Електричні двигуни, що рухаються шляхом впливу постійного струму, застосовуються значно рідше, порівняно з двигунами, що працюють від змінного струму. У побутових умовах електродвигуни постійного струму використовуються в дитячих іграшках з живленням від звичайних батарей з постійним струмом. На виробництві електродвигуни постійного струму приводять у дію різні агрегати та устаткування. Живлення для них підводиться від потужних акумуляторних батарей.

Пристрій та принцип роботи

Електродвигуни постійного струму по конструкції подібні до синхронних двигунів змінного струму, з різницею в типі струму. У простих демонстраційних моделях двигуна застосовували один магніт і рамку з струмом, що проходить по ній. Такий пристрій розглядався як простий приклад. Сучасні двигуниє досконалими складними пристроями, здатними розвивати більшу потужність.

Головною обмоткою двигуна служить якір, на який подається живлення через колектор та щітковий механізм. Він здійснює обертальний рух у магнітному полі, утвореному полюсами статора (корпусу двигуна). Якір виготовляється з кількох обмоток, покладених у його пазах, і закріплених там спеціальним епоксидним складом.

Статор може складатися з обмоток збудження або постійних магнітів. У малопотужних двигунах використовують постійні магніти, а двигунах з підвищеною потужністю статор забезпечений обмотками збудження. Статор з торців закритий кришками з вбудованими в них підшипниками, які служать для обертання валу якоря. На одному кінці цього валу закріплений вентилятор, що охолоджує, який створює напір повітря і проганяє його по внутрішній частині двигуна під час роботи.

Принцип дії такого двигуна ґрунтується на законі Ампера. При розміщенні дротяної рамки в магнітному полі вона буде обертатися. Струм, що проходить по ній, створює навколо себе магнітне поле, що взаємодіє із зовнішнім магнітним полем, що призводить до обертання рамки. У сучасній конструкції двигуна роль рамки відіграє якір з обмотками. Там подається струм, у результаті навколо якоря створюється , що призводить його у обертальний рух.

Для почергової подачі струму на обмотки якоря застосовуються спеціальні щітки зі сплаву графіту та міді.

Висновки обмоток якоря об'єднані один вузол, званий колектором, виконаним як кільця з ламелей, закріплених на валу якоря. При обертанні валу щітки по черзі подають живлення на обмотки якоря через ламелі колектора. В результаті вал двигуна обертається з рівномірною швидкістю. Чим більше обмоток має якір, тим рівномірніше працюватиме двигун.

Щіточний вузол є найбільш вразливим механізмом конструкції двигуна. Під час роботи мідно-графітові щітки притираються до колектора, повторюючи його форму, і з постійним зусиллям притискаються до нього. У процесі експлуатації щітки зношуються, а струмопровідний пил, що є продуктом цього зносу, осідає на деталях двигуна. Цей пил необхідно періодично видаляти. Зазвичай, видалення пилу виконують повітрям під великим тиском.

Щітки вимагають періодичного їх переміщення в пазах і продування повітрям, так як від пилу вони можуть застрягти в напрямних пазах. Це призведе до зависання щіток над колектором та порушення роботи двигуна. Щітки періодично вимагають заміни через їх знос. У місці контакту колектора зі щітками також відбувається знос колектора. Тому при зносі якір знімають і на токарному верстаті проточують колектор. Після проточки колектора ізоляція між ламелями колектора сточується на невелику глибину, щоб вона не руйнувала щітки, так як її міцність значно перевищує міцність щіток.

Види

Електродвигуни постійного струму поділяють характером збудження:

Незалежне збудження

За такого характеру збудження обмотка підключається до зовнішнього джерела живлення. При цьому параметри двигуна аналогічні двигуну постійних магнітах. Оберти обертання налаштовуються опором обмоток якоря. Швидкість регулюють спеціальним регулювальним реостатом, включеним у ланцюг обмоток збудження. При значному зниженні опору або обрив ланцюга струм якоря підвищується до небезпечних величин.

Електродвигуни із незалежним збудженням забороняється запускати без навантаження або з невеликим навантаженням, оскільки його швидкість різко зросте, і двигун вийде з ладу.

Паралельне збудження

Обмотки збудження та ротора з'єднуються паралельно з одним джерелом струму. При такій схемі струм обмотки збудження значно нижчий за струм ротора. Параметри двигунів стають занадто жорсткими, їх можна використовувати для приводу вентиляторів та верстатів.

Регулювання оборотів двигуна забезпечується реостатом у послідовній ланцюга з обмотками збудження або ланцюга ротора.

Послідовне збудження

У цьому випадку збуджуюча обмотка послідовно підключається з якорем, в результаті чого по цих обмотках проходить однаковий струм. Обороти обертання такого двигуна залежать від його навантаження. Двигун не можна запускати на холостому ході без навантаження. Однак такий двигун має пристойні пускові параметри, тому подібна схема використовується в роботі важкого електротранспорту.

