Двигатели постоянного тока: пуск, регулирование скорости, тормозные режимы

Двигатели постоянного тока находят широкое применение в промышленных, транспортных и других установках, где требуется широкое и плавное регулирование скорости вращения (прокатные станы, мощные металлорежущие станки, электрическая тяга на транспорте и т. д.).

По способу возбуждения двигатели постоянного тока подразделяются аналогично генераторам на двигатели независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения.

1. Устройство двигателя

Конструктивно машина постоянного тока состоит из неподвижного статора (индуктора) с полюсами и вращающегося ротора (якоря) с коллектором. Статор является источником магнитного поля и механическим остовом машины, якорь — часть машины, в обмотке которой индуцируется э. д. с.

Рис. 1. Устройство простейшего двигателя постоянного тока

На одном валу с якорем жестко закрепляется коллектор, электрически соединенный с его обмоткой. Коллектор — характерная деталь машины постоянного тока. Его медных пластин касаются неподвижные угольно-графитовые щетки, размещенные в щеткодержателях на траверсе и электрически соединенные с внешней цепью. Во избежание искрения щетки тщательно притираются к коллектору, а их умеренный нажим должен быть отрегулирован [1, c. 66].

Принцип действия машин постоянного тока основан на законе электромагнитной индукции и законе Ампера. Магнитное поле машины создается постоянным током (током возбуждения) в обмотке полюсов или постоянными магнитами в машинах малой мощности. Его силовые линии замыкаются через стальные станину, сердечники полюсов и сердечник якоря, дважды преодолевая на своем пути воздушный зазор между ними. Магнитная цепь четырехполюсной машины постоянного тока разветвленная, симметричная. Плоскость, проходящую через ось машины под углом а, при котором она перпендикулярна к силовым линиям, называют геометрической нейтралью (при а. = 0).

Существует два режима работы эл. двигателей

а: режим генератора

б: режим двигателя

В режиме генератора машина преобразует механическую энергию в электрическую: к обмотке возбуждения статора подводится постоянный ток возбуждения, а якорь вращается каким-либо первичным двигателем. При этом провода обмотки якоря пересекают магнитные силовые линии полюсов и в них индуцируются э. д. с. С помощью коллектора и щеток, которые являются механическим выпрямителем, эти переменные пульсирующие э. д. с. суммируются в постоянную по значению и направлению э. д. с. машины Е.

8 стр., 3630 слов

Генераторы постоянного тока

... генераторах постоянного тока, как и в других машинах постоянного тока, кроме потерь мощности в обмотках возбуждения, различают следующие виды потерь: механические потери мощности, потери на перемагничивание и вихревые токи магнитопровода якоря, потери мощности в обмотках якоря. ...

Если к щеткам подключить приемник, то в нем установится постоянный ток I.

В режиме двигателя машина преобразует электрическую энергию в механическую: к якорю и к обмотке возбуждения машины одновременно подводится постоянный ток от источника. Взаимодействие магнитного поля полюсов статора с током обмотки якоря создает вращающий электромагнитный момент, который и приводит в движение якорь (ротор).

Статор (индуктор) машины постоянного тока состоит из цилиндрической станины (корпуса), полюсов с обмоткой возбуждения и подшипниковых щитов.

Станина, являющаяся основой неподвижной части машины, отливается или выполняется сварной из стали с большой магнитной проницаемостью, так как играет роль и магнитопровода. На внутренней стороне станины располагаются симметрично полюсы. В машинах малой и средней мощностей к цилиндрической танине с торцов крепятся подшипниковые щиты с подшипниками. В мощных машинах подшипники иногда выносятся на отдельные стояки.

Основные полюсы с током в катушках обмотки создают в машине магнитное поле. Каждый полюс является электромагнитом, состоит из стального сердечника с полюсным наконечником (башмаком) и катушечной обмотки из изолированного медного провода. Обмотка основных полюсов составляет обмотку возбуждения машины. Сердечник полюса для уменьшения потерь на вихревые токи (возникающих в полюсном наконечнике из-за пульсации магнитной индукции при вращении якоря с зубчатой поверхностью) набирается в виде пакета из листовой электротехнической стали толщиной 0,5-2 мм и стягивается шпильками. Полюсы крепятся к станине болтами или шпильками [5, c. 175].

Добавочные полюсы устроены аналогично, но их сердечники чаще делаются из литой стали и имеют малую магнитную индукцию. Они устанавливаются симметрично между основными полюсами, содержат обмотку из толстого изолированного провода (включается последовательно с якорем) и предназначаются для устранения искрения щеток.

Якорь (ротор) машины постоянного тока состоит из стального вала, стального сердечника, обмотки и коллектора.

Сердечник якоря представляет собой цилиндрический барабан, в продольных наружных пазах которого размещается обмотка якоря. Для уменьшения потерь на вихревые токи (во время работы якорь вращается в постоянном и неподвижном магнитном поле статора) сердечник набирается из изолированных штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм. Сердечник жестко закрепляется на валу (шпонкой или нажимными шайбами).

Для лучшего охлаждения в сердечнике якоря имеются осевые вентиляционные каналы, а в машинах большой мощности — и радиальные каналы между пакетами сердечника. В машинах малой и средней мощностей применяется самовентиляция — воздух прогоняется вентилятором, который насаживается на вал якоря, в машинах большой мощности используется независимое охлаждение — от вентилятора с собственным приводом. В сердечниках якоря имеются пазы разнообразной формы: полузакрытый грушевидный, и открытый прямоугольный.

Коллектор набирается из клинообразных медных пластин (ламелей), которые изолируются друг от друга миканитом. В прорезь выступа коллекторной пластины впаиваются два конца соседних секций обмотки якоря [4, c. 201].

5 стр., 2172 слов

Конструкция машин постоянного тока

... выпуска машин переменного тока, что обусловлено дороговизной двигателей постоянного тока. Основные элементы конструкции МПТ В машинах постоянного тока насажанный на вал роторный сердечник вместе с заложенной в его пазах якорной обмоткой обычно называется якорем. Якорь машины постоянного тока ...

В машинах малой мощности с частотой вращения до 10 тыс. об/мин коллектор может иметь пластмассовый корпус.

Обмотка якоря машины постоянного тока электрически замкнута. Однако, поскольку она выполнена симметричной, как и чередующиеся полюсы статора, алгебраическая сумма индуцированных в ней пульсирующих э. д. с. равна нулю и ток в контуре обмотки отсутствует. Для получения на обмотке якоря эквивалентной выпрямленной э. д. с., которая является источником постоянного тока для внешней цепи, используются коллектор и щетки.

Работа коллектора наглядно может быть иллюстрирована схемой кольцевого якоря, где обмотка якоря изображена без кольцевого сердечника в виде шести витков-секций, соединенных в замкнутый контур и связанных электрически с коллектором. Чтобы не затемнять схему, условно щетки с выводами для внешней цепи изображены на внутренней стороне пластин коллектора. Направление э. д. с. в витках обмотки якоря, вращающегося с угловой частотой относительно неподвижных полюсов и щеток, определяется правилом правой руки. Как следует из рис. 2.4,а, обмотка якоря делится щетками на две параллельные симметричные ветви, э. д. с. которых направлены встречно [4, c. 202].

Для получения наибольшего возможного значения эквивалентной выпрямленной э. д. с. е во внешней цепи щетки устанавливаются на геометрической нейтрали, т. е. в таком положении, чтобы они соединялись через коллекторные пластины с секциями обмотки, которые в данный момент проходят через геометрическую нейтраль и не пересекают линии магнитного поля статора (е == 0).

Как в верхней, так и в нижней ветви обмотки (см. рис. 2.4,и) пульсирующие переменные э. д. с. отдельных секций складываются. Следовательно, эквивалентная э. д. с. машины е между щетками равна сумме мгновенных э.д.с.ек всех секций верхней или нижней ветви обмотки:

двигатель обмотка якорь ток

е= е1+е2+е3=е4+е5+е6

и является пульсирующей, как показано на графиках э. д. с.

При вращении якоря, благодаря симметрии машины, эквивалентная э. д. с. е между щетками пульсирует мало: выход из состава верхней ветви одной секции, например 1(е1) при правом вращении, одновременно компенсируется переходом в эту ветвь противоположно расположенной секции 4 (е4) из нижней ветви. При этом их э. д. с. меняют направление, так как наводятся полями других полюсов.

В реальных машинах постоянного тока обмотка якоря насчитывает десятки секций (соответственно столько же пластин имеет коллектор) и пульсация выпрямленной э. д. с. становится практически незаметной. Поэтому э. д. с. якоря Е оказывается постоянной .

В двухполюсной машине имеются две параллельных ветви в обмотке якоря, т. е. число пар параллельных ветвей а = 1. С увеличением числа полюсов (и щеток) в машине соответственно возрастает и число пар параллельных ветвей обмотки якоря. Для четырехполюсной машины а = 2.

Современные машины имеют барабанный якорь с двухслойной обмоткой, которая по типу может быть петлевой (параллельной), волновой (последовательной) и комбинированной, сочетающей в себе элементы двух первых [4, c. 205].

Обмотка якоря составляется из отдельных секций, концы которых припаиваются к пластинам коллектора. Секции имеют по два активных участка и могут состоять из одного, двух или нескольких витков. Секции обмотки укладываются в пазах барабана якоря в два слоя (один участок вверху одного паза, другой — внизу другого паза) и в определенном порядке, чтобы при вращении якоря их участки всегда находились под разными полюсами статора (отстояли друг от друга примерно на одно полюсное деление т), т. е. чтобы индуцированные в них э. д. с. действовали согласно и складывались.

15 стр., 7077 слов

Технология ремонта обмоток электрических машин

... в пазы сердечника статора проводов катушки всыпной обмотки При ремонте электрических машин старых конструкций с закрытыми пазами рекомендуется до начала демонтажа обмотки снять с натуры ее обмоточные данные (диаметр ... можно приближенно определить длину . Для двухслойной катушечной обмотки ф (3) где коэффициент К принимается в зависимости от числа полюсов, 2р = 2; 4; 6; 8; К = 1,3; ...

Для правильной укладки секций обмотки в пазах барабана якоря и соединения их с коллектором необходимо знать: полюсное деление, шаги обмотки по якорю и шаг по коллектору. Полюсное деление — это окружности якоря, приходящаяся на один полюс, или расстояние между осями соседних полюсов:

  • где D — диаметр якоря; 2р — число основных полюсов (р — число пар полюсов) машины.

Петлевая обмотка наматывается так, что конец ее последней секции соединяется с началом первой т. е. она всегда замкнута. При обходе замкнутой петлевой обмотки э д. с. в ее секциях изменяют свое направление под каждым полюсом. Обмотка делится на число пар параллельных ветвей а равное числу пар основных полюсов машины, т. е. для петлевой обмотки всегда

a=p

Такое деление обмотки фиксируется щетками на коллекторе. Число щеток равно числу основных полюсов машины. Щетки устанавливаются на коллекторе по оси полюсов (при наличии добавочных полюсов) так, чтобы они соединялись с участками секции, которые в данный момент почти не пересекают силовые линии. Каждая щетка обычно перекрывает на коллекторе несколько пластин. Так как секции в каждой параллельной ветви обмотки соединены последовательно, то их э. д. с. складываются. В машине все параллельные ветви и их щетки соединяются параллельно, поэтому петлевая обмотка называется еще параллельной [5, c. 177].

Концы секций волновой обмотки присоединяются к пластинам коллектора, расстояние между которыми почти равно двойному полюсному делению. Эта обмотка несколько раз обходит якорь по окружности, прежде чем ее стержни займут все пазы и конец последней секции соединится с началом первой. Индуцированные в участках секции переменные э. д. с. имеют согласованное направление.

