Двигатели постоянного тока

                        1. Двигатели постоянного тока

      Двигатели  постоянного  тока  используются  в  прецизионных  приводах,
требующих плавного регулирования частоты вращения в широком диапазоне.
      Свойства  двигателя  постоянного  тока,  так  же  как  и  генераторов,
определяются способом возбуждения и схемой  включения  обмоток  возбуждения.
По  способу  возбуждения  можно  разделить  двигатели  постоянного  тока  на
двигатели с электромагнитным и магнитоэлектрическим возбуждением.
      Двигатели с электромагнитным возбуждением подразделяются на  двигатели
с параллельным, последовательным, смешанным и независимым возбуждением.
      Электрические машины постоянного тока обратимы, то есть,  возможна  их
работа в качестве двигателей или генераторов.
      Например, если  в системе управления  с  использованием  генератора  в
обратной связи отсоединить генератор  от  первичного  двигателя  и  подвести
напряжение к обмоткам якоря и  возбуждения,  то  якорь  начнет  вращаться  и
машина  будет  работать   как   двигатель   постоянного   тока,   преобразуя
электрическую энергию в  механическую.  Двигатели  независимого  возбуждения
наиболее  полно  удовлетворяют   основным   требованиям   к   исполнительным
двигателям самоторможение двигателя при снятии сигнала  управления,  широкий
диапазон  регулирования  частоты   вращения,   линейность   механических   и
регулировочных  характеристик,  устойчивость  работы   во   всем   диапазоне
вращения, малая мощность управления, высокое быстродействие, малые  габариты
и масса.
      Однако  двигатели  постоянного  тока  имеют  существенные  недостатки,
накладывающие  ограничение  на  область  их  применения  малый  срок  службы
щеточного устройства из-за наличия  скользящего  контакта  между  щетками  и
коллектором, скользящий контакт является источником радиопомех.


                                    [pic]



       Рис. 1.1. Структурная  схема двигателя независимого возбуждения



      Подставим в уравнение второго закона Кирхгофа для якорной цепи [pic] и
[pic] получим
                                   [pic],
                                   [pic],
где [pic]- якорное сопротивление, [pic]- добавочное сопротивление.
      Электродвижущая  сила  (ЭДС)  якоря  -  [pic]пропорциональна   угловой
скорости - [pic], связь между ЭДС  и  угловой  скоростью,  а  так  же  между
вращающим моментом [pic] и [pic] в системе  единиц  СИ  определяется  единым
электромагнитным коэффициентом
                                   [pic],
где [pic] - число пар полюсов двигателя, [pic] - число  проводников  обмотки
якоря, [pic]  -  число  пар  параллельных  ветвей  обмотки  якоря,  [pic]  -
магнитный поток.
      Причем
                                   [pic],
где [pic] - конструктивный коэффициент.
                                   [pic],
                                   [pic],
      тогда E якоря
                                   [pic],
а момент
                                   [pic],
и напряжение, подаваемое на двигатель

                                   [pic],
откуда
                                   [pic],

механическая характеристика двигателя постоянного тока записывается в виде

                                   [pic].

      Следовательно, механическая характеристика при Ф = const  представляет
собой  прямую  линию.  Угловую  скорость,  соответствующую  при  М  =  0   и
номинальном напряжении - Uном запишем в виде
                                   [pic].

      Эту скорость называют угловой скоростью идеального холостого хода.

                                   [pic],

                                    [pic]

         Рис. 1.2. Механические характеристики в двигательном режиме



      Рассмотрим установившиеся режимы работы двигателя постоянного тока для
случая соответствующего постоянному моменту сопротивления.
      Такая  схема  нагружения  двигателя  постоянного  тока   соответствует
подъему или спуску постоянного груза.

                                    [pic]

    Рис. 1.3. Структурная схема нагружения двигателя постоянного тока для
                       постоянного момента нагружения



      Рассмотрим обобщенные механические характеристики двигателя
постоянного тока

                                    [pic]
      Рис. 1.4. Механическая характеристика двигателя постоянного тока

      В первом квадранте двигатель постоянного тока находится в двигательном
режиме и потребляет энергию из сети. При вращении якоря  со  скоростью  (>(0
двигатель постоянного тока переходит из двигательного режима с моментом  М>0
(первый квадрант) в генераторный режим  (второй  квадрант)  с  отрицательным
вращающим  моментом  (якорь   вращается   перпендикулярно,   например,   под
действием инерции исполнительного механизма). При этом момент  М<0  и  Iя<0,
т.е. двигатель постоянного тока отдает энергию в сеть.
      Положив в  выражение  для  механической  характеристики  (=0  и  R=Rя,
U=Uном, получим пусковой момент
                                   [pic].
      Так как пусковой ток
      [pic],
      то
      [pic].

      При  включении  двигателя  без  добавочного  резистора   (естественная
характеристика  -  1)  груз  поднимается  со  скоростью  двигателя  (1.  При
включении добавочного резистора (искусственная характеристика - 2)  груз  не
подвижен   ((2=0).   При   работе   двигателя   в    режиме,    определяемом
характеристикой  3,  груз  опускается   со   скоростью   (1,   искусственная
характеристика   4   соответствует    режиму    динамического    торможения,
заключающемуся в отсоединении якорной цепи от источника и  замыкании  ее  на
добавочный  резистор,  характеристика  5  аналогична  характеристике  2,  но
напряжение  U=Uном,  характеристика  6  параллельна   характеристики   1   и
соответствует во втором квадранте  противовключению  при  подаче  напряжения
U=Uном.