ДПТ_теория (1064162)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯОбщие сведенияЭлектрические двигатели постоянного тока (ДПТ) отличает от других двигателей наличие специального механического коммутатора – коллектора. Несмотря на то, что из-за этого ДПТ менее надежны и дороже двигателей переменного тока, имеют большие габариты, они находят применение, когда их особые свойства имеют решающее значение. Часто ДПТ обладают преимуществами перед двигателями переменного тока по диапазону и плавности регулирования частоты вращения, по перегрузочной способности и экономичности, по возможности получения характеристик специального вида, и т.д.В настоящее время ДПТ применяют в электроприводах прокатных станов, различных подъемныхмеханизмов, металлообрабатывающих станков, роботов, на транспорте и т.д.

ДПТ небольшой мощностииспользуют в различных автоматических устройствах.Устройство и принцип действия ДПТВнешний вид двигателя постоянного тока показан на рис. 1, а его поперечный разрез в упрощенном виде – на рис. 2. Как и любая электрическая машина, он состоит из двух основных частей – статораи ротора. Статор неподвижен, ротор вращается. Статор состоит из массивного стального корпуса 1, ккоторому прикреплены главные полюсы 2 и дополнительные полюсы 4. Главные полюсы 2 имеют полюсные наконечники, служащие для равномерного распределения магнитной индукции по окружностиякоря. На главных полюсах размещают обмотки возбуждения 3, а на дополнительных – обмотки дополнительных полюсов 5.Рис.

1. Внешний вид двигателя постоянного тока2Рис. 2. Поперечный разрез ДПТ (условное изображение): 1 – корпус; 2 – главные полюсы; 3 –обмотка возбуждения; 4 – дополнительные полюсы; 5 – обмотка дополнительных полюсов; 6 – якорь; 7– обмотка якоря; 8 – щетки; 9 – коллектор; 10 – вал.В пазах, расположенных на поверхности якоря 6, размещается обмотка якоря 7, выводы от которой присоединяют к расположенному на валу 10 коллектору 9.

К коллектору с помощью пружин прижимаются графитные, угольно-графитные или медно-графитные щетки 8.Обмотка возбуждения машины питается постоянным током и служит для создания основногомагнитного поля, показанного на рис. 2 условно с помощью двух силовых линий, изображенных пунктиром. Дополнительные полюсы 4 уменьшают искрение между щетками и коллектором.

Обмотку дополнительных полюсов 5 соединяют последовательно с обмоткой якоря 7 и на электрических схемахчасто не изображают. На рис. 2 показана машина постоянного тока с двумя главными полюсами. В зависимости от мощности и напряжения машины могут иметь и большее число полюсов. При этом соответственно увеличивается число комплектов щеток и дополнительных полюсов.У ДПТ с независимым возбуждением, как показано на рис. 3, электрические цепи обмоток якоря1 и возбуждения 2 электрически не связаны и подключаются к различным источникам питания с напряжениями U и U в . Как правило, U  U в . В общем случае последовательно с якорной обмоткой иобмоткой возбуждения могут быть включены дополнительные резисторы rд и rр (см. рис.3).

Их назначение будет пояснено далее.Двигатели относительно небольшой мощности обычно изготавливают на одинаковые напряжения U и U в . В этом случае цепи обмоток якоря и возбуждения соединяют между собой параллельно иподключают к общему источнику питания с напряжением U  U в . Такие ДПТ называют двигателямипараллельного возбуждения. Если мощность источника питания значительно превышает мощность двигателя, то процессы в якорной обмотке и в обмотке возбуждения протекают независимо. Поэтому такиедвигатели являются частным случаем ДПТ независимого возбуждения и их свойства одинаковы.Рис.

3. Электрическая схема подключения ДПТ независимого возбуждения: 1 – цепь обмоткиякоря; 2 – цепь обмотки возбуждения.При подключении двигателя к источнику питания в обмотке якоря протекает ток Iя, которыйвзаимодействует с магнитным полем, создаваемым обмоткой возбуждения. В результате этого возникает электромагнитный момент, действующий на якорь(1)М  kI я ,где k – коэффициент, зависящий от конструктивных параметров машины; Ф – магнитный поток одногополюса.3При превышении моментом М момента сопротивления нагрузки Мс якорь начинает вращаться сугловой скоростью  и в нем наводится ЭДС(2)E  k ωУ двигателей полярность ЭДС Е противоположна полярности напряжения источника U, поэтомус ростом скорости  ток Iя уменьшаетсяU  E U  k  Ф Iя ,(3)rяrягде rя – сопротивление якорной цепи двигателя при rд = 0.Из соотношения (1) следует, что это приводит к снижению электромагнитного момента.

При равенстве моментов M и M с скорость вращения якоря перестает изменяться. Чтобы изменить направление вращения двигателя следует изменить полярность напряжения U . Это приведет к изменению направления тока I я и направления момента M . Двигатель начнет замедляться, а затем разгонится в обратную сторону.Пуск двигателяВ первое мгновение при пуске скорость двигателя  = 0 и в соответствии с формулой (2) ЭДСякоря Е = 0. Поэтому при подключении якоря двигателя к напряжению U пусковой ток якоря I яп , какследует из формулы (3), ограничивается только сопротивлением якорной цепи rя (при rд=0)UI яп  .(4)rяЗначение сопротивления rя относительно невелико (обычно в пределах 1 Ом), поэтому если напряжение U близко по значению к номинальному напряжению, значение пускового тока I яп может в(10–30) раз превышать номинальное значение тока двигателя I ян .