В волновой обмотке, в отличие от петлевой, число параллельных ветвей всегда равно двум независимо от числа полюсов машины, т. е.,

a = 1

Так получается потому, что каждая половина секций, расположенных под основными «северными» N или «южными» 5 полюсами, образует лишь одну параллельную ветвь. Однако для уменьшения размеров коллектора и разгрузки щеток в машинах с волновой обмоткой число щеток берут равным числу основных полюсов 2р и соединяют их через одну в две цепи.

Комбинированная обмотка применяется в мощных машинах постоянного тока при напряжении свыше 600 В.

2. Пуск двигателя постоянного тока

При включении двигателя возникает большой пусковой ток, превышающий номинальный в 10 — 20 раз. Для ограничения пускового тока двигателей мощностью более 0,5 кВт последовательно с цепью якоря включают пусковой реостат.

Величину сопротивления пускового реостата можно определить по выражению

Rn =U/(1,8 — 2,5) Iном

где U — напряжение сети, В;

  • Iном — номинальный ток двигателя. А;
  • Rя — сопротивление обмотки якоря, Ом.

Перед включением двигателя необходимо убедиться в том, что рычаг пускового реостата находится на холостом контакте. Затем включают рубильник и рычаг реостата переводят на первый промежуточный контакт. При этом двигатель возбуждается, а в цепи якоря появляется пусковой ток, величина которого ограничена всеми четырьмя секциями сопротивления Rn. По мере увеличения частоты вращения якоря пусковой ток уменьшается и рычаг реостата переводят на второй, третий контакт и т.д., пока он не окажется на рабочем контакте.

7 стр., 3080 слов

Регулирование скорости (частоты вращения) асинхронного двигателя

... торможения. Подробно принципы и схемы частотного регулирования скорости асинхронного двигателя рассмотрены ниже. Изменение скорости переключением числа пар полюсов асинхронного двигателя позволяет получать несколько (от ... как следствие будет уменьшаться допустимый момент. Для наилучшего использования асинхронного двигателя при регулировании угловой скорости изменением частоты необходимо регулировать ...

Пусковые реостаты рассчитаны на кратковременный режим работы, а поэтому рычаг реостата нельзя длительно задерживать на промежуточных контактах: в этом случае сопротивления реостата перегреваются и могут перегореть.

Прежде чем отключить двигатель от сети, необходимо рукоятку реостата перевести в крайнее левое положение. При этом двигатель отключается от сети, но цепь обмотки возбуждения остается замкнутой на сопротивление реостата. В противном случае могут появиться большие перенапряжения в обмотке возбуждения в момент размыкания цепи.

При пуске в ход двигателей постоянного тока регулировочный реостат в цепи обмотки возбуждения следует полностью вывести для увеличения потока возбуждения.

Для пуска двигателей с последовательным возбуждением применяют двухзажимные пусковые реостаты, отличающиеся от трехзажимных отсутствием медной дуги и наличием только двух зажимов — Л и Я.

3. Регулировка скорости

В качестве исполнительных двигателей систем автоматического управления используют в основном машины постоянного тока с независимым возбуждением. Для регулирования угловой скорости ротора исполнительных двигателей постоянного тока используют два основных вида управления:1) непрерывное — изменением во времени амплитуды напряжения; 2) импульсное — изменением времени, в течение которого к двигателю подводится номинальное напряжение.

Напряжением управления может быть напряжение на обмотке якоря (якорное управление) или на обмотке возбуждения главных полюсов (полюсное управление).

Якорный непрерывный способ управления. При анализе характеристик принимаем, что отсутствуют реакция якоря (магнитный поток машины Ф = Фв) и насыщение магнитопровода. Магнитный поток создается током, протекающим по обмотке возбуждения главных полюсов (рис. 2 а), либо постоянными магнитами (рис. 2 б).

Рис. 2

В первом случае обмотка возбуждения постоянно подключается к независимому источнику питания с напряжением U, равным номинальному для двигателя (U=const, Ф=const).

Угловая скорость ротора регулируется изменением напряжения управления Uy на обмотке якоря. Анализ начнем с получения уравнений механических и регулировочных характеристик. Эти уравнения принято рассматривать в относительных единицах:

  • коэффициент сигнала ? = Uу/ Uу.ном;
  • относительная угловая скорость ?* = ?/?о.ид;
  • относительный момент M* = Mэм/Mп.

Здесь ?ид — угловая скорость идеального х.х. при ? = 1, Mп — пусковой момент при ? = 1.

Для исполнительного двигателя с якорным управлением при произвольном ? уравнение с учетом при Rд = 0 принимает вид

? = ?Uу.ном/кФ — Rя/(кФ)2Mэм = ?? о.ид — Rя/(кФ)2Mэм,

Делим правую и левую части уравнения на ?ид:

6 стр., 2641 слов

Электрические двигатели и генераторы постоянного тока

... вращения электродвигателя постоянного тока необходимо изменить полярность напряжения, подводимого к якорю или обмотке возбуждения. В зависимости от способа включения обмотки возбуждения различают электродвигатели постоянного тока с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением. У двигателей с параллельным возбуждением обмотка ...

? /?ид = ?* = ? -RяMэм/(кФ)2?о.ид.

Находим выражение пускового момента при ? = 1 из, приравнивая ? нулю:

Mn = (кФ)2?о.ид/Rя,

Подставляем в и после преобразований получаем

? * = ? — M*

Механические характеристики обеспечивают устойчивость работы двигателя при якорном управлении во всем диапазоне угловых скоростей ?* =0 — 1. Жесткость механических характеристик остается неизменной при любом коэффициенте сигнала ?. Максимальный вращающий момент двигатель развивает при пуске. Значение пускового момента в относительных единицах равно коэффициенту сигнала:

Mпа* = ?

т.е. пусковой момент прямо пропорционален напряжению управления. Прямо пропорциональна напряжению управления и скорость холостого хода: ?оа* = ?.

Якорный способ управления обеспечивает линейную зависимость угловой скорости ротора от напряжения управления при любом моменте нагрузки на валу. Следует отметить, что регулировочная характеристика ненагруженного двигателя начинается от нуля только в идеальном случае (M*=0), когда механические потери в двигателе равны нулю. У реальных исполнительных двигателей в режиме х.х. (пунктирная линия) ротор начинает вращаться при определенном напряжении трогания Uтр, отличном от нуля (соответствующий коэффициент сигнала обозначен ?тр).

Значение ?тр зависит от момента трения в двигателе и определяет зону нечувствительности; у исполнительных двигателей постоянного тока ?тр не превышает 0,05. Диапазон регулирования скорости в разомкнутом приводе составляет D = (20 — 10):I.

Рис.3

При якорном управлении мощность управления, потребляемая якорем, составляет 80-95% от всей потребляемой мощности (меньшие значения относятся к двигателям меньшей мощности).

Мощность управления Рy= UyIy возрастает пропорционально увеличению напряжения управления и момента нагрузки на валу. Значительная мощность управления — недостаток якорного способа, поскольку возникает необходимость в мощных источниках сигнала управления (электронных, магнитных усилителях и т.д.).

Якорный способ управления исполнительными двигателями постоянного тока обеспечивает отсутствие самохода. При снятом сигнале управления ток якоря, а следовательно, и вращающий момент, равны нулю и ротор останавливается.

Полюсный непрерывный способ управления. При этом способе на обмотку якоря постоянно подается номинальное напряжение Uя.ном от независимого источника питания U. Управление угловой скоростью якоря осуществляется за счет изменения напряжения управления Uy на обмотке главных полюсов.

Магнитный поток машины Ф при отсутствии насыщения изменяется пропорционально напряжению управления. Для произвольного коэффициента сигнала поток Ф=?Фном (где Фном — значение потока при ?=1).

