DC двигатели

Електродвигатели постоянен ток се използва в тези електрически задвижвания, където се изисква голям диапазон от контрол на скоростта, висока точност на поддържане на скоростта на въртене на задвижването и контрол на скоростта нагоре от номиналната.

Как работят DC двигателите?

Работата на DC електродвигател се основава на явлението електромагнитна индукция… От основите на електротехниката е известно, че проводник с ток е поставен магнитно поле, действа силата, определена от лявото правило:

F = BIL,

където I е токът, протичащ през проводника, V е индукцията на магнитното поле; L е дължината на проводника.

Когато проводникът пресича линиите на магнитното поле на машината навътре то се индуцира електродвижеща сила, който по отношение на тока в проводника е насочен срещу него, следователно тойи се нарича обратен или противоположен (контра-д. д. s). Електрическата мощност в двигателя се преобразува в механична и частично се изразходва за нагряване на проводника.

Структурно всичко Електрически двигатели с постоянен ток се състои от индуктор и котвиразделени с въздушна междина.

Индуктор електрически мотор постоянен ток служи за създаване на неподвижно магнитно поле на машината и се състои от рамка, основен и допълнителни полюси. Рамката се използва за фиксиране на главния и допълнителните полюси и е елемент от магнитната верига на машината. Възбуждащите намотки са разположени върху основните стълбове, предназначени да създават магнитно поле на машината, върху допълнителни стълбове — специална намотка за подобряване на условията на комутация.

Котва електрически мотор постоянен ток състои се от магнитната система, събран от индивидуални листи, работната намотка, поставена в жлебовете, и колекционер служи за подхода към работна намотка постоянна текущ.

Колекционер е цилиндър, набит на кол върху вала на двигателя и избрани от изолирани приятел от приятел на медни плочи. Колекторът има издатини-петел, към които краищата на секциите са запоени намотки котви. Събирането на ток от колектора се извършва с помощта на четки, които осигуряват плъзгащ контакт с колектора. Четки фиксиран в държачи за четкикоито ги държат в определено положение и осигуряват необходимото налягане на четката На повърхност на колектора. Четките и държачите за четки са фиксирани върху траверса, свързана с тялото електрически мотор.

Комутация в електродвигатели постоянен ток

В ход електрически мотор четките с постоянен ток, плъзгащи се по повърхността на въртящия се колектор, преминават последователно от една колекторна плоча в друга. В този случай паралелните секции на намотката на котвата се превключват и токът в тях се променя. Промяната в тока се случва, докато завоят на намотката е късо съединен от четката. Този процес на превключване и свързаните с него явления се наричат комутация.

В момента на превключване e се индуцира в късо съединеното сечение на намотката под въздействието на собственото му магнитно поле. и т.н. с. самоиндукция. Полученият e. и т.н. с. причинява допълнителен ток в късо съединението, което създава неравномерно разпределение на плътността на тока върху контактната повърхност на четките. Това обстоятелство се счита за основната причина за дъгообразуването на колектора под четката. Качеството на комутацията се оценява от степента на искряне под изтичащия ръб на четката и се определя от скалата на степента на искрене.

Методи на възбуждане електродвигатели постоянен ток

Възбуден от електрически машини разбирам създаването на магнитно поле в тях, необходимо за работа електрически мотор… Вериги за възбуждане електродвигатели постоянен ток показани на фигурата.

Вериги за възбуждане на двигатели с постоянен ток: a — независими, b — паралелни, c — последователни, d — смесени

Според метода на възбуждане, DC електродвигателите са разделени на четири групи:

1. С независимо възбуждане, при което намотката за възбуждане на NOV се захранва от външен източник на постоянен ток.

2. С паралелно възбуждане (шунт), при което възбуждащата намотка SHOV е свързана паралелно с източника на захранване на намотката на котвата.

3. С последователно възбуждане (серия), при което намотката за възбуждане на IDS е свързана последователно с намотката на котвата.

4. Двигатели със смесено възбуждане (комбинирано), които имат сериен IDS и паралелен SHOV на възбуждащата намотка.

Видове DC двигатели

DC двигатели се различават преди всичко по характера на вълнението. Двигателите могат да бъдат с независимо, последователно и смесено възбуждане. Паралелно вълнението може да бъде пренебрегнато. Дори ако намотката на полето е свързана към същата мрежа, от която се захранва веригата на котвата, тогава и в този случай токът на възбуждане не зависи от тока на котвата, тъй като захранващата мрежа може да се разглежда като мрежа с безкрайна мощност, и напрежението му е постоянно.

Намотката на полето винаги е свързана директно към мрежата и следователно въвеждането на допълнително съпротивление в котвата верига няма ефект върху режима на възбуждане. Спецификата, че съществува с паралелно възбуждане в генераторите, не може да е тук.

Двигателите с постоянен ток с ниска мощност често използват възбуждане с постоянен магнит. В същото време веригата за включване на двигателя е значително опростена, консумацията на мед намалява. Трябва имайте предвид обаче, че въпреки че намотката на полето е изключена, размерите и теглото на магнитната система не са по -ниски, отколкото при електромагнитно възбуждане на машината.

Свойствата на двигателите се определят до голяма степен от тяхната система. вълнение.

Колкото по -големи са размерите на двигателя, толкова по -голям е естественият въртящ момент и съответно мощността. Следователно с по -висока скорост на въртене и същите размери можете получите повече мощност на двигателя. В тази връзка, като правило, Проектирани са двигатели с постоянен ток, особено с ниска мощност при висока скорост — 1000-6000 об / мин.

Трябва обаче, имайте предвид, че скоростта на въртене на работните органи на производството машините са значително по -ниски. Следователно между двигателя и работната машина трябва да се монтира скоростна кутия. Колкото по -висока е скоростта на двигателя, толкова по -сложна и скъпа става скоростната кутия. В инсталациите висока мощност, където скоростната кутия е скъпа възел, двигателите са проектирани при значително по -ниски обороти.

Трябва също да се има предвид, че механична скоростна кутия винаги въвежда значителна грешка. Следователно при прецизни инсталации е желателно използвайте нискооборотни двигатели, които биха могли да бъдат свързани с работници органи директно или чрез най -простото предаване. В тази връзка се появиха така наречените двигатели с голям въртящ момент при ниски скорости на въртене. Тези двигатели намери широко приложение в металорежещи машини, където те са съчленени с изместващи органи без никакви междинни връзки с помощта на сферични винтове.

Електродвигателите също се различават по дизайн, когато знаци, свързани с условията на тяхната работа. За нормални условия се използват така наречените отворени и защитени двигатели, помещения с въздушно охлаждане, в които са инсталирани.

Въздухът се издухва през каналите на машината с помощта на вентилатор, поставени върху вала на двигателя. Използват се в агресивни среди затворени двигатели, охлаждани от външна оребрена повърхност или външен въздушен поток. И накрая, на разположение са специални двигатели за експлозивна атмосфера.

Специфични изисквания към конструкцията на двигателя са представени, когато е необходимо да се осигури висока производителност — бърз поток на процесите на ускорение и забавяне. В този случай двигателят трябва да има специална геометрия — малък диаметър на арматурата с голямата й дължина.

За да се намали индуктивността на намотката, тя не се полага в каналите, и на повърхността на гладка котва. Намотката се закрепва с лепила като напр епоксидна смола. При ниска индуктивност на намотката е от съществено значение условията за комутация на колектора са подобрени, няма нужда от допълнителни стълбове, може да се използва колектор с по -малки размери. Последното допълнително намалява момента на инерция на котвата на двигателя.

Още по -големи възможности за намаляване на механичната инерция осигуряват използването на куха арматура, която е цилиндър от изолационен материал. На повърхността на това цилиндърът е разположен навиване, направено чрез печат, щамповане или от рисуване върху шаблон на специална машина. Намотката се закрепва с лепилни материали.

Вътре в въртящ се цилиндър за създаване на пътеки е необходимо стоманено ядро преминаването на магнитния поток. При двигатели с гладки и кухи арматури поради увеличаване на празнините в магнитната верига поради въвеждането на намотки и изолационни материали в тях, необходимото намагнитващата сила за провеждане на необходимия магнитен поток се увеличава значително. Съответно магнитната система се оказва по -развита.

Двигателите с ниска инерция включват и двигатели с дискови анкери. Дискове, върху които са нанесени или залепени намотките, изработени от тънък изолационен материал, който не се деформира, например стъкло. Магнитна система при биполярната версия се състои от две скоби, едната от които са разположени възбуждащите намотки. Поради ниската индуктивност на намотката на котвата машината, като правило, няма колектор и токът се сваля от четки директно от намотката.

Трябва да се спомене и за линейния двигател, който не осигурява въртящо движение и транслационно. Той представлява двигателя, магнитната система на която е разположена и полюсите са монтирани на линията на движение на котвата и съответния работник корпуса на машината. Котвата обикновено е проектирана като котва с ниска инерция. Размерите и цената на двигателя са големи, тъй като е необходим значителен брой полюси, за да се осигури движение по даден участък от пътя.

Стартиране на DC двигатели

В началния момент на стартиране на двигателя котвата е неподвижна и е противоположна. и т.н. с. иволтаж в котвата е равна на нула, следователно Iп = U / Rя.

Съпротивление вериги котвата е малка, така че пусковият ток надвишава 10 — 20 пъти или повече номинални. Това може да причини значителни електродинамични усилия в намотката на котвата и прекомерното му прегряване, поради което двигателят започва да се използва стартиращи реостати — активни съпротивления, включени в веригата на котвата.

Двигатели с мощност до 1 kW могат да се стартират директно.

Стойността на съпротивлението на пусковия реостат се избира според допустимия стартов ток на двигателя. Реостатът е направен поетапно, за да се подобри плавността на стартирането на електродвигателя.

В началото на старта се въвежда цялото съпротивление на реостата. С увеличаването на скоростта на котвата има контра-д. d. s, което ограничава пусковите токове.Постепенно премахвайки стъпка по стъпка съпротивлението на реостата от веригата на котвата, напрежението, подадено към котвата, се увеличава.

Контрол на скоростта електрически мотор постоянен ток

Скорост на DC двигателя:

където U е захранващото напрежение; Iya — ток на котвата; Ri е съпротивлението на котвата на веригата; kc — коефициент, характеризиращ магнитната система; Ф е магнитният поток на електродвигателя.

От формулата се вижда, че скоростта на въртене електрически мотор постоянният ток може да се регулира по три начина: чрез промяна на потока на възбуждане на електродвигателя, промяна на напрежението, подадено към електродвигателя, и промяна на съпротивлението в вериги котви.

Първите два метода за управление са получили най -широко приложение, третият метод се използва рядко: той е неикономичен и скоростта на двигателя значително зависи от колебанията на натоварването. Получените механични характеристики са показани в фигура.

Механични характеристики на DC двигател с различни методи за управление на скоростта

Удебелената линия е естествената зависимост на скоростта от момента на вала, или, което е същото, от тока на котвата. Правата линия с естествени механични характеристики се отклонява донякъде от хоризонталната пунктирана линия. Това отклонение се нарича нестабилност, не-твърдост, понякога статизъм. Група непаралелен прави линии I съответстват на регулиране на скоростта чрез възбуждане, успоредни прави линии II се получават в резултат на промяна на напрежението на котвата, накрая вентилатор III е резултат от въвеждане на активно съпротивление в веригата на котвата.

Величината на тока на възбуждане на постоянен двигател може да се контролира с помощта на реостат или всяко устройство, чието съпротивление може да се променя по величина, като транзистор. С увеличаване на съпротивлението във веригата, токът на полето намалява, оборотите на двигателя се увеличават. При При отслабване на магнитния поток механичните характеристики се намират над естествения (т.е. над характеристиките при липса на реостат). Увеличаването на оборотите на двигателя води до увеличаване на искрящ под четките. Освен това, когато електродвигателят работи с отслабен поток, стабилността на неговата работа намалява, особено при променливи натоварвания на вала. Следователно ограниченията за контрол на скоростта по този начин не надвишават 1,25 — 1,3 пъти номиналното.

Регулирането на напрежението изисква постоянен източник на ток като генератор или преобразувател. Подобна регулация се използва във всички промишлени системи за електрическо задвижване: генератор — дзадвижване с постоянен ток (G — DPT), усилвател на електрическа машина — DC двигател (EMU — DPT), магнитен усилвател — DC двигател (MU — DPT), тиристорен преобразувател — DC двигател (T — DPT).

Спиране електродвигатели постоянен ток

В електрически задвижвания с електродвигатели DC се използват три метода на спиране: динамично, регенеративно и опозиционно спиране.

Динамично спиране DC мотор се извършва чрез късо съединение на намотката на котвата на двигателя или чрез резистор… При което постоянен двигател започва да работи като генератор, преобразуване на съхранената механична енергия в електрически. Тази енергия се отделя под формата на топлина в съпротивлението, към което намотката на котвата е затворена. Динамичното спиране осигурява прецизно спиране на двигателя.

Регенеративно спиране DC мотор извършва при свързване към мрежата електрически мотор се върти от задвижващия механизъм със скорост, надвишаваща идеалната скорост на празен ход. Тогава д. и т.н.s, индуцирани в намотката на двигателя, ще надвишат стойността на мрежовото напрежение, токът в намотката на двигателя ще обърне посоката. Електрически мотор отива на работа в режим генератор, давайки енергия на мрежата. В същото време на вала му възниква спирачен момент. Такъв режим може да се получи в задвижванията на повдигащи механизми при спускане на товара, както и при регулиране на скоростта на двигателя и по време на спирачни процеси в електрически задвижвания с постоянен ток.

Регенеративното спиране на двигател с постоянен ток е най -икономичният метод, тъй като в този случай електричеството се връща в мрежата. В електрическото задвижване на металорежещи машини този метод се използва за контрол на скоростта в системите G — DPT и EMU — DPT.

Спиране на опозицията DC мотор се извършва чрез промяна на полярността на напрежението и тока в намотката на котвата. Когато токът на котвата взаимодейства с магнитното поле на намотката за възбуждане, се създава спирачен момент, който намалява с намаляване на скоростта на въртене електрически мотор. Когато скоростта намалее електрически мотор до нула, електродвигателят трябва да бъде изключен от мрежата, в противен случай той ще започне да се върти в обратна посока.