Брандина Электрические машины (529639), страница 18
Текст из файла (страница 18)
При малых значениях тока возбуждения, а тем более при обрывецепи возбуждения (Iв = 0), частота вращения резко увеличивается, чтоможет привести к «разносу» двигателя и его механическомуразрушению.Двигатели параллельного и независимого возбуждения благодарялинейностиижесткостимеханическиххарактеристик,такжевозможности плавного регулирования частоты вращения в широкихпределах получили распространение как в силовом электроприводе(для привода механизмов и станков), так и в схемах автоматики.Двигатель последовательного возбуждения.
В этих двигателяхобмотка возбуждения включается последовательно с обмоткой якоря(рис.4.13,г) и ток возбуждения двигателя равен току якоря Iв = Iя, чтопридает двигателям особые свойства. При небольших нагрузках, когдамагнитная цепь машины ненасыщена (Ф ≡ IЯ), электромагнитныймомент пропорционален квадрату тока якоря:M = CM ФI Я = CM′ I Я2 .(4.53)С увеличением нагрузки магнитная цепь машины насыщается ипропорциональность между потоком Ф и током Iя нарушается. Призначительном насыщении поток практически постоянен. Зависимостьэлектромагнитного момента М от тока якоря /я в начальной части (когданет насыщения) имеет форму параболы, а в области больших нагрузокпереходит в прямую (рис.4.31).Зависимость частоты вращения n от тока якоря /я (скоростнаяхарактеристика) определяется выражением n = (U − I Я Σr ) /(C E Ф ) .В области небольших нагрузок, когда магнитнаяnМ система машины ненасыщена и Ф ≡ /я этахарактеристика имеет вид гиперболы; сувеличением нагрузки растет насыщение ихарактеристика становится более пологой(рис.
4.31). Следует обратить внимание наработыдвигателяn недопустимостьпоследовательного возбуждения в режимеI холостого хода или с нагрузкой менее 25% от0номинальной, так как при этом магнитный потокРис.4.31слишком мал и частота вращения достигаетчрезмерно больших значений, что ведет к «разносу» двигателя.Исключение составляют двигатели малых мощностей (до 100 Вт),которые могут работать в режиме холостого хода, так как мощностьмеханических потерь этих двигателей при больших частотах вращениясоизмерима с их номинальной мощностью.Механическаяхарактеристикадвигателяпоследовательноговозбуждения n = f(M) при U = const имеет вид гиперболы(рис.4.34,кривая 3) аналогично скоростной характеристики n = f(IЯ).Регулирование частоты вращения двигателя последовательноговозбуждения возможно изменением напряжения питания U, включениемдобавочного сопротивления в цепь якоря Rдоб и изменением величинымагнитного потока Ф.
Первые два способа регулирования производятсятакже, как и в двигателе параллельного возбуждения.При введении добавочного сопротивления Rдоб в цепь якоря механическая характеристика смещается в область меньших частот вращения .РшВРис. 4.32Рис.4.33В транспортных установках, где на каждой ведущей оси устанавливается отдельный двигатель, регулирование частоты вращения изменением напряжения питания осуществляется путем переключения двигателей с параллельного включения в сеть на последовательное (рис.4.32).При регулировании частоты вращения изменением магнитногопотока Ф возможны два случая (рис.4.33). В первом случае реостат Rшввключа-ется параллельно обмотке возбуждения, что вызываетуменьшение тока возбуждения IB=IЯ-IШВ и увеличение частотывращения.
Во втором случае реостат RША включается параллельнообмотке якоря, что сопро-вождается увеличением тока возбужденияIB = IЯ + IША и снижением частоты вращения. Однако значительныепотери в реостате RША делают этот способ неэкономичным, чтоограничивает его применение.Способность двигателей последовательного возбуждения развиватьбольшой электромагнитный момент, пропорциональный квадрату токанагрузки, обеспечивает этим двигателям хорошие пусковые свойства большой пусковой момент при сравнительно малом токе. Благодаряхорошим пусковым свойствам и мягкой механической характеристике сглубоким изменением скорости, эти двигатели широко применяются натранспорте.Двигатель смешанного возбуждения .
Двигатель имеет двеобмотки возбуждения: последовательную и параллельную (рис.4.13,д).При встречном включении обмоток магнитный поток с увеличениемнагрузки будет уменьшаться, что приведет к возрастанию частотывращения (4.50) и работа двигателя будет неустойчивой, поэтомувстречное включение обмоток не применяется. При согласном включении обмоток механическая характеристика 2 (рис.4.34) двигателя смешанного возбуждения более мягкая,чем двигателя параллельного возбуждения1, чем но более жесткая, чем двигателяпосле-довательного возбуждения 3.
Такиедвигате-тели применяются для приводакомпрессоров, строгальных станков, печатных машин,Рис.4.34прокатных станов, подъемников и т.д.4.5 6 Универсальный коллекторный двигательУниверсальные коллекторные двигатели могут работать как отпостоянного, так и от переменного тока. Они находят широкоеприменение в устройствах автоматики и в бытовых электроприборах.Коллекторные двигатели переменного тока в принципе отличаются отдвигателей постоянного тока лишь тем, что их магнитную систему,включая станину и полюса, делают шихтованной из листовойэлектротехнической стали. Это необходимо для уменьшениямагнитных потерь, так как магнитный поток возбуждения являетсяпеременным (изменяется с частотой сети).
Электромагнитныйвращающий момент в коллекторном двигателе переменного токасоздается также, как в двигателе постоянного тока, за счетвзаимодействия тока якоря /я с магнитным потоком возбуждения ФM = Cm I Я Ф .Однако здесь и ток якоря, и магнитный поток изменяются счастотой сети, причем поток несколько отстает по фазе от тока наугол γ (рис.4.36,а) за счет потерь в сталиi = I max sin ω t , Ф = Фmax sin(ω t − γ ) .Подставив выражения i и Ф в уравнение момента и преобразовавего, получимM =CmCI maxФmax cos γ − m I maxФmax sin( 2 ω t − γ )22или М = Мconst + Мvar.Таким образом, вращающий моментколлекторного двигателя переменного токаимеет две составляющие момента (рис.4.36,б): постоянную (не зависящую от времени t)M const = 0,5Cm I max cos γ = M СР(4.54)и переменную (изменяющуюся с удвоеннойчастотой сети)M var = −0,5Cm I maxФmax sin(2ω t − γ ) .(4.55)Анализ зависимости М = f(t) показывает также,Рис.4.35что в течение периода величина момента неостается постоянной.
Однако пульсации момента не нарушают работудвигателя, так как частота пульсации велика.Фазовый сдвиг γ является причиной появления в течение каждого периода некоторого отрицательного значения электромагнитного момента.Для уменьшения фазового сдвига γ коллекторные двигателипеременноготокавыполняютспоследовательнымвозбуждением (рис.4.36). При этом ток якоря является такжеи током возбуждения, что обеспечивает малую величинуфазового сдвига γ между током / и потоком Ф. Рабочиесвойства двигателя аналогичны двигателю постоянного токаРис. 4.36последовательного возбуждения.Для того, чтобы получить примерно одинаковые частоты вращенияна постоянном и на переменном токе, обмотку возбуждения выполняютс ответвлениями: при работе электродвигателя от сети постоянного токаобмотка возбуждения используется полностью, а при работе от сетипеременного тока - лишь частично (рис.4.
36).Недостатками универсального коллекторного двигателя являются:искрение на щетках, радиопомехи, повышенный шум, невысокаянадежность. Однако универсальные коллекторные двигатели посравнению с двигателями переменного тока позволяют получитьгораздо большую частоту вращения: до 10 000 об/мин и более причастоте сети 50 Гц, тогда как двигатели переменного тока будут иметьнаибольшую частоту вращения около 3000 об/мин.4.6. Исполнительные двигатели постоянного тока4.6.1. Общие сведенияВ устройствах автоматики широко применяются управляемыеэлектри-ческие двигатели небольшой мощности.
Такие двигателиобычно называются исполнительными. В настоящее время в качествеисполнительных двигателей наибольшее распространение находят либодвухфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым или полымротором, либо двигатели постоянного тока с независимым электромагнитным возбуждением или возбуждением от постоянных магнитов.Исполнительные двигатели постоянного тока (ИДПТ) имеют ряд преимуществ: высокую линейность характеристик, простоту управления, хорошую энергетику, меньшие массу и габариты.
Основным недостаткомИДПТ является наличие щеточно-коллекторного узла, что снижаетнадежности работы, усложняет эксплуатацию, ограничивает областьпри-менения (например во взрыво- и пожароопасных средах) и др.К исполнительным двигателям предъявляются более жесткие требования, чем к двигателям общепромышленного применения, что объясняется спецификой их работы в схемах автоматики, например частымипереходными режимами работы (пуск, останов, регулированиескорости).Основными требованиями являются:надежность работы; отсутствие самохода, т.е. самоторможение двигателя при снятии сигнала управления; линейность регулировочных и механических характеристик; широкий диапазон регулирования частотывращения; устойчивость работы; малая мощность управления; высокоебыстродействие (малоинерционность), т.е.
минимальное времяостанова или разгона ротора; большой пусковой момент; малоенапряжение трогания; малые габариты и масса и др.Одним из главных требований является высокое быстродействиеисполнительного двигателя. Основной величиной, характеризующейбыстродействие, является электромеханическая постоянная времени,определяющая время разгона и останова двигателя,J ω0( 4.55)Т МЕХ =MПгде ω 0 - частота вращения холостого хода (рад/с); МП - пусковой момент(Нм);.J- суммарный момент инерции ротора двигателя Jp и приводногомеханизма (кгм2).Момент инерции ротораJ = M P D2 / 4(4.56)где МP - масса ротора (кг); D- диаметр ротора (м).Повышению быстродействия двигателя и уменьшению Тмех способствуют увеличение пускового момента, уменьшение массы и наружногодиаметра ротора, уменьшение номинальной частоты вращения.
Стремление уменьшить инерционность ротора породилоцелыйрядконструктивныхмодификацийисполнительных двигатели, некоторые из которыхрассмотренных в 4.6.8.На рис.4.37 показан график переходного процессапри пуске двигателя. Графически электромеханическая постоянная времени Тмех определяетсякак отрезок, отсекаемый касательной от установившегося значения скорости. Время переходногопроцесса,взависимостиотточностиприближенияРис.4.37частоты вращения к установившемуся значению,составляет tпер = (3...4)ТМЕХ.4.6.2. Система относительных единицОсновные уравнения ЭДС , момента, напряжения на зажимах якоря,частоты вращения, механической характеристики двигателя постоянноготока были рассмотрены в п.4.5 и приводятся ниже:E = C EФП = C M Ф ω ,М = С М ФI ,U = E + IR ,U − IRUMR, n=−C EФC EФ C E CM Ф 2Эти уравненияпозволяют сделать важные упрощения приуправлении двигателями: напряжение питания задает частотувращения, а ток якоря определяется моментом нагрузки на валу.Следует отметить, что частота вращения двигателя уменьшается сувеличением момента нагрузки, что является необходимым условиемустойчивости его работы (п.4.5.2).Для сравнения между собой двигателей различных типов удобноиспользовать систему относительных единиц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