Тогда на основании и получим уравнение механической характеристики при полюсном способе управления:

? =Uя.ном/?КФном — Rя/(?КФном)2Mэм = ?0.ид/? —

Rя/(?КФном)2Mэм.

Разделим правую и левую части уравнения (5.47) на ?0.ид и преобразуем полученное выражение с учетом:

? *=(?-M*)/?2

При ?=const выражение является уравнением механической характеристики, а при М=const — уравнением регулировочной характеристики исполнительного двигателя с полюсным управлением.

5 стр., 2470 слов

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения

... двигателя независимого возбуждения. Рис. 1. 2. Зависимость момента и скорости от тока i якоря. Зависимость момента и скорости от тока i якоря двигателя последовательного возбуждения в относительных единицах: ; ; ; . Для линеаризованной зависимости между потоком и током якоря ...

В режиме идеального холостого хода (М * =0) угловая скорость изменяется обратно пропорционально сигналу управления и при угловая скорость стремится к бесконечности. В реальном двигателе эта скорость ограничена, так как к валу всегда приложен момент трения. Если напряжение управления равно нулю, то вращающий момент создается за счет взаимодействия потока остаточного магнетизма полюсов и тока в якоре. Следовательно, в прецизионных двигателях с малым моментом трения при полюсном управлении теоретически возможен самоход. Если момент сопротивления на валу окажется больше, чем вращающий момент от потока остаточного магнетизма, то ротор остановится.

При малой нагрузке (М *<0.5) c увеличением сигнала управления угловая скорость вначале растет, а затем, достигнув максимума, начинает уменьшаться, т.е. одна угловая скорость соответствует двум значениям коэффициента сигнала. Неоднозначность исчезает, и закон изменения скорости становится монотонно возрастающим только при значениях момента М * ? 0.5.

Проведенный анализ характеристик позволяет сравнить непрерывные способы управления. Преимущества якорного способа:

1) линейность и однозначность регулировочных характеристик при любом значении момента;

2) постоянная жесткость механических характеристик при различных значениях сигнала управления;

3) ток через щеточный контакт проходит только при вращении ротора, что предотвращает пригорание коллектора от местного нагрева при отсутствии вращения;

4) индуктивность обмотки якоря значительно меньше индуктивности обмотки главных полюсов (меньше число витков), что обеспечивает более высокую скорость электромагнитных переходных процессов.

Преимуществом полюсного способа управления является только значительно меньшая мощность управления, — в главных полюсах выделяется обычно не более 5-20% от полной мощности, потребляемой двигателем. Благодаря значительным преимуществам якорный способ управления используют в большинстве схем.

Как отмечалось, уравнения механических и регулировочных характеристик исполнительных двигателей постоянного тока были получены без учета реакции якоря. У реальной машины под воздействием реакции якоря механические и регулировочные характеристики могут быть нелинейными.

Импульсный способ управления. Наиболее широкое применение из всех видов импульсного регулирования для управления двигателями постоянного тока нашло широтно-импульсное регулирование напряжения (ШИР).

Импульсное регулирование возможно как со стороны якоря, так и со стороны обмотки возбуждения главных полюсов, однако наиболее распространено импульсное якорное управление. Сущность импульсного способа состоит в том, что регулирование угловой скорости ротора достигается не за счет изменения напряжения управления, непрерывно подводимого к якорю двигателя, а путем изменения времени, в течение которого подводится номинальное напряжение.

Иначе говоря, при импульсном способе микродвигателю подводятся импульсы неизменного по амплитуде напряжения управления U у.ном, в результате чего его работа состоит из чередующихся периодов разгона и торможения. Если эти периоды малы по сравнению с полным временем разгона и остановки ротора, то угловая скорость ротора не успевает к концу каждого периода достигать установившихся значений и установится некоторая средняя угловая скорость . Значение при неизменных моменте нагрузки и напряжении возбуждения однозначно определяется относительной продолжительностью импульсов ?:

5 стр., 2156 слов

Система управление двигателем

... к современному автомобилю. Системы управления бензиновым двигателем. Во всех системах без исключения впрыск осуществляется форсункой - инжектором. Форсунка состоит из корпуса, в котором установлены игольчатый клапан, стальной якорь, винтовая пружина ...

? =tи/Ти

где t и- длительность импульса; Т и — период. С увеличением относительной продолжительности импульсов угловая скорость ротора растет (?’ср>?ср).В период паузы tп ротор обязательно должен тормозиться. Если это условие не будет выполняться, то угловая скорость ротора при любом значении ? будет непрерывно увеличиваться, пока не достигнет значения угловой скорости х.х., так как во время импульса угловая скорость будет возрастать, а во время паузы — оставаться практически неизменной.

С ростом частоты управляющих импульсов амплитуда колебаний скорости уменьшается; среднее значение угловой скорости остается при этом неизменным.

В зависимости от параметров двигателя схемы управления и момента нагрузки возможны два основных режима работы двигателя: режим прерывистого тока и режим непрерывного тока.

4. Тормозные режимы

Двигатель параллельного возбуждения. В двигателе параллельного возбуждения можно осуществить электрическое торможение: противовключением, генераторное (рекуперативное) и динамическое. Во всех этих режимах в электродвигателе создается тормозной момент, так как его электромагнитный момент действует встречно вращению якоря машины. Тормозные режимы работы двигателя параллельного возбуждения можно рассмотреть на механической характеристике, продолжив ее в об стороны за пределы первого квадранта.

Торможение противовключением обычно осуществляется изменением направления тока якоря на ходу двигателя, как при реверсировании. В этом случае электромагнитный момент двигателя меняет свое направление и действует встречно, т. е. тормозит вращающийся в прежнем направлении якорь. Такое торможение сопровождается значительным увеличением тока якоря. При переключении цепи якоря на торможение изменяется полярность напряжения U на якоре. Ток якоря резко увеличивается согласно уравнению равен

Iя = (—U — Е) / Rя= —(U + Е) / Rя.

Для его ограничения в цепь якоря на время торможения последовательно вводится добавочный резистор сопротивлением Rт. Чтобы двигатель после торможения не начал вращаться в обратную сторону, при снижении частоты вращения до нуля его необходимо отключить от сети.

Режим противовключения двигателя может быть и без переключения цепи якоря, например при спуске груза подъемным краном, когда двигатель лебедки сдерживает опускание груза. Двигатель при этом включается на подъем груза, но его якорь под действием массы груза вынужден вращаться в обратную сторону — в сторону спуска груза [5, c. 180].

Генераторное торможение наступает, если якорь двигателя под действием внешнего воздействия, например, при спуске груза, превысит частоту вращения идеального XX n0. Э. д. с. якоря увеличится и станет больше напряжения сети (Е =U при n= n0).

В результате ток якоря Iя= (U— Е)/Rя станет отрицательным, т. е. изменит свое направление. Машина без изменения направления вращения будет работать в режиме генератора за счет механической энергии извне, а ее электромагнитный момент станет тормозным. Поскольку такое торможение сопровождается возвращением энергии в сеть, оно называется еще рекуперативным торможением.

Рекуперативное торможение широко применяется на электрифицированных железных дорогах и является важным источником экономии электроэнергии.

6 стр., 2611 слов

Технология ремонта якоря тягового электродвигателя

... поэтому строжайшее соблюдение установленной технологии является непременным условием безотказной работы тягового подвижного состава. Основным видом ... используют однофазные коллекторные двигатели, имеющие худшие показатели, чем двигатели постоянного тока. Эти двигатели не могут работать ... одним из трудоемких узлов в ремонте является тяговый электродвигатель локомотива. Восстановительный процесс должен ...

Динамическое торможение чаще всего используется для быстрого останова двигателя. Торможение осуществляется отключением якоря от сети (цепь возбуждения остается включенной) и замыканием его на резистор сопротивлением Rд. Ток якоря, вызванный э. д. с. Е, вращающейся по инерции машины (фактически работающей в режиме генератора), имеет обратное направление в сравнении с режимом двигателя и потому создает тормозной электромагнитный момент. В конце торможения он становится равным нулю (n= 0, Е = 0).

Двигатели параллельного возбуждения широко применяются для привода металлорежущих станков, насосов, вентиляторов, центрифуг, ткацких машин, прокатных станов, шахтных подъемников, в качестве тягового двигателя подвесных электрифицированных дорог, в судовых и других установках, требующих стабильной частоты вращения с возможностью плавного регулирования ее в широких пределах в зависимости от требований технологического процесса [5, c. 179].

Двигатель последовательного возбуждения. Для двигателя последовательного возбуждения возможно торможение противовключением и динамическое торможение. Торможение противовключением производится так, как и в двигателе параллельного возбуждения. Динамическое торможение двигателя, которое применяется реже, осуществляется так: двигатель отключается от источника, замыкается на ограничительный резистор сопротивлением Rд. и оказывается в режиме генератора последовательного возбуждения. Запас кинетической энергии системы во время торможения преобразуется в электроэнергию цепи якоря и превращается в теплоту.

Двигатели последовательного возбуждения широко применяются на электротранспорте (тяговые двигатели) и в подъемных установках (крановые двигатели), где требуется большой вращающий момент (особенно при пуске).

Двигатель смешанного возбуждения. Тормозные электромагниты используются для дистанционного и автоматического управления механическими (ленточными и колодочными) тормозами электроприводов, особенно лебедок подъемно-транспортных средств (кранов, экскаваторов, лифтов и др.), всегда заторможенных при отключенном электродвигателе (включаются параллельно двигателю электропривода и автоматически растормаживают его при включении в сеть).

Промышленность изготовляет тормозные электромагниты длинно-ходовые трехфазные серии КМТ на напряжение 220/380 В; серий КМТД (подъемных кранов) и ТКТ (колодочные); однофазного тока длинноходовые серий ЭС-1, ЭСВ-3 (взрывобезопасные), короткоходовые (с ходом якоря до 5 мм) с поворотным якорем серии МО в открытом исполнении и серии МТ (маслонаполненные) и др.

Заключение

Конструктивно машина постоянного тока состоит из неподвижного статора (индуктора) с полюсами и вращающегося ротора (якоря) с коллектором. Статор является источником магнитного поля и механическим остовом машины, якорь — часть машины, в обмотке которой индуцируется э. д. с.

При включении двигателя возникает большой пусковой ток, превышающий номинальный в 10 — 20 раз. Для ограничения пускового тока двигателей мощностью более 0,5 кВт последовательно с цепью якоря включают пусковой реостат.

Для регулирования угловой скорости ротора исполнительных двигателей постоянного тока используют два основных вида управления:1) непрерывное — изменением во времени амплитуды напряжения; 2) импульсное — изменением времени, в течение которого к двигателю подводится номинальное напряжение.

И в заключение приведем основные недостатки и достоинства двигателей постоянного тока:

Достоинства:

  • Простота устройства и управления
  • Практически линейные механическая и регулировочная характеристики двигателя

Недостатки:

  • Необходимость профилактического обслуживания коллекторно-щёточных узлов

— Ограниченный срок службы из-за износа коллектора

Список литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/pusk-i-hod-dvigatelya-postoyannogo-toka/

1. Александров М.П. Двигатели. — М.: Машиностроение, 1994.

2. Лихачев В.Л. Электродвигатели. — М.: Инфра-М, 2006.

3. Машины и агрегаты. Учебник для вузов / Целиков А.И., Полухин П.И., Гребенюк В.М. и др. 2-ое изд., перераб и доп. — М.: Металлургия, 1998.

4. Тюрин В.В. Электротехника. — М.: Норма, 2003.

5. Справочник обмотчика асинхронных электродвигателей / Под ред. Ложкина В.А. — Ростов-на-Дону: Феникс, 2007.