По способу создания магнитного потока различают электродвигатели с постоянными магнитами и электромагнитами. Электродвигатели с постоянными магнитами в силу относительно слабого магнитного потока изготовляют только небольшой мощности. Их используют в системах управления в качестве серводвигателей.
Для привода рабочих машин применяются двигатели с электромагнитами, которые по способу включения обмоток, называемых обмотками возбуждения, подразделяются на двигатели с независимым (рис. 2.1, а), параллельным (рис. 2.1, б), последовательным (рис. 2.1, в) и смешанным (рис. 2.1, г) возбуждением.
Различие между двигателями с независимым и параллельным возбуждением заключается в том, что у первого обмотка возбуждения LM1 и якорь М питаются от различных источников постоянного тока, а у второго LM2 и М — от одного. Напряжение возбуждения у двигателей с независимым возбуждением может быть равным напряжению приложенному к якорю, и отличным от него.
У крупных двигателей в большинстве случаев напряжение возбуждения меньше напряжения, приложенного к якорю.
У двигателя с последовательным возбуждением обмотка возбуждения LM3 включена последовательно с якорем М. Напряжение возбуждения меньше напряжения, приложенного к якорю.
Двигатели с параллельным и последовательным возбуждением можно рассматривать как частный случай двигателя со смешанным возбуждением, имеющего 2 обмотки возбуждения LM2 и LM3. В цепь якоря включают пусковой реостат R1, а в цепь возбуждения регулирующий—R2. Механической характеристикой электродвигателя называется зависимость частоты вращения от вращающего момента на его валу при неизменной схеме включения и постоянных параметрах питающей сети и элементов цепей якоря и возбуждения.
Характеристика называется естественной, если напряжение сети равно нормальному, а сопротивления реостатов R1 и R2 равны нулю (R1 = 0; R2 = 0), в противном случае характеристика называется искусственной.
Аналитическое выражение механической характеристики двигателя может быть получено из соотношений, приведенных в курсе общей электротехники:
Для этого определим ток якоря
и, подставив его в формулу для частоты вращения якоря, получим уравнение механической характеристики двигателя:
При вращающем моменте М = 0
т. е. получим частоту вращения идеального холостого хода nx.
У двигателей с независимым и параллельным возбуждением последовательная обмотка отсутствует (см. рис. 2.1, а и б),
поэтому магнитный поток, если пренебречь реакцией якоря не зависит от тока якоря и при изменении вращающего момента двигателя остается постоянным: Ф = const. Следовательно, для этих двигателей уравнение механической характеристики может быть записано так:
где b — угловой коэффициент характеристики;
Значение углового коэффициента b можно получить другим путем.
При вращающем моменте заторможенного двигателя М = Мп (М п — пусковой момент двигателя) частота вращения n = 0. Тогда 0 = nx — bМп и угловой коэффициент b = nx/Мп.
В этом случае механическая характеристика будет
Как видно из формул (2.1) и (2.2), механическая характеристика двигателей с независимым и параллельным возбуждением представляет собой прямую линию с угловым коэффициентом b (рис. 2.2, кривая 1), где b = tgβ.
У двигателя с последовательным возбуждением обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря, поэтому его магнитный поток является функцией тока якоря и механическая характеристика имеет вид гиперболы (кривая 2). При идеальном холостом ходе частота вращения неограниченно увеличивается. У реальных двигателей при номинальном режиме магнитная система близка к насыщению. Это вносит определенные искажения в форму механической характеристики, которая при перегрузках двигателя приближается к прямой линии,поскольку при насыщении магнитный поток становится практически постоянным и не зависит от момента. Механическая характеристика двигателя со смешанным возбуждением (кривая 3) занимает промежуточное положение между механическими характеристиками двигателей с параллельным и последовательным возбуждением. У него, как и у двигателей с параллельным и независимым возбуждением, частота вращения идеального холостого хода имеет определенное значение
где Ф1 — магнитный поток, создаваемый параллельной обмоткой возбуждения. Его механическая характеристика криволинейна вследствие изменения магнитного потока, вызванного влиянием последовательной обмотки возбуждения. Анализируя механические характеристики электродвигателей постоянного тока с различными способами включения обмоток возбуждения, можно прийти к выводу, что с изменением вращающего момента на валу электродвигателя его частота вращения изменяется незначительно у двигателя с параллельным возбуждением и в большей степени у двигателя с последовательным возбуждением. Мощность, развиваемая электродвигателем,
где w — угловая скорость двигателя. Следовательно, мощность, потребляемая из сети, у двигателя с последовательным возбуждением изменяется меньше. Поэтому механическую характеристику двигателя с параллельным возбуждением называют жесткой, а характеристику двигателя с последовательным возбуждением — мягкой.
Характеристика двигателя со смешанным возбуждением обладает меньшей жесткостью, чем характеристика двигателя с параллельным возбуждением, но большей, чем характеристика двигателя с последовательным возбуждением.
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
Электродвигатели постоянного тока. Свойства и механические характеристики
Электродвигатель постоянного тока состоит из неподвижной части
(индуктора) с электромагнитами, на полюсах которых расположена обмот-ка возбуждения, и вращающегося якоря, обмотка которого соединена с коллектором.
При подведении напряжения постоянного тока через коллек-тор к обмотке якоря одновременно подается напряжение и в обмотку возбуждения электромагнитов.
При этом в магнитной системе индуктора возникает магнитный поток, взаимодействие которого с магнитным полем якоря приводит к образованию вращающегося момента, вызывающего вращения якоря.
- В зависимости от принятой схемы питания обмоток возбуждения машины постоянного тока подразделяются:
- — на двигатели с последовательным возбуждением;
- — на двигатели с параллельным возбуждении
- — на двигатели со смешанным возбуждением.
- а — с последовательным возбуждением;
- б – с параллельным возбуждением;
- с – со смешанным возбуждением.
- ОВ – обмотка возбуждения; RП – реостат пусковой; RВ – реостат возбуждения.
- Рабочие параметры электродвигателей постоянного тока регулируются при помощи реостатов (RП и RВ) в цепи ротора и в цепи возбуждения ОВ. Подводимое к электродвигателю постоянного тока напряжение U урав-новешивается с индуцируемой в машине ЭДС Е и с падением напряжения в цепи якоря на его сопротивление R при прохождении тока I
Индуцируемая в якоре ЭДС
- Где С – коэффициент пропорциональности, зависящий от конструкции машины; Ф – магнитный поток, Вб; n – частота вращения якоря.
- Механическая мощность развиваемая машиной Р
- E∙I, Вт
- Вращающий момент (Н∙м)
- М=С∙Ф∙I
- Откуда
- I=
- И
Это уравнение является уравнением механической характеристики электродвигателя постоянного тока.
Механические характеристики электродвигателей постоянного тока с различным возбуждением имеют различную форму.
- Рис. Механические характеристики электродвигателей постоянного тока:
- 1 – с последовательным возбуждением;
- 2 – со смешанным возбуждением;
- 3 – с параллельным возбуждением
- Частота вращения якоря двигателя с последовательным возбуждением (кривая 1) резко изменяется с изменением нагрузки.
- Двигатель может преодолеть большой момент сопротивления при сильном снижении частоты вращения и наоборот, при резком снижении нагрузки частота вращения может возрасти до опасных пределов (воз-можность разноса).
- Механическая характеристика двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением (кривая 3) подобна характеристике асинх-ронного двигателя в области устойчивой работы: при изменении нагрузки частота вращения ротора меняется незначительно.
- Характеристика двигателя со смешанным возбуждением (кривая 2) имеет промежуточную форму между вышеуказанными харак-теристиками, приближаясь к той или иной в зависимости от соотношения ампер-витков обмоток.
- При пуске электродвигателя пусковые токи достигают высоких значений.
В период пуска n=0; E=0; I= U/R максимально (превышает номинальное значение в 8 – 15 раз). Для ограничения пусковых токов в цепь якоря вводят реостат RП, обеспечивающий превышение пускового тока над номинальным не более чем в 2 раза.
В период пуска реостат в цепи якоря должен быть введен, а в цепи возбуждения реостат RП – выведен, при последовательном возбуждении – введен. При этих условиях пусковой ток имеет минимальное значение.
По мере разгона пусковой реостат выводится из цепи.
- Частоту вращения электродвигателей постоянного тока можно регулировать тремя способами:
- — изменением сопротивления в цепи якоря R;
- — изменением магнитного потока;
- — изменением величины подводимого напряжения.
Введение в цепь якоря сопротивления снижает его частоту вращения. При этом наклон кривых (механических характеристик двигателя) с ростом сопротивления увеличиваются и все они проходят ниже естественной характеристики. Но при таком способе проиходит значительная потеря энергии в реостате, значительное смягчение характеристик и необходимость иметь громоздкий реостат.
Частоту вращения можно регулировать с помощью специальных устройств, позволяющих изменять напряжение в якоре в необходимых пределах. К таким устройствам относятся система генератор – двигатель (Г –Д) или управляемые выпрямители, выполняемые на базе различных элементов.
Электрическое торможение двигателей постоянного тока произ-водится теми же способами, что торможение синхронных двигателей, т.е . возвратом энергии в сеть, электродинамическим способом и противо-током.
Реверсирование двигателей достигается изменением полярности питающих проводов на клеммах обмотки якоря или обмотки воз-буждения.
Преимущества двигателей постоянного тока. Возможность плавного регулирования частоты вращения в широком диапазоне.
Недостатки двигателей постоянного тока. Необходимость иметь преобразовательные устройства, более сложная конструкция по сравнению с асинхронным двигателем, меньшая надежность в работе и меньший К.П.Д.
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
Электродвигатели постоянного тока. устройство и работа. виды
Двигатель постоянного тока нашел широкое применение в различных областях деятельности человека. Начиная от использования тягового привода, применяемого в трамваях и троллейбусах, заканчивая приводом прокатных станов и подъемных механизмов, где требуется поддержание высокой точности скорости вращения. Основные положительные особенности, которые отличают ДПТ от асинхронного двигателя:
| — гибкие пусковые и регулировочные характеристики; |
| — двухзонное регулирование, которое позволяет достигать скорости вращения более 3000 об/мин. |
Отрицательные черты:
| — сложность в изготовлении и высокая стоимость; |
| — в процессе работы необходимо постоянное обслуживание, так как коллектор и токосъемные щетки имеют небольшой ресурс работы. |
Двигатель постоянного тока применяют только тогда, когда применение двигателя переменного тока невозможно или крайне нецелесообразно. В среднем, на каждые 70 двигателей переменного тока приходится всего лишь 1 ДПТ.
Конструкция ДПТ
Двигатель постоянного тока состоит из:
| — индуктора (статора); |
| — якоря (ротора); |
| — коллектора; |
| — токосъемных щеток; |
| — конструктивных элементов. |
Якорь и индуктор разделены между собой воздушным зазором. Индуктор представляет из себя станину, которая служит для того, чтобы закрепить основные и добавочные полюса магнитной системы двигателя. На основных полюсах располагаются обмотки возбуждения, а на добавочных – специальные обмотки, которые способствуют улучшению коммутации.
Коллектор подводит постоянный ток к рабочей обмотке, которая уложена в пазы ротора. Коллектор имеет вид цилиндра и состоит из пластин, изолированных друг от друга, он насажен на вал двигателя. Щетки служат для съема тока с коллектора, они крепятся в щеткодержателях для обеспечения правильного положения и надежного нажатия на поверхность коллектора.
- Рисунок 1 – Конструкция двигателя постоянного тока
- Двигатели постоянного тока классифицируют по магнитной системе статора:
- 1) ДПТ с постоянными магнитами;
- 2) ДПТ с электромагнитами:
| — ДПТ с независимым возбуждением; |
| — ДПТ с последовательным возбуждением; |
| — ДПТ с параллельным возбуждением; |
| — ДПТ со смешанным возбуждением. |
Рисунок 2 – Схемы подключения двигателя постоянного тока
Схема подключения обмоток статора существенно влияет на электрические и тяговые характеристики привода.
Пуск двигателя постоянного тока
Пуск двигателя постоянного тока производят с помощью пусковых реостатов, которые представляют собой активные сопротивления, подключенные к цепи якоря. Выполняют реостатный пуск по двум причинам:
| — при необходимости плавного разгона электродвигателя; |
| — в начальный момент времени, пусковой ток Iп = U / Rя очень большой, что вызывает перегрев обмотки якоря (которая имеет малое сопротивление). |
- Только ДПТ мощностью до 1 кВт допускают к старту без пусковых реостатов, так называемый «прямой пуск».
- Рисунок 3 – Реостатный пуск двигателя с 3 ступенями
- В начале запуска к цепи ротора подключаются все сопротивления, и по мере увеличения скорости они ступенчато выводятся.
Регулирование скорости вращения
Частота вращения двигателя постоянного тока выражается формулой:
Это выражение так же называется электромеханической характеристикой ДПТ, в которой:
| U – питающее напряжение; |
| Iя – ток в якорной обмотке; |
| Rя – сопротивление якорной цепи; |
| k – конструктивный коэффициент двигателя; |
| Ф – магнитный поток двигателя. |
- Формула момента двигателя:
- Подставив в формулу электромеханической характеристики,получим:
- Таким образом, исходя из приведенных формул, сделаем вывод, что скорость вращения ДПТ можно регулировать, изменяя сопротивление якоря, питающее напряжение и магнитный поток.
Режимы работы эл. двигателей
Используя уже известный нам график для характеристик, но расширив его на четыре квадранта, можно оценить существующие режимы работы оборудования.
Нумерация квадрантов происходит против часовой стрелки, начиная с правого верхнего, в котором координаты по обеим осям идут со знаком «+». Как видно из графика, в первом и третьем квадрантах наблюдается двигательный режим, для которого мощность Р = М·ω >, 0. В двух других квадрантах реализуется режим генератора или тормозной, имеющий отрицательное значение мощности.
Как видим, график образует несколько характерных точек и зон, ответственных за отдельные режимы:
- Холостой ход. Образуется в точке ωо. В этом случае ток и момент равны нулю, а сам эл. двигатель не получает энергии,
- Генератор при параллельном подключении. Называется еще тормозным с рекуперацией в сеть. Реализуется при ω >, ωо и E >, U. Эл. двигатель получает механическую энергию от работающего оборудования, а в сеть взамен отдается электрическая (генератор тока),
- Короткое замыкание. В этом случае ω = 0 и Е = 0. Механическая энергия от вращения вала не отдается, а электрическая превращается в тепловую,
- Генератор при последовательном соединении. Этот режим еще называется торможением с противовключением. При этом ω
Электродвигатели постоянного тока и их характеристики
В зависимости от способа соединения обмотки якоря и обмотки возбуждения различают двигатели параллельного, последовательного и смешанного возбуждения.
Двигатель параллельного возбуждения. До включения рубильника Р (рис. 157) необходимо поставить сопротивление пускового реостата R2 на максимум и сопротивление регулировочного реостата R1 на нуль. После включения в сеть якорь двигателя начнет вращаться, и по мере увеличения частоты вращения сопротивление пускового реостата постепенно уменьшают.
Рабочие характеристики двигателя (рис. 158, а) выражают зависимость частоты вращения п, вращающего момента М, тока 1 ,и к. п. д. 1] от развиваемой двигателем полезной мощности Р2 при неизменном напряжении сети. Частота вращения якоря двигателя п = (U — — /ягя)/(СФ).
При постоянном напряжении U ток возбуждения двигателя не меняется, но магнитный поток с увеличением нагрузки немного уменьшается из-за реакции якоря. С другой стороны, с увеличением нагрузки возрастает ток /я и внутреннее падение напряжения Un — = 1„гя.
Уменьшение магнитного потока увеличивает частоту вращения якоря, а увеличение падения напряжения в обмотке якоря уменьшает ее.
У двигателя параллельного возбуждения преобладает последняя причина, поэтому частота его вращения с увеличением нагрузки от нуля до номинальной уменьшается на 5-10%-Полезная мощность, развиваемая двигателем, Р2=М2пп/60, тогда вращающий момент М=30Р21 (пп).
При постоянной частоте вращения двигателя п вращающий момент М был бы прямо пропорционален мощности Р2 и зависимость M-f(P2) имела бы вид прямой, проходящей через начало координат.
В действительности частота вращения двигателя с увеличе нием нагрузки немного снижается и машина имеет момент холостого хода М0. Следовательно, кривая M-f(P2) отклоняется от прямой вверх и начинается с ординаты М0.
Увеличение тока практически пропорционально полезной мощности двигателя Р2. С увеличением нагрузки к.п.д. двигателя быстро растет и достигает предельного значения 0,8-0,9 при нагрузке, близкой к PJ2, оставаясь в дальнейшем почти постоянным.
Чтобы с увеличением нагрузки частота вращения двигателя была постоянной, следует уменьшить магнитный поток двигателя, уменьшая ток возбуждения регулировочным реостатом.
Регулировочная характеристика выражает зависимость тока возбуждения /в от тока якоря /я (рис. 158, б) при постоянном напряжении U и частоте вращения п, т. е. /в = 1 (/„) при U = const и п — — const. Эта характеристика показывает, как следует регулировать ток возбуждения, чтобы при различных нагрузках частота вращения двигателя оставалась неизменной.
Электродвигатели параллельного возбуждения применяют в тех случаях, когда при переменной нагрузке требуется, чтобы частота вращения оставалась постоянной и была возможность ее плавной регулировки.
Электродвигатель параллельного возбуждения типа СЛ-571К применяют в автоматических шлагбаумах, ограждающих железнодорожные переезды со стороны автомобильных дорог.
Такой двигатель имеет номинальную мощность 95 Вт при напряжении 24 В и токе 7 А, частота вращения якоря двигателя 2200 об/мин.
Двигатель последовательного возбуждения (рис. J59). Обмотка возбуждения ОБ, обмотка якоря Я и пусковой реостат R соединены последовательно.
Запуск двигателя последовательного возбуждения следует осуществлять с нагрузкой, которая должна быть не менее 20-25% номинальной вследствие того, что ток возбуждения /в равен току якоря При холостом ходе или малых нагрузках потребляемый ток небольшой, следовательно, незначителен и магнитный по ток Ф, а частота вращения двигателя п = U — 1„ (г„ + %)/(СФ) достигает опасного значения. Во избежание разноса при внезапной разгрузке для этих двигателей применяют зубчатую передачу или непосредственное соединение вала двигателя с рабочим механизмом.
Рабочие характеристики двигателя последовательного возбуждения (рис. 159, б) имеют две особенности при увеличении нагрузки: резко снижается частота вращения п — U — /я(гя + г„)/(СФ); и резко увеличивается вращающий момент М = Сы1„Ф = См/яСм1 /п — — СЫ,Ц, где См1 — коэффициент пропорциональности магнитного потока и тока до насыщения стали, а постоянный коэффициент См2 —
1 СМСМ1.
Свойства двигателей последовательного возбуждения развивать большие вращающие моменты, приблизительно пропорциональные квадрату тока при малых частотах вращения якоря и, наоборот, малые вращающие моменты при больших частотах вращения обусловливают их применение в подъемных механизмах, электровозах и тепловозах. Частоту вращения двигателя последовательного возбуждения обычно регулируют реостатом, включенным параллельно обмотке возбуждения.
Двигатели последовательного возбуждения типа МСП устанавливают в стрелочных электроприводах, предназначенных для дистанционного управления стрелками при электрической, диспетчерской и горочной централизации. Электрические характеристики этих двигателей приведены в табл. 10.
Электродвигатели типа МСП — двигатели закрытого типа, двухполюсные реверсивные, работают в повторно-кратковременном режиме. Для реверсирования имеют две обмотки возбуждения OBI и ОВ2 (рис. 160).
При включении первой обмотки якорь двигателя вращается в прямом направлении, а при включении второй обмотки — в обратном. Электродвигатели типа МСП-0,1 устанавливают в электроприводах, предназначенных для перевода стрелок легких типов.
В новых разработках эти двигатели не применяют. Электродвигатели типов
| Тип электродвигателя |
Номинальная мощность. кВт |
Номинальное напряжение, В |
Потребляемый ток не более, А | Номинальная частота вращения. об/мин | к. И Д. нс меиее |
| 30 | 10 | 1300 | 0,4 | ||
| МСП-0,1 | 0.1 | 100 | 2,5 | 1500 | 0,6 |
| 160 | 1.8 | 1500 | 0,6 | ||
| 30 | 7,7 | 850+10% | 0,58 | ||
| МСП-0,15 | 0.15 | 110 | 2,2 | 850+10% | 0,55 |
| 160 | 1,5 | 850+10% | 0,56 | ||
| 30 | 12,5 | 1460+10% | 0,67 | ||
| МСП-0,25 | 0,25 | 100 | 3,3 | 1700+10% | 0,76 |
| 160 | 2,5 | 1700+10% | 0,7 |
МСП-0,15 и МСП-0,25 предназначены для электроприводов тяжелых типов и на сортировочных горках.
Двигатель смешанного возбуждения (рис. 161). Он имеет две обмотки возбуждения: параллельную ОВШ и последовательную ОВС. Обмотки возбуждения, расположенные на одних полюсах, имеют токи одного или разных направлений.
- В первом варианте машин такого типа магнитный поток полюсов ф = фовс +фовш. а частота вращения п = •
- Машины такого типа обладают свойствами двигателей последовательного возбуждения, но благодаря постоянному магнитному потоку параллельной обмотки возбуждения они не подвергаются опасности разноса при малых нагрузках и холостом ходе, когда незначителен магнитный поток Фовс.
- Во втором варианте обмотки соединены встречно и поток полюсов Ф = Фовш — Фовс, а частота вращения п =^77^ (Гя+Говг) .
- Двигатели такого типа обладают постоянной частотой вращения, так как при увеличении нагрузки усиливающийся магнитный поток вспомогательной последовательной обмотки немного размагничивает машину и компенсирует действие внутреннего падения напряжения
Iя (% Две)-
Потери, и коэффициент полезного действия машин постоянного тока. Энергия, подводимая к электрической машине, не полностью превращается в полезную: часть энергии теряется в самой машине, превращаясь в тепло. Чем больше энергии теряется в машине, тем больше нагрев отдельных ее частей и ниже коэффициент полезного действия.
- Различают следующие виды потерь.
- Потери в меди Рм возникают в результате прохождения тока по обмоткам машины. Мощность потерь в меди определяют по закону Джоуля — Ленца:
- Рм = 2/2г, где 1 — ток, проходящий по обмотке машины;
- г — сопротивление обмотки.
Для снижения этих потерь уменьшают сопротивление тех обмоток машины, по которым проходит ток большого значения, к которым относятся обмотка якоря, последовательная обмотка возбуждения, обмотка дополнительных полюсов. Для уменьшения тока, потребляемого параллельной обмоткой возбуждения, ее сопротивление увеличивают (выполняют проводом с малым поперечным сечением с большим числом витков).
Потери в стали Рст возникают в результате перемагничивания якоря машины (потери на гистерезис) и появления в нем вихревых токов. Для уменьшения этих потерь якорь набирают из тонких листов мягкой стали.
Потери на трение Ртр складываются из потерь от трения в подшипниках, трения щеток о коллектор и трения вращающихся частей о воздух. В современных машинах применяют шариковые или роликовые подшипники, в которых потери на трение составляют не более 10% потерь в подшипниках скольжения.
Коэффициент полезного действия представляет собой отношение полезной МОЩНОСТИ Р-2 к ПОДВОДИМОЙ Ру, Т. е. Т) Рг Ру ИЛИ Т] =
(Р2 Ру)(Ю%. Полезная мощность генератора Рг VI, где и — напряжение на зажимах генератора; 1 — ток, отдаваемый им в сеть.
Следовательно, его к. п. д. р (Я2/Р1)100% = [Ра
;’(Р2 % Ры -р -+ Рст — Ртр)1100%.
Электрическая мощность двигателя Ру — VI, где V — подводимое напряжение; 1 — ток, потребляемый двигателем.
В этом случае ц — (Р, Р,)100% — [(Р, — Рм — Рст — Ртр).' Р,1 100%.
На рис. 159, 6 представлены кривые зависимости к. п. д. машин постоянного тока от нагрузки. Максимум к. п. д. (75 -90%) соответствует нагрузке, равной 75—100% номинальной мощности машины. К. п. д. стрелочных электродвигателей 65-75%.
⇐Общие сведения о двигателях постоянного тока | Электропитающие устройства и линейные сооружения автоматики, телемеханики и связи железнодорожного транспорта | Однофазный и трехфазный трансформаторы⇒
Загрузка...
