А — независимая; б- параллельная; в-- последовательная; г - смешанная

Электродвигатели постоянного тока

Электродвигатели постоянного тока широко используют в си­стемах автоматики, так как они позволяютплавно регулировать частоту вращения, получать практически любые скорости и ме­нять направление вращения (реверсироваться). Первый электро­двигатель постоянного тока был создан в России акад. Б. С. Якоби в 1834 г.

Конструктивная схема двигателя постоянного тока пред-cтавленa на рис. 1. Двигатель состоит из станины 1 цилиндрической формы с закрепленными на ней полюсами 2 (для улучшения формы магнитного поля машины полюсы заканчиваются полюсными наконечниками 3; статорной об­мотки. 4, охватывающей полюс; сердечника ротора 7, запрессован­ного на вал 11; обмотки ротора 6 из отдельных секций, концы кото­рых подсоединены к пластинам коллектора 9. Напряжение по­стоянного тока на секции ротора подается через угольные щет­ки 5, скользящие по коллектору. Вал ротора вращается в под­шипниках 10, укрепленных в подшипниковых щитах 5.

Рис. 1. Двигатель постоянного тока

Электромагнитные полюсы статора создают магнитный по­ток Ф, пронизывающий секции обмотки ротора, по которым протекает электрический ток I В результате взаимодействия магнитного потока Ф с электрическим током I возникает вращаю­щий момент, и ротор (якорь) будет вращаться в электромагнит­ном поле с частотой п. Вращающий момент М пропорционален магнитному потоку статора Ф и току I, протекающему в обмотке якоря: , где К_м — постоянный коэффициент.

Ток в обмотках полюсов называется током возбуждения. Часто поток возбуждения создают постоянными мавнитами, тогда вращающий момент зависит только от тока (напряжения) якор­ной обмотки.

При смене направления тока I изменяется знак вращающего момента М и ротор изменяет направление вращения.

В двигателях с электромагнитным возбуждением изменить направление вращения можно также сменой полярности напря­жения возбуждения. Обмотка возбуждения может питаться как от отдельного источника напряжения (независимое возбуждение, рис. 2, а), так и от того же источника, что и обмотка якоря, причем с якорной обмоткой она может быть включена парал­лельно (рис. 2, б), последовательно (рис. 2, в) либо последо­вательно-параллельно (рис.2, г). Соответственно эти схемы

Рис2. Схемы включения обмотки возбуждения:

а — независимая; б- параллельная; в-- последовательная; г - смешанная

возбуждения называют параллельной, последовательной или смешанной схемами возбуждения.

Электрические исполнительные двигатели чаще всего рабо­тают в режиме с частыми пусками, остановами, сменой направ­ления вращения (реверсированием), изменением частоты враще­ния, поэтому при их разработке большое внимание уделяется механическим характеристикам, иногда даже в ущерб их КПД.

В настоящее время в металлургических цехах сети постоянного тока отсутствуют. Исключение составляют лишь сети постоянного тока транспортных устройств., от которых питаются двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением .В остальных случаях электродвигатели постоянного тока получают питание от индивидуальных управляемых выпрямителей (преобразователей), которые с помощью системы автоматического регулирования обеспечивают требуемые механическиен характеристики и режимы приводов. Наличие индивидуальных преобразователей существенно удорожает и усложняет привод, поэтому электродвигатели постоянного тока используют в тех случаях, когда условия технологии требуют плавного регулирования скорости рабочих механизмов в широких пределах, точной ее стабилизации, частого ее реверсирования. Примером таких механизмов являются механизмы поворота конвертеров, миксеров, подъемные установки доменных печей, прокатные станы, механизмы перемещения электродов дуговых печей и другие механизмы, где приводы переменного тока не удовлетворяют предъявляемым требованиям по условиям регулирования скорости.

В неподвижном якоре ЭДС Е равна 0, и в момент пуска в якоре проходит пусковой ток, превышающий номинальный в 10—20 раз. Для ограничения пускового тока в цепь якоря включают огра­ничительный пусковой реостат. Сопротивление реостата выби­рают таким, чтобы пусковой ток I _пуск не превышал номинальный больше, чем в 3—4 раза. С нарастанием частоты вращения якоря двигателя растет величина Е, а ток в обмотке якоря уменьшается, поэтому необходимо постепенно уменьшать сопротивление пуско­вого реостата. Выведение пускового реостата осуществляется вручную или автоматически. При пуске двигателей малой мощ­ности пусковые реостаты обычно не включают, так как время разгона двигателя до номинальной скорости невелико и обмотка якоря не успевает нагреться большим пусковым током.

Подставив значение в выражение = , найдем частоту вращения I

Из анализа полученного уравнения следует, что частоту вра­щения двигателя можно регулировать одним из следующих четырех способов: путем изменения: 1) напряжения питания Uy; 2) активного сопротивления.в цепи якоря R\ 3) магнитного по­тока Ф; 4) действующего значения тока якоря при питании якор­ной обмотки импульсами различной длительности. Регулирование частоты вращения первым способом осуществляется либо с помощью специального генератора, выходное напряжение которого можно плавно изменять, либо делением напряжения потенциометром, либо изменением выходного напря­жения усилителя.

Второй способ регулирования скорости — путем изменения сопротивления цепи якоря — является надежным и простым. Однако при этом значительная часть мощности теряется на нагрев регулировочного реостата. Простым и экономичным является третий способ регулирования частоты вращения — изменением магнитного потока возбуждения Ф с помощью реостатов в цепи обмоток возбуждения или с помощью усилителей.

В настоящее время получил распространение импульсный метод регулирования скорости вращения. Действующее значение тока обмотки якоря, пропорционально которому устанавливается частота вращения двигателя, зависит от амплитуды, длитель­ности и частоты повторения импульсов. В цепь якоря включается индуктивность, а параллельно якорю — конденсатор. Если па­раметры схемы выбраны так, что пульсация напряжения питания не превышает 5—10%, то работа двигателя практически не отли­чается от работы при постоянном напряжении. Регулировка⁴ напряжения осуществляется изменением длительности импульсов. Для импульсного регулирования частоты вращения мало­мощных двигателей применяются схемы на транзисторах, а дви­гателей средней и большой мощности — тринисторные схемы.

Управление двигателем путем изменения тока в обмотке якоря носит название якорного управления. Управление дви­гателем за счет изменения тока в обмотках полюсов, носит назва­ние полюсного управления.

Глава VI. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА