Электродвигатели постоянного тока

Электродвигатели постоянного тока, в зависимости от способа возбуждения делятся на три группы:

параллельного возбуждения;

последовательного возбуждения;

смешанного возбуждения.

У электродвигателя параллельного возбуждения напряжение в сети, на которое включается двигатель, уравновешивается электродвижущей силой, индуктируемой в обмотке якоря, и падением напряжения на всех сопротивлениях якорной цепи

При введении реостата в цепь якоря увеличивается наклон механических характеристик, т.е. уменьшается их жесткость, но скорость идеального холостого хода не меняется.

Изменение напряжения, подаваемого на двигатель, вызывает изменение скорости идеального холостого хода, но перепад скорости остается постоянным. Если уменьшить поток возбуждения, то скорость идеального холостого хода увеличивается, но жесткость механических характеристик уменьшается

Рис. Схема двигателя постоянного тока параллельного возбуждения

У двигателя последовательного возбуждения ток якоря одновременно является током возбуждения, а это значит что поток возбуждения его зависит от нагрузки. Такая зависимость определяется кривой намагничивания железа машины и аналитического выражения не имеет.

Механическая характеристика для этих двигателей определяется на заводе- изготовителе экспериментально и приводится в каталогах в относительных единицах для каждой серии двигателей.

Она имеет ряд особенностей. Во-первых, при отсутствии нагрузки на валу двигателя скорость его резко возрастает (двигатель идет «вразнос» - ток двигателя и его поток возбуждения стремятся к нулю, а скорость – к бесконечности).

Во-вторых, при изменении нагрузки от холостого хода до номинальной скорость двигателя изменяется в больших пределах.

В-третьих, в области перегрузок двигателя характеристика становится жесткой, так как магнитная система машины насыщается, и увеличение тока не приводит к сколько-нибудь существенному увеличению потока.

При изменении момента сопротивления на валу двигателя в достаточно больших пределах мощность, развиваемая двигателем, остается практически постоянной.

У двигателя параллельного возбуждения пусковой момент увеличивается только за счет увеличения пускового тока, а двигателя последовательного возбуждения при этом несколько возрастает и поток возбуждения, хотя магнитная система двигателя насыщена. Таким образом, пусковой момент двигателя последовательного возбуждения, при всех прочих равных условиях, всегда больше чем у двигателей параллельного возбуждения.

Двигатели последовательного возбуждения применяются в электроприводе грузоподъемных транспортных устройств.

Рис. Схема двигателя постоянного тока смешанного возбуждения

У двигателей смешанного возбуждения поток возбуждения создается двумя обмотками. При проектировании такого двигателя соотношение намагничивающих сил параллельной и последовательной обмоток можно выбирать различным. Взаимное включение может быть согласным или встречным. От этого зависит вид механических характеристик двигателя.

Существует два типа двигателей смешанного возбуждения:

параллельная обмотка является основной, последовательная – слабой.

при номинальном токе якоря намагничивающая сила последовательной обмотки примерно равна намагничивающей силе параллельной.

Рис. Схема двигателя постоянного тока смешанного возбуждения.

Частоту вращения двигателя постоянного тока можно регулировать тремя способами:

изменение сопротивления реостата в цепи якоря;

изменение потока возбуждения;

изменение напряжения питания двигателя.

Изменение сопротивления реостата в цепи. Увеличение сопротивления реостата в цепи якоря приводит к уменьшению частоты вращения. Диапазон регулирования составляет около 5: 1 и ограничивается тем, что при большом сопротивлении реостата работа двигателя становится нестабильной.

Экономичность этого способа низкая, поскольку в цепи якоря выделяются потери энергии в виде тепла, пропорциональные перепаду частоты вращения. Но благодаря своей относительной простоте способ сравнительно широко применяется на судах.

Изменение потока возбуждения. У двигателей параллельного и смешанного возбуждения для изменения потока возбуждения используется реостат, включенный последовательно в цепь параллельной обмотки возбуждения. У двигателя последовательного возбуждения для этой цели реостат необходимо включать параллельно обмотке возбуждения.

Обычные двигатели постоянного тока допускают увеличение частоты вращения за счет ослабления поля не более чем на 30-40% выше номинальной. Ограничение частоты вращения при этом происходит из-за ухудшения условий коммутации на коллекторе.

Регулирование частоты вращения изменением потока возбуждения является экономичным, поскольку потери энергии в цепях возбуждения электрических машин составляют 1-5% мощности машины.

Изменение напряжения, подводимого к якорю двигателя. Изменять напряжение, подаваемое на якорь двигателя, можно в том случае, если двигатель получает питание от отдельного источника электроэнергии или от статического преобразователя

Электропривод, в котором исполнительный двигатель получает питание от отдельного генератора, называется системой генератор-двигатель. В качестве приводного двигателя может использоваться любой электрический или механический двигатель.

Напряжение генератора регулируется изменением тока в обмотке возбуждения генератора потенциометрическим реостатом управления.

Диапазон регулирования частоты в таких системах может быть 10: 1 и более. Также плюс такой системы в том, что рекуперативное торможение исполнительного двигателя может осуществляется почти до полной остановки.

В электроприводах рулевого устройства, брашпиля, шпиля и некоторых других в процессе работы возможны случаи заклинивания (перо от руля во льдах, отрыв якоря от грунта, втягивание якоря в клюз). При этом момент, развиваемый неподвижным двигателем, может вызвать поломки в механической части, а чрезмерное увеличение тока приведет к повреждению самого двигателя. В системе генератор-двигатель в этих случаях применяется генератор со смешанным возбуждением, причем последовательная обмотка включается встречно с независимой обмоткой. Увеличение нагрузки на двигатель, а следовательно, и увеличение тока главной цепи приводит к тому, что последовательная обмотка размагничивает генератор, напряжение его уменьшается.