Двигатель постоянного тока

Цель работы: практическое ознакомление с двигателем постоянного тока, аппаратурой измерения и управления, способом пуска и регулирования частоты вращения, характеристиками и методами испытания.

Основные формулы и понятия

Двигатели постоянного тока параллельного возбуждения нашли широкое применение в электроприводах различных типов благодаря простоте, плавности и экономичности регулирования частоты вращения, а также широкому диапазону этого регулирования.

Для двигателя справедливо уравнение:

,

где U – напряжение, приложенное к двигателю; Е_я – противоэлектродвижущая сила якоря; I_я – ток в якоре двигателя; R_я – сопротивление обмотки якоря.

Согласно закону электромагнитной индукции:

,

где р – число пар полюсов; а – число пар параллельных ветвей обмоток якоря; N – число проводников обмотки якоря; n – частота вращения, об/мин; Ф – магнитный поток возбуждения.

Учитывая, что число пар полюсов (р), число пар параллельных ветвей (а) и число проводников обмотки (N) для конкретной машины величины постоянные и, обозначив , можно написать . Откуда частота вращения:

. (2.1)

Потеря напряжения в якоре R_яI_я обычно величина небольшая (2…7%) при номинальной нагрузке, поэтому можно считать n @ U/Ф.

Напряжение сети U, как правило, является величиной постоянной, следовательно, .

Изменением магнитного потока, т.е. изменением тока возбуждения I_в, который и создаёт магнитный поток, можно регулировать частоту вращения двигателя.

Вращающий момент машины прямо пропорционален магнитному потоку и току якоря:

. (2.2)

Для увеличения пускового момента необходимо иметь большой магнитный поток Ф, для чего двигатель пускают с выведенным сопротивлением реостата в цепи возбуждения (регулировочного реостата – R_в, рис. 2.5).

Пусковой ток якоря I_яп может оказаться недопустимо большим: I_яп = U/R_я, поскольку при пуске Е=0, так как n=0. Для ограничения пускового тока в цепи якоря при пуске вводят пусковой реостат R_п, при этом: I_яп = U/(R_я+R_п).

По мере увеличения частоты вращения и нарастания противоэлектродвижущей силы Е_я, сопротивление пускового реостата выводят и к концу пуска реостат закорачивают (R_п=0).

Рис. 2.1. Механические характеристики двигателя

Основной характеристикой двигателя постоянного тока является механическая характеристика (рис. 2.1).

Механическая характеристика двигателяn=f(M) представляет собой зависимость частоты вращения n от вращающего момента двигателя при постоянном напряжении U и токе возбуждения I_в. При неизменном токе возбуждения I_в магнитный поток двигателя можно считать постоянным, тогда согласно (2.2) , т.е. вращающий момент пропорционален току якоря. Отсюда видно, что зависимость n=f(I_я) (внешняя характеристика) представляет собой кривую (рис. 2.2), подобную механической характеристике двигателя.

Согласно (2.1) частота при увеличении нагрузки несколько уменьшается.

Однако поскольку вычитаемое R_яI_я по отношению к уменьшаемому напряжению сети U невелико, то и уменьшение частоты вращения незначительно.

Рис. 2.2. Внешняя характеристика двигателя