Електродвигуни постійного струму

Електродвигуни постійного струму використовують в тих електроприводах, де потрібна велика спектр регулювання швидкості, велика точність підтримки швидкості обертання приводу, регулювання швидкості вгору від номінальної.

Як влаштовані електродвигуни постійного струму

Робота електронного мотора незмінного струму заснована на явищі електричної індукції. З основ електротехніки зрозуміло, що на провідник зі струмом, поміщений в магнітне поле, діє сила, яка визначається за правилом лівої руки:

F = BIL,

де I - струм, що протікає по провіднику, В - індукція магнітного поля-L - довжина провідника.

При перетині провідником магнітних силових ліній машини в ньому наводиться електрорушійна сила, яка по відношенню до струму в провіднику спрямована проти нього, тому вона іменується зворотному або протидіє (проти-е. Д. С). Електронна потужність в движку перетворюється в механічну і частково витрачається на нагрівання провідника.

Конструктивно всі електронні движки незмінного струму складаються з індуктора і якоря, розбитих повітряним зазором.

Індуктор електродвигуна постійного струму служить для створення недвижного магнітного поля машини і складається з станини, основних і додаткових полюсів. Станина служить для кріплення головних і додаткових полюсів і є елементом магнітного ланцюга машини. На основних полюсах розміщені обмотки збудження, створені для створення магнітного поля машини, на додаткових полюсах - особлива обмотка, що служить для поліпшення умов комутації.

Якір електродвигуна постійного струму складається з магнітної системи, зібраної з окремих листів, робочої обмотки, покладеної в пази, і колектора службовця для підведення до робочій обмотці неізменноготока.

Колектор являє собою циліндр, насаджений на вал мотора і обраний з ізольованих один від одного мідних пластинок. На колекторі є виступи-півники, до яких припаяні кінці секцій обмотки якоря. Знімання струму з колектора здійснюється за допомогою щіток, що забезпечують ковзний контакт з колектором. Щітки закріплені в щеткодержателях, які затримують їх в певному положенні і забезпечують потрібне натискання щітки на поверхню колектора. Щітки і щіткотримачі закріплені на траверсі, пов`язаної з корпусом електродвигуна.

Комутація в електродвигунах постійного струму

В процесі роботи електродвигуна постійного струму щітки, ковзаючи по поверхні обертового колектора, по черзі переходять з однієї колекторної пластинки на іншу. При цьому відбувається перемикання паралельних секцій обмотки якоря і зміна струму в їх. Зміна струму відбувається в той час, коли виток обмотки замкнутий щіткою накоротко. Цей процес перемикання і явища, пов`язані з ним, іменуються комутацією.

У момент комутації в короткозамкненою секції обмотки під впливом власного магнітного поля наводиться е. д. з. самоіндукції. Результуюча е. д. з. викликає в короткозамкненою секції додатковий струм, який робить нерівномірний розподіл щільності струму на контактній поверхні щіток. Ця подія вважається основною передумовою іскріння колектора під щіткою. Якість комутації оцінюється за ступенем іскріння під збігають краєм щітки і визначається за шкалою ступенів іскріння.

Методи збудження електродвигунів постійного струму

Під порушенням електронних машин розуміють створення в їх магнітного поля, необхідного для роботи електродвигуна. Схеми збудження електродвигунів постійного струму показані на малюнку.

Схеми збудження електродвигунів постійного струму: а - незалежну Українську, б - паралельне, в - послідовне, г - змішане

За методом збудження електронні движки незмінного струму ділять на чотири групи:

1. З незалежних збудженням, у яких обмотка збудження НОВ харчується від стороннього джерела постійного тока.

2. З паралельним збудженням (шунтові), у яких обмотка збудження ШОВ включається паралельно джерела живлення обмотки якоря.

3. З почерговим збудженням (серієсний), у яких обмотка збудження СОВ включена по черзі з якірної обмоткою.

4. Двигуни з змішаним збудженням (компаундні), у яких є почергова СОВ і паралельна ШОВ обмотки збудження.

Запуск двигунів постійного струму

У вихідний момент запуску двигуна якір нерухомий і протидії е. д. з. інапряженіе в якорі дорівнює нулю, тому Iп = U / R я.

Опір ланцюга якоря невелика, тому пусковий струм перевершує в 10 - 20 разів і більше номінальний. Це може викликати значні електродинамічні зусилля в обмотці якоря і зайвий її перегрів, тому запуск мотора створюють за допомогою пускових реостатів - активних опорів, що включаються в ланцюг якоря.

Двигуни потужністю до 1 кВт допускають прямий запуск.

Величина опору пускового реостата вибирається по допустимому пусковому току мотора. Реостат роблять ступінчастим для поліпшення плавності запуску електродвигуна.

Спочатку запуску вводиться все опір реостата. У міру прискорення якоря з`являється протидії е. д. з, яка обмежує пускові струми. Рівномірно виводячи щабель за щаблем опір реостата з ланцюга якоря, нарощують підводиться до якоря напруга.

Регулювання частоти обертання електродвигуна постійного струму

Частота обертання мотора постійного тока:

де U - напруга живильної мережі-Iя - ток якоря- Rя - опір ланцюг якоря- kc - коефіцієнт, що характеризує магнітну систему-Ф - магнітний потік електродвигуна.

З формули видно, що частоту обертання електродвигуна постійного струму можна регулювати 3-ма способами: зміною потоку збудження електродвигуна, конфігурацією підводиться до електродвигуна напруги і конфігурацією опору в ланцюзі якоря.

Більш широке застосування отримали 1-і два методи регулювання, 3-ий метод використовують зрідка: він неекономічний, швидкість мотора при цьому значно залежить від коливань навантаження. Механічні властивості, які при цьому виходять, показані на малюнку.

Механічні властивості електродвигуна постійного струму при різних методах регулювання частоти обертання

Жирна рівна - це природна залежність швидкості від моменту на валу, або, що те ж, від струму якоря. Рівна природної механічної властивості кілька відхиляється від горизонтальному штриховий смуги. Це відхилення називають нестабільністю, нежорсткими, час від часу статизмом. Група непаралельності прямих I відповідає регулювання швидкості збудженням, паралельні прямі II виходять в результаті зміни напруги якоря, врешті-решт, віяло III - це підсумок введення в ланцюг якоря активного опору.

Величину струму збудження двигуна постійного струму можна регулювати за допомогою реостата або будь-якого пристрою, активний опір якого можна змінювати за величиною, наприклад транзистора. При збільшенні опору в ланцюзі струм збудження зменшується, частота обертання мотора зростає. При ослабленні магнітного потоку механічні властивості розміщуються вище природної (т. Е. Вище властивості при відсутності реостата). Збільшення частоти обертання мотора викликає посилення іскріння під щітками. Крім того, при роботі електродвигуна з ослабленим потоком зменшується стійкість його роботи, особливо при змінних навантаженнях на валу. Тому межі регулювання швидкості таким методом не перевищують 1,25 - 1,3 від номінальної.

Регулювання конфігурацією напруги просить джерела постійного струму, наприклад генератора або перетворювача. Таке регулювання вживають у всіх промислових системах електроприводу: генератор - двигун постійного струму (Г - ДПТ), електромашинний підсилювач - движок незмінного струму (ЕМУ - ДПТ), магнітний підсилювач - движок незмінного струму (МУ - ДПТ), тиристорний перетворювач - двигун постійного струму (Т - ДПТ).

Гальмування електродвигунів постійного струму

В електроприводах з електродвигунами постійного струму використовують три методи гальмування: динамічне, рекуперативного і гальмування противовключением.

Динамічне гальмування електродвигуна постійного струму здійснюється методом замикання обмотки якоря двигуна накоротко або через резистор. При цьому електродвигун постійного струму починає працювати як генератор, перетворюючи накопичену їм механічну енергію в електронну. Ця енергія виділяється у вигляді тепла в опорі, на яке замкнута обмотка якоря. Динамічне гальмування забезпечує чіткий останов електродвигуна.

Рекуперативне гальмування електродвигуна постійного струму здійснюється в цьому випадку, коли він приєднаний до мережі електродвигун крутиться виконавчим механізмом зі швидкістю, що перевищує швидкість бездоганного холостого ходу. Тоді е. д. з, наведена в обмотці мотора, перевершить значення напруги мережі, струм в обмотці мотора змінює напрямок на протилежне. Електродвигун переходить на роботу в генераторному режимі, віддаючи енергію в мережу. Відразу на його валу з`являється гальмівний момент. Такий режим може бути отриманий в приводах підйомних пристроїв при опусканні вантажу, також при регулюванні швидкості двигуна і під час гальмівних процесів в електроприводах постійного струму.

Рекуперативне гальмування двигуна постійного струму є більш економним методом, тому що в даному випадку відбувається повернення в мережу електроенергії. В електроприводі металорізальних верстатів цей метод використовують при регулюванні швидкості в системах Г - ДПТ і ему - ДПТ.

Гальмування противовключением електродвигуна постійного струму здійснюється шляхом зміни полярності напруги і струму в обмотці якоря. За сприяння струму якоря з магнітним полем обмотки збудження створюється гальмівний момент, який зменшується у міру зменшення частоти обертання електродвигуна. При зменшенні частоти обертання електродвигуна до нуля електродвигун повинен бути відключений від мережі, інакше він почне розгортатися в зворотний бік.