибольшее распространение еще и благодаря разработке и широкому применению регулируемых тиристорных преобразователей напряжения.
Используемая литература: — Кацман М.М. Справочник по электрическим машинам
Электродвигатель постоянного тока
Постоянная ЭДС
Направление ЭДС определяется по правилу правой руки. Направление наводимой ЭДС противоположно направлению протекающего в проводнике тока.
Наведенная ЭДС последовательно изменяется по направлению из-за перемещения проводников в магнитном поле. Суммарная ЭДС, равная сумме ЭДС в каждой катушке, прикладывается к внешним выводам двигателя.
Это и есть противо-ЭДС. Направление противо-ЭДС противоположно приложенному к двигателю напряжению.
Значение противо-ЭДС пропорционально частоте вращения и определяется из следующего выражения: [1]
- где — электродвижущая сила, В,
- – постоянная ЭДС, В∙с/рад,
- — угловая частота, рад/с
Постоянные момента и ЭДС в точности равны между собой KT = KE. Постоянные KT и KE равны друг другу, если они определены в единой системе едениц.
Постоянная электродвигателя
Одним из основных параметров электродвигателя постоянного тока является постоянная электродвигателя Kм. Постоянная электродвигателя определяет способность электродвигателя преобразовывать электрическую энергию в механическую.
- где — постоянная электродвигателя, Нм/√Вт,
- R — сопротивление обмоток, Ом,
- – максимальный момент, Нм,
- — мощность потребляемая при максимальном моменте, Вт
Справка: Постоянная электродвигателя вместе с размерами электродвигателя являются основными параметрами для инженера при выборе электродвигателя с лучшим соотношением мощность / объем.
Постоянная электродвигателя не зависит от соединения обмоток, при условии, что используется один и тот же материал проводника. Например, обмотка двигателя с 6 ветками и 2 параллельными проводами вместо 12 одиночных проводов удвоят постоянную ЭДС, при этом постоянная электродвигателя останется не изменой.
Жесткость механической характеристики двигателя
- где — жесткость механической характеристики электродвигателя постоянного тока
Напряжение электродвигателя
- Уравнение баланса напряжений на зажимах двигателя постоянного тока имеет вид (в случае коллекторного двигателя не учитывается падение напряжения в щеточно-коллекторном узле):
- ,
- Уравнение напряжения выраженное через момент двигателя будет выглядеть следующим образом:
Соотношение между моментом и частотой вращения при двух различных напряжениях питания двигателя постоянного тока неизменно. При увеличении частоты вращения момент линейно уменьшается. Наклон этой функции KTKE/R постоянный и не зависит от значения напряжения питания и частоты вращения двигателя.
Благодаря таким характеристикам упрощается управление частотой вращения и углом поворота двигателей постоянного тока. Это характерно для коллекторных и вентильных двигателей постоянного тока, что нельзя сказать о двигателях переменного тока и шаговых двигателях [1].
Мощность электродвигателя постоянного тока
Упрощенная модель электродвигателя выглядит следующим образом:
- где I – сила тока, А
- U — напряжение, В,
- M — момент электродвигателя, Н∙м
- R — сопротивление токопроводящих элементов, Ом,
- L — индуктивность, Гн,
- Pэл — электрическая мощность (подведенная), Вт
- Pмех — механическая мощность (полезная), Вт
- Pтеп — тепловые потери, Вт
- Pинд — мощность затрачиваемая на заряд катушки индуктивности, Вт
- Pтр — потери на трение, Вт
Механическая постоянная времени
Механическая постоянная времени — это время, отсчитываемое с момента подачи постоянного напряжения на электродвигатель, за которое частота вращения ненагруженного электродвигателя достигает уровня в 63,21% (1-1/e) от своего конечного значения.
,
- где — механическая постоянная времени, с
Смотрите также
Рабочие характеристики двигателей постоянного тока
Рабочие характеристики двигателей постоянного тока предназначены для определения характера прохождения энергии в электромеханическом преобразователе.
К рабочим характеристикам относятся характеристики: ω(P2), Iа(P2), P1(P2), M(P2), η(P2). P2 – полезная мощность. P1 – подводимая мощность.
Зависимость M(P2) называется моментной характеристикой.
Чтобы было более наглядно видно прохождение энергии через двигатель постоянного тока, постоим энергетическую диаграмму. Энергетическая диаграмма строится в масштабе.
- Как только по обмотке якоря начинает протекать ток, в обмотке якоря возникают электрические потери.
- P1 = U · Iа Pэл = Iа2 · rа
- Полезная мощность P1 через воздушный зазор передается на вал двигателя и называется электромеханической мощностью.
Электромеханическая мощность может быть как электрическая, так и механическая, но эта мощность будет еще не полезная мощность. Часть электромеханической мощности преобразуется в магнитные потери, механически потери и добавочные потери.
- Pэм = Eа · Iа = M · ω0
- Энергетическая диаграмма двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением.
- Pв — потери на возбуждение.
Pэл. а — электрические потери в цепи якоря.
Pмг — магнитные потери, состоящие из потерей на гистерезис и вихревые токи в магнитопроводе машины.
Pмх – механические потери на трение в подшипниках, трении щеток о коллектор, коллектора и якоря о воздух, трение вентилятора о воздух. Механические потери зависят от конструкции машины и для каждого конкретного двигателя будут величиной постоянной.
- Pд – добавочные потери, их называют технологическими потерями, так как они связаны с качеством выполнения машины. Добавочные потери учесть трудно, их берут: Pд=0,001·Pн
- P1 – первичная электрическая мощность, потребляемая из питающей сети.
- P2 – механическая мощность.
P2=M·ω P2 = P1 — Pв – Pэл. а – Pм2 – Pмх – Pд ΣP = Pв – Pэл. а – Pм2 – Pмх – Pд η = P2 / P1 = (P1 – ΣP) / P1 = 1 – (ΣP / P1)
Рабочие характеристики двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением Pн=10 кВт, Uн=220 В, nн=950 об/мин.
Характеристика ω(P2) будет отличаться для двигателя с независимым и параллельным возбуждениями. Все остальные характеристики будут иметь одинаковый вид для независимого и параллельного возбуждений.
Все рабочие характеристики строятся для интервала полезных мощностей от 0 до 1,25 Pн.
Как видно из кривой КПД, КПД сначала возрастает, затем в районе номинальной мощности достигает максимума и снижается при увеличении полезной мощности. КПД достигает максимума, когда электрические потери равны магнитным потерям.
Электрические потери называются переменными потерями. Магнитные потери называются постоянными потерями. На отрезке кривой КПД от 0 до Pн преобладают магнитные потери, далее начинают преобладать электрические потери.
Закладка Постоянная ссылка.
Рабочие характеристики двигателей постоянного тока
Эксплутационные свойства двигателей определяются его рабочими характеристиками, наибольший интерес из которых представляют зависимости частоты вращения п и вращающего момента М от полезной мощности на валу двигателя, т. с. п,М = /(Р2).
Рассмотрим п = /(Р2) для различных двигателей. Частота вращения якоря равна
На рис. 4.20, а представлена зависимость /? = /(Р2) для двигателя параллельного возбуждения (/).
Падающий характер обусловлен преобладанием падения напряжения в цепи обмотки якоря над размагничивающим действием реакции якоря, иначе зависимость п = /(Р2) будет иметь возрастающий характер (2), что недопустимо с точки зрения устойчивой работы двигателя.
Поэтому для обеспечения падающего характера применяют легкую последовательную обмотку, называемую стабилизирующей. Эта обмотка включается таким образом, чтобы компенсировать размагничивающее действие реакции якоря.
Рис. 4.20
Для двигателя последовательного возбуждения магнитный поток зависит от тока нагрузки, т. к. /в =/й. С учетом этого частота вращения якоря будет равна
где С'Е=к СЕ; к — коэффициент пропорциональности. Анализ зависимости п = f(P2) для двигателя последовательного возбуждения (3) показывает, что при малых нагрузках (менее 20 % от номинальной) резко увеличивается частота вращения п и может достигнуть опасных значений. Поэтому работа двигателей в режиме холостого хода недопустима.
Для двигателя смешанного возбуждения зависимость n = f[P2) определяется соотношением МДС параллельной и последовательной обмоток.
При сильной параллельной обмотке возбуждения зависимость (4) будет ближе к характеристике (У), при сильной последовательной обмотке возбуждения — ближе к характеристике (5).
В общем случае зависимость (4) располагается между характеристиками (У) и (3).
Анализ зависимости М = f(P2) для различных двигателей. Для этого используем выражение для момента М = См • • 1а.
На рис. 4.20, б представлена зависимость М = f(P2) для двигателя параллельного возбуждения (У). При п — const, М — f(P2) была бы линейной. Однако с увеличением нагрузки частота вращения двигателя снижается, и поэтому зависимость М = f{P2) — нелинейная, где Л/п —
момент холостого хода. Для двигателя последовательного возбуждения значение электромагнитного момента можно определить по формуле
На рис. 4.20, б приведена зависимость M=f(P2) для двигателя последовательного возбуждения (2). При больших нагрузках двигателя наступает насыщение магнитной системы, магнитный поток практически не меняется и характеристика М = J(P2) становится линейной.
Для двигателя смешанного возбуждения (5) зависимость будет располагаться между (У) и (2).
Рабочие характеристики
Рабочие
характеристики ДПТ параллельного
возбуждения малой мощности приведены
на рис. 5.8.
Рабочие
характеристики двигателя представляют
собой зависимости скорости вращения
n,
потребляемого тока I
и мощности P1,
момента на валу двигателя M,
коэффициента полезного действия η от
полезной мощности P2
при неизменном значении напряжения
питания Uн
= const,
тока обмотки возбуждения Iвн=const
и отсутствии добавочного сопротивления
в якорной цепи Rд
я = 0. Они
дают возможность судить об эксплуатационных
свойствах двигателей и определять
наиболее экономичные их режимы работы
в условиях производства.
Механическая характеристика двигателя постоянного тока
-
Механическими
характеристиками двигателя называются
зависимости установившейся частоты
вращения от момента на валу двигателя
– n=f1(M)
или ω=f2(M). -
Характеристики
называют естественными, если они получены
при номинальных условиях питания (при
номинальном напряжении), номинальном
возбуждении и отсутствии добавочных
сопротивлений в цепи якоря. -
Характеристики
двигателя называются искусственными
при изменении любого из перечисленных
выше факторов.
Ея
= СЕnФ,
Механическая
характеристика двигателя постоянного
тока с независимым и параллельным
возбуждением имеет вид:
-
где
Rяц
= Rя
+ Rдоб – полное сопротивление цепи якоря, Ом; -
RЯ
– сопротивление обмотки якоря, Ом; -
Rдоб – добавочное
сопротивление в цепи якоря, Ом. -
Анализируя
выражение для построения механической
характеристики, видим, что математически
это уравнения прямой линии, пересекающей
ось скоростей в точке n0,
где -
n0
= U/(·Ф) – скорость холостого хода. -
где
Pн
– номинальная мощность двигателя, Вт; -
ωн
– номинальная частота вращения, рад/сек.
Естественная
механическая характеристика показана
на рис. 5.9.
-
Для
построения естественной механической
характеристики (ЕМХ) необходимо найти
две точки. -
Одна
из них определяется из паспортных данных
двигателя для номинальных значений nн
и Мн: -
Мн
= Pн/ωн
, ωн
= π·nн/30
= 0,105·nн, - где
Pн
– номинальная мощность двигателя, Вт; - ωн
– номинальная частота вращения, рад/сек
. -
Вторая
точка соответствует идеальному холостому
ходу, когда I = 0 и М=0. -
Скорость
холостого хода можно найти из следующего
уравнения при подстановке паспортных
данных двигателя:
Регулирование скорости вращения дпт
Существует
три основных способа регулирования
частоты вращения машин постоянного
тока: реостатное регулирование,
регулирование изменением магнитного
потока, регулирование изменением
напряжения сети.
Реостатное
регулирование
частоты вращения осуществляется путем
введения в цепь якоря дополнительных
активных сопротивлений – резисторов,
т.е. Rяц
= (Rя
+ Rдоб)
= var при U = Uн,
Ф = Фн.
Как видно из уравнения механической
характеристики
при
изменении величины добавочного
сопротивления Rдоб
в цепи якоря скорость идеального
холостого хода n0
остается постоянной изменяется лишь
жесткость характеристики.
Регулирование
частоты вращения при
изменении магнитного потока
осуществляется преимущественно за счет
ослабления магнитного потока Ф возбуждения
двигателя, т.е. за счет уменьшения тока
возбуждения iв.
При
уменьшении магнитного потока обычно
соблюдаются условия: U = Uн;
Rдя=
0. В этом случае для скорости идеального
холостого хода имеем
, тогда ,
Искусственные
механические характеристики при
уменьшении магнитного потока представлены
на рис. 5.11.
Для
регулирования частоты вращения двигателя
постоянного токанезависимого
возбуждения изменением
питающего напряжения
необходимы регулируемые источники
напряжения.
Из
уравнения механической характеристики
видно, что с регулированием напряжения
связано изменение скорости идеального
холостого хода n0
= Uн/(·Фн)
при сохранении жесткости характеристик.
Это позволяет существенно расширить
диапазон регулирования.
Регулирование
частоты вращения идет, как правило, вниз
от основной характеристики.Искусственные
характеристики при изменении
(уменьшении) напряжения
будут иметь вид прямых. Механические
характеристики двигателя постоянного
тока независимого возбуждения при
изменении напряжения питания показаны
на рис. 5. 12.
Загрузка...
