Материалы сайта
Это интересно
Двигатели постоянного тока
1. Двигатели постоянного тока Двигатели постоянного тока используются в прецизионных приводах, требующих плавного регулирования частоты вращения в широком диапазоне. Свойства двигателя постоянного тока, так же как и генераторов, определяются способом возбуждения и схемой включения обмоток возбуждения. По способу возбуждения можно разделить двигатели постоянного тока на двигатели с электромагнитным и магнитоэлектрическим возбуждением. Двигатели с электромагнитным возбуждением подразделяются на двигатели с параллельным, последовательным, смешанным и независимым возбуждением. Электрические машины постоянного тока обратимы, то есть, возможна их работа в качестве двигателей или генераторов. Например, если в системе управления с использованием генератора в обратной связи отсоединить генератор от первичного двигателя и подвести напряжение к обмоткам якоря и возбуждения, то якорь начнет вращаться и машина будет работать как двигатель постоянного тока, преобразуя электрическую энергию в механическую. Двигатели независимого возбуждения наиболее полно удовлетворяют основным требованиям к исполнительным двигателям самоторможение двигателя при снятии сигнала управления, широкий диапазон регулирования частоты вращения, линейность механических и регулировочных характеристик, устойчивость работы во всем диапазоне вращения, малая мощность управления, высокое быстродействие, малые габариты и масса. Однако двигатели постоянного тока имеют существенные недостатки, накладывающие ограничение на область их применения малый срок службы щеточного устройства из-за наличия скользящего контакта между щетками и коллектором, скользящий контакт является источником радиопомех. [pic] Рис. 1.1. Структурная схема двигателя независимого возбуждения Подставим в уравнение второго закона Кирхгофа для якорной цепи [pic] и [pic] получим [pic], [pic], где [pic]- якорное сопротивление, [pic]- добавочное сопротивление. Электродвижущая сила (ЭДС) якоря - [pic]пропорциональна угловой скорости - [pic], связь между ЭДС и угловой скоростью, а так же между вращающим моментом [pic] и [pic] в системе единиц СИ определяется единым электромагнитным коэффициентом [pic], где [pic] - число пар полюсов двигателя, [pic] - число проводников обмотки якоря, [pic] - число пар параллельных ветвей обмотки якоря, [pic] - магнитный поток. Причем [pic], где [pic] - конструктивный коэффициент. [pic], [pic], тогда E якоря [pic], а момент [pic], и напряжение, подаваемое на двигатель [pic], откуда [pic], механическая характеристика двигателя постоянного тока записывается в виде [pic]. Следовательно, механическая характеристика при Ф = const представляет собой прямую линию. Угловую скорость, соответствующую при М = 0 и номинальном напряжении - Uном запишем в виде [pic]. Эту скорость называют угловой скоростью идеального холостого хода. [pic], [pic] Рис. 1.2. Механические характеристики в двигательном режиме Рассмотрим установившиеся режимы работы двигателя постоянного тока для случая соответствующего постоянному моменту сопротивления. Такая схема нагружения двигателя постоянного тока соответствует подъему или спуску постоянного груза. [pic] Рис. 1.3. Структурная схема нагружения двигателя постоянного тока для постоянного момента нагружения Рассмотрим обобщенные механические характеристики двигателя постоянного тока [pic] Рис. 1.4. Механическая характеристика двигателя постоянного тока В первом квадранте двигатель постоянного тока находится в двигательном режиме и потребляет энергию из сети. При вращении якоря со скоростью (>(0 двигатель постоянного тока переходит из двигательного режима с моментом М>0 (первый квадрант) в генераторный режим (второй квадрант) с отрицательным вращающим моментом (якорь вращается перпендикулярно, например, под действием инерции исполнительного механизма). При этом момент М<0 и Iя<0, т.е. двигатель постоянного тока отдает энергию в сеть. Положив в выражение для механической характеристики (=0 и R=Rя, U=Uном, получим пусковой момент [pic]. Так как пусковой ток [pic], то [pic]. При включении двигателя без добавочного резистора (естественная характеристика - 1) груз поднимается со скоростью двигателя (1. При включении добавочного резистора (искусственная характеристика - 2) груз не подвижен ((2=0). При работе двигателя в режиме, определяемом характеристикой 3, груз опускается со скоростью (1, искусственная характеристика 4 соответствует режиму динамического торможения, заключающемуся в отсоединении якорной цепи от источника и замыкании ее на добавочный резистор, характеристика 5 аналогична характеристике 2, но напряжение U=Uном, характеристика 6 параллельна характеристики 1 и соответствует во втором квадранте противовключению при подаче напряжения U=Uном.