Это недопустимо, поскольку ведет ксильному искрению и разрушению коллектора, а при частых пусках возможен перегрев обмотки якоря.Как следует из формулы (4), одним из вариантов ограничения пускового тока является увеличение суммарного сопротивления якорной цепи ДПТ при неизменном значении напряжения U. Для этогопоследовательно с якорем включают дополнительный пусковой реостат (на рис. 3 не показан), которыйобычно выполняют в виде нескольких ступеней. Ступени пускового реостата выключают поэтапно помере увеличения скорости двигателя. При этом в якоре двигателя за время пуска могут выделяться значительные потери мощности.Более экономичным способом снижения пускового тока I яп является пуск ДПТ при плавномувеличении напряжения на якоре U по мере разгона двигателя и увеличения ЭДС Е.

Как следует из выражения (3), можно подобрать такой темп увеличения напряжения U, при котором ток I я на протяжении всего времени пуска не будет превышать допустимого значения. В лабораторной установке, используемой при выполнении данной работы, используется именно этот более экономичный способ ограничения пускового тока.Технические данные двигателейВ паспорте ДПТ независимого возбуждения указываются следующие номинальные величины:напряжение якоря U н , ток якоря I ян , мощность на валу Pн , частота вращения nн , КПД  н , ток возбуждения I вн .Под номинальным напряжением U н понимают напряжение, на которое рассчитаны обмотка якоря и коллектор. Номинальные значения токов якоря I ян и возбуждения I вн – максимальные длительнодопустимые их значения, при которых двигатель не перегревается выше допустимой температуры.Номинальная мощность Pн – это мощность, развиваемая двигателем на валу при работе с номинальным моментом M н и номинальной скоростью вращения н , т.е.M n(5)Pн  M нн  н н9,55Значение номинальной скорости н в сек-1 связано с номинальной частотой вращения nн воб/мин соотношениемnн  н ,(6)304Частота вращения nн или скорость н и КПД  н соответствуют работе двигателя с токами I яни I вн , напряжением U н без дополнительных резисторов в цепях двигателя (rд = 0, rр = 0 на рис.

3).Мощность, потребляемая двигателем из сети в номинальном режиме, определяется какP1н  U н  I ян  U в  I вн ,(7)а номинальный КПДP(8) н  2н .P1нСоотношения (5) – (8) справедливы также и для любого режима работы ДПТ, отличного от номинального режима.Электромеханические и механические характеристики. Регулирование скорости двигателяПри анализе свойств ДПТ широко используют электромеханические (Iя) и механические (M)характеристики.

Если к обмоткам двигателя подведены номинальные напряжения (U=Uн, Uв=Uвн) и отсутствуют дополнительные резисторы в его цепях (rд=0, rр=0), то двигатель имеет характеристики, называемые естественными характеристиками.На естественных характеристиках находятся точки, соответствующие номинальному режиму работы ДПТ. Если же U  U н , I в  I вн , либо в цепи якоря rд  0 , то механические характеристики, соответствующие этим условиям, называются искусственными. На этих характеристиках двигатель работаетпри пуске, торможении, реверсе и регулировании скорости вращения.Преобразовав выражение (3) относительно скорости , получим уравнение электромеханической характеристики (Iя):I rU(9) я я,k Ф k Фа с учетом формулы (1) – уравнение механической характеристики (M):M  rяU.(10)k  Ф ( k  Ф) 2При экспериментальных исследованиях измерения и количественные сопоставления часто удобнее проводить, оперируя частотой вращения n в об/мин вместо угловой скорости  в сек-1.

Тогда уравнение электромеханической характеристики записывают в виде n( I я )I rUn я я ,(11)kЕ  Ф kЕ  Фа уравнение механической характеристики в виде n(M)M  rяUn.(12)kЕ  Ф kЕ  kм  Ф 2причем конструктивные коэффициенты связаны соотношением kE = 0.105kМ = 0.105k. Из соотношений(9), (10) или (11), (12) видно, что при неизменных U, Ф, rя эти характеристики представляют собой прямые наклонные линии. Реально вследствие некоторого влияния тока якоря на результирующий потокдвигателя (называемого реакцией якоря) эти характеристики несколько отличаются от прямых линий.Режим работы двигателя при M  0 называют идеальным холостым ходом.

Соответствующаяэтому режиму скорость идеального холостого хода определяется из (10)U0 ,(13)k Фа частота вращения идеального холостого хода, соответственно, из (12)Un0 .(14)kЕ  ФВ качестве примера естественная механическая характеристика n(M ) показана на рис. 4 (характеристика 1). Как видно, некоторому значению момента M1 на этой характеристике соответствует значение частоты вращения n1  n0 Из уравнений (9) - (12) следует, что частоту вращения или угловую скорость двигателя можнорегулировать тремя способами:а) изменением суммарного сопротивления цепи якоря;5б) изменением магнитного потока двигателя;в) изменением напряжения источника питания, к которому подключен якорь двигателя.Рис.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лабораторной работы