Змішане збудження

Така схема передбачає застосування двох обмоток збудження, що є парами кожному полюсі двигуна. Ці обмотки можна з'єднувати двома способами: із підсумовуванням потоків, або з їх відніманням. У результаті електродвигун може мати такі ж характеристики, як у двигунів з паралельним або послідовним збудженням.

Щоб змусити двигун обертатися в інший бік, на одній із обмоток змінюють полярність. Для керування швидкістю обертання мотора та його запуском використовують ступінчасте перемикання різних резисторів.

Особливості експлуатації

Електродвигуни постійного струму відрізняються екологічністю та надійністю. Їхньою головною відмінністю від двигунів змінного струму є можливість регулювання обертів обертання у великому діапазоні.

Такі електродвигуни постійного струму можна також застосовувати як генератор. Змінивши напрям струму в обмотці збудження або якорі, можна змінювати напрям обертання двигуна. Регулювання оборотів валу двигуна здійснюється за допомогою змінного резистора. У двигунах з послідовною схемою збудження цей опір розташований у ланцюгу якоря і дозволяє зменшити швидкість обертання в 2-3 рази.

Цей варіант підходить для механізмів із тривалим часом простою, тому що при роботі реостат сильно нагрівається. Підвищення оборотів створюється шляхом включення в ланцюг збудливої ​​обмотки реостата.

Для моторів з паралельною схемою збудження ланцюга якоря також застосовуються реостати зменшення оборотів вдвічі. Якщо ланцюг обмотки збудження підключити опір, це дозволить підвищувати обороти до 4 раз.

Застосування реостату пов'язане із виділенням тепла. Тому в сучасних конструкціях двигунів реостати замінюють електронними елементами, що управляють швидкістю без сильного нагрівання.

На коефіцієнт корисної дії двигуна, що працює на постійному струмі, впливає його потужність. Слабкі електродвигуни постійного струму мають малу ефективність, та його ККД близько 40%, тоді як електродвигуни потужністю 1 МВт можуть мати коефіцієнт корисної дії до 96%.

Переваги електродвигунів постійного струму

• Невеликі розміри.
• Легке керування.
• Проста конструкція.
• Можливість застосування як генератори струму.
• Швидкий запуск, особливо характерний для моторів із послідовною схемою збудження.
• Можливість плавного регулювання швидкості обертання валу.

Недоліки

• Для підключення та експлуатації необхідно придбати спеціальний блок живлення постійного струму.
• Висока вартість.
• Наявність витратних елементів у вигляді мідно-графітних щіток, що швидко зношуються, зношується колектора, що значно знижує термін експлуатації, і вимагає періодичного технічного обслуговування.

Сфера використання

Широко популярні двигуни постійного струму стали в електричному транспорті. Такі двигуни зазвичай входять у конструкції:

• Електромобілі.
• Електровози.
• Трамваєв.
• Електричок.
• Тролейбуси.
• Підйомно-транспортні механізми.
• Дитячі іграшки.
• Промислове обладнання з необхідністю управління швидкості обертання у великому діапазоні.

Електродвигуни – це машини, здатні перетворювати електричну енергію на механічну. Залежно від типу споживаного струму вони поділяються на двигуни змінного та постійного струму. У цій статті йтиметься про других, які скорочено називаються ДПТ. Електродвигуни постійного струму оточують нас щодня. Ними оснащуються електроінструменти, що працюють від батарейок або акумуляторів, електротранспорт, деякі промислові верстати та багато іншого.

Пристрій та принцип роботи

ДПТ за своєю будовою нагадує синхронний електродвигун змінного струму, різниця між ними лише у типі споживаного струму. Двигун складається з нерухомої частини – статора або індуктора, рухомої частини – якоря та щітковоколекторного вузла. Індуктор може бути виконаним у вигляді постійного магніту, якщо двигун малопотужний, але частіше він забезпечується обмоткою збудження, що має два або більше полюсів. Якір складається з набору провідників (обмоток), закріплених у пазах. У найпростішої моделіДПТ використовувалися лише один магніт і рамка, якою проходив струм. Таку конструкцію можна розглядати тільки як спрощений приклад, тоді як сучасна конструкція – це вдосконалений варіант, що має складніший пристрій і розвиває необхідну потужність.

Принцип роботи ДПТ ґрунтується на законі Ампера: якщо в магнітне поле помістити заряджену дротяну рамку, вона почне обертатися. Струм, проходячи по ній, утворює навколо себе власне магнітне поле, яке при контакті із зовнішнім магнітним полем почне обертати рамку. У випадку з однією рамкою обертання продовжуватиметься, доки вона не займе нейтральне положення паралельно зовнішньому магнітному полю. Щоб привести систему до руху, потрібно додати ще одну рамку. У сучасних ДПТ рамки замінено якорем із набором провідників. На провідники подається струм, заряджаючи їх, у результаті навколо якоря виникає магнітне поле, яке починає взаємодіяти з магнітним полем обмотки збудження. Внаслідок цієї взаємодії якір повертається на певний кут. Далі струм надходить наступні провідники тощо.
Для зарядки провідників якоря використовуються спеціальні щітки, виконані з графіту або сплаву міді з графітом. Вони відіграють роль контактів, які замикають електричний ланцюг на висновки пари провідників. Всі висновки ізольовані між собою та об'єднані в колекторний вузол – кільце з кількох ламелей, що знаходиться на осі валу якоря. Під час роботи двигуна щітки-контакти по черзі замикають ламелі, що дозволяє двигуну обертатися рівномірно. Чим більше провідників має якір, тим рівномірніше працюватиме ДПТ.

Двигуни постійного струму поділяються на:
- Електродвигуни з незалежним збудженням;
- електродвигуни із самозбудженням (паралельні, послідовні чи змішані).
Схема ДПТ із незалежним збудженням передбачає підключення обмотки збудження та якоря до різних джерел живлення, так що між собою вони не пов'язані електрично.
Паралельне збудження реалізується шляхом паралельного підключення обмоток індуктора та якоря до одного джерела живлення. Двигуни цих двох типів мають жорсткі робочі характеристики. У них частота обертання робочого валу залежить від навантаження, і його можна регулювати. Такі двигуни знайшли застосування у верстатах зі змінним навантаженням, де важливо регулювати швидкість обертання валу.
При послідовному збудженні якір та обмотка збудження підключені послідовно, тому значення електричного струму у них однакове. Такі двигуни більш «м'які» у роботі, мають більший діапазон регулювання швидкостей, але потребують постійного навантаження на вал, інакше швидкість обертання може досягти критичної позначки. У них високе значення пускового моменту, що полегшує запуск, але при цьому швидкість обертання валу залежить від навантаження. Застосовуються вони на електротранспорті: у кранах, електропоїздах та міських трамваях.
Змішаний тип, при якому одна обмотка збудження підключається до якоря паралельно, а друга послідовно зустрічається рідко.

Коротка історія створення

Першопрохідником історія створення електричних двигунів став М.Фарадей. Створити повноцінну робочу модель він не зміг, натомість саме йому належить відкриття, яке зробило це можливим. У 1821 році він провів досвід із використанням зарядженого дроту, поміщеного у ртуть у ванну з магнітом. При взаємодії з магнітним полем металевий провідник починав обертатися, перетворюю енергію електричного струму на механічну роботу. Вчені того часу працювали над створенням машини, робота якої ґрунтувалася б на цьому ефекті. Вони хотіли отримати двигун, що працює за принципом поршневого, тобто щоб робочий вал рухався зворотно-поступально.
У 1834 році було створено перший електричний двигун постійного струму, який розробив та створив російський учений Б.С.Якобі. Саме він запропонував замінити зворотно-поступальний рух валу його обертанням. У його моделі два електромагніти взаємодіяли між собою, обертаючи вал. У 1839 році він успішно випробував човен, оснащений ДПТ. Подальша історія цього силового агрегату, По суті - це вдосконалення двигуна Якобі.

Особливості ДПТ

Як і інші види електродвигунів, ДПТ відрізняється надійністю та екологічністю. На відміну від двигунів змінного струму, у нього можна регулювати швидкість обертання валу в широкому діапазоні, частоту, до того ж він відрізняється легким запуском.
Двигун постійного струму можна використовувати як власне двигун і як генератор. Також у нього можна змінювати напрямок обертання валу шляхом зміни напрямку струму в якорі (для всіх типів) або в обмотці збудження (для двигунів з послідовним збудженням).
Регулювання швидкості обертання досягається шляхом підключення до ланцюга змінного опору. При послідовному збудженні воно знаходиться в ланцюзі якоря і дає можливість скорочувати оберти у співвідношеннях 2:1 та 3:1. Такий варіант підходить для обладнання, яке має тривалі періоди простою, тому що під час роботи відбувається значне нагрівання реостату. Збільшення оборотів забезпечується підключенням реостату до ланцюга обмотки збудження.
Для двигунів з паралельним збудженням також використовуються реостати ланцюга якоря зниження оборотів не більше 50% від номінальних значень. Установка опору ланцюга обмотки збудження дозволяє збільшувати обороти до 4 разів.
Використання реостатів завжди пов'язане зі значними втратами тепла, тому сучасних моделяхдвигунів вони замінені на електронні схеми, що дозволяють керувати швидкістю без значних втрат енергії
ККД двигуна постійного струму залежить від його потужності. Маломощние моделі відрізняються низькою ефективністю з ККД близько