Двигатели постоянного тока
Диаграмма, поясняющая принцип действия двигателя постоянного тока, имеет вид
UFМкр
Iя
Под воздействием приложенного напряжения по обмоткам якоря и возбуждения протекают токи. Ток возбуждения создает магнитный поток. На проводники якоря с током в магнитном поле действует сила, заставляющая якорь вращаться.
Классификация двигателей по способу подключения обмотки возбуждения:
– двигатели независимого возбуждения (ДНВ);
– двигатели с параллельным возбуждением, шунтовые (рис. 3.46, а);
– двигатели с последовательным возбуждением, сериесные (рис. 3.46, б);
– двигатели со смешанным возбуждением, компаундные (рис. 3.46, в).
На рис. 3.46 представлены схемы включения двигателей, где Rо.в – сопротивления в цепи обмотки возбуждения; Rд – добавочное сопротивление в цепи якоря; ОВс и ОВш – сериесная и шунтовая обмотки возбуждения.
Рис. 3.46. Схемы включения шунтового (а),
сериесного (б) и компаундного (в) двигателей
| |
Противоэдс в двигателе. При направлении тока, указанном на рис. 3.47, якорь будет вращаться против часовой стрелки (правило левой руки).
Индуцируемая ЭДС будет направлена против тока (правило правой руки).
В двигателях ЭДС направлена против тока и поэтому называется противоэдс.
На основании второго закона Кирхгофа для якорной цепи имеем уравнение электрического равновесия для двигателя
,
из которого находим
.
Зависимость магнитного потока и момента от тока якоря в двигателе. У шунтового двигателя машины Ф = const, так как iв не зависит от Iя. У сериесного двигателя Ф создается током якоря.
а б
Рис. 3.48. Зависимость магнитного потока (а) и момента (б) от тока якоря
(1 – сериесный двигатель; 2 – компаундный; 3 – шунтовый)
У компаундного двигателя зависимость Ф = f(Iя)занимает промежуточное положение между зависимостью для сериесного и шунтового двигателей. При максимальный поток у сериесной машины.
У шунтовой машины , так как . У сериесной машины . Учитывая, что (начальный участок зависимости), получаем . Зависимость M = f(Iя) у компаундного двигателя занимает промежуточное положение между этой же зависимостью для сериесного и шунтового двигателей.
При перегрузке максимальный момент – у сериесного двигателя, поэтому он обладает большой перегрузочной способностью, так как при перегрузке развивает максимальный момент.
Механическая характеристика ДТП (рис. 3.49).Используя соотношения
получаем
– электромеханическая характеристика;
–механическая характеристика.
Рис. 3.49. Механические характеристики
двигателей: 1 – шунтовый; 2 – компаундный;
3 – сериесный
Особенностью сериесных двигателей является то, что при ток якоря и Ф тоже стремятся к нулю, а n стремится к бесконечности. Поэтому эти двигатели нельзя оставлять работать в холостую.
Пуск ДТП. Проблемы пуска:
1. Большой пусковой ток якоря Iя.п. Из уравнения электрического равновесия для якорной цепи имеем
.
Пусть при , тогда = = (10…30) Iя.н.
2. Тяжелые условия коммутации, связанные с большими пусковыми токами.
3. Большой пусковой момент, который приводит к ударной нагрузке на исполнительный механизм во время пуска.
Самый распространенный способ пуска – введение в цепь якоря добавочных сопротивлений Rд (реостатный пуск). За счет введения Rд уменьшается пусковой ток и пусковой момент. На рис. 3.50 изображены механические характеристики, иллюстрирующие процесс пуска (М1 и М2 – заданные пределы изменения момента при пуске; Мс – момент сопротивления механизма).
Рис. 3.50. Реостатный пуск
Способы регулирования скорости двигателей постоянного тока. Из выражения вытекают три способа регулирования скорости:
– за счет изменения питающего напряжения при постоянном магнитном потоке;
– введением в цепь якоря добавочных сопротивлений;
– изменением магнитного потока.
1. Регулирование скорости изменением питающего напряжения при постоянном магнитном потоке. Механические характеристики при регулировании скорости изменением питающего напряжения имеют вид
Анализируя М в этой системе уравнений, имеем
Метод позволяет регулировать скорость плавно и в широких пределах.
2. Регулирование скорости путем введения в цепь якоря добавочного сопротивления (рис. 3.52). Анализируя М, имеем
Метод позволяет плавно регулировать скорость в сторону ее уменьшения от исходной.
Недостаток метода – большие потери энергии в добавочном сопротивлении.
3. Регулирование скорости за счет уменьшения магнитного потока. На рабочем участке механических характеристик (рис. 3.53).
Метод позволяет плавно регулировать скорость в сторону ее увеличения.
Вывод: двигатели постоянного тока позволяют осуществлять плавную регулировку скорости в широких пределах, что является основным их достоинством по сравнению с асинхронными двигателями.
Общие сведения о режимах торможения:
1. Торможение противовключением: двигатель принудительно вращается в сторону, противоположную к Мвр.
2. Генераторное торможение: двигатель принудительно вращают со скоростью > n0.
3. Динамическое торможение: двигатель отключается от сети, якорь замыкается на сопротивление. Согласно принципу Ленца, в якоре индуцируется ток, вызывающий тормозной момент.
Для реверсирования двигателя необходимо изменить направление тока либо в обмотке возбуждения, либо в якоре. Одновременное изменение токов в обмотке возбуждения и в якоре не приводит к реверсу двигателя. Это позволяет создавать коллекторные двигатели, работающие как в цепях постоянного тока, так и в цепях переменного тока.
Общие сведения об универсальном коллекторном двигателе. Двигатель может работать как на постоянном, так и на переменном токе.
Особенности данного двигателя:
1. Двигатель делают с последовательной обмоткой возбуждения, чтобы не было сдвига фаз между Iя и Ф.
2. Так как двигатель работает в цепи переменного тока, то магнитный поток тоже переменный, и для уменьшения потерь на вихревые токи сердечники полюсов делают шихтованными.
Преимущество коллекторного двигателя по сравнению с асинхронным – возможность получения скорости более 3000 об/мин для стандартной частоты.
Недостатки – малый КПД и плохая коммутация.
Выбор двигателя
При выборе двигателя для конкретных технологических целей необходимо учитывать:
– род тока и напряжение;
– скорость вращения;
– конструктивное исполнение двигателя;
– мощность двигателя.
Выбор мощности двигателя
Мощность двигателя выбирают с учетом условий его нагрева.
Режимы работы двигателя по условиям нагрева:
1.Продолжительный режим (рис. 3.54) – режим, при котором двигатель нагревается до установившейся температуры. Различают продолжительный режим с постоянной и переменной нагрузкой.
Рис. 3.54. Нагрузочные диаграммы продолжительного
режима с постоянной (а) и переменной (б) нагрузкой
2. Повторно-кратковременный режим (рис. 3.55, а) – режим, при котором за время работы двигатель не успевает нагреться до установившейся температуры, а за время паузы не успевает остыть до температуры окружающей среды.
а б
Рис. 3.55. Нагрузочная диаграмма повторно-кратковременного (а)
и кратковременного (б) режима
Параметром, определяющим условия работы двигателя в этом режиме, является продолжительность включения (ПВ).
.
3. Кратковременный режим (рис. 3.55, б) – режим, при котором за время включения двигатель не успевает нагреться до установившейся температуры, а за время паузы успевает остыть до температуры окружающей среды.
Выбор мощности двигателя
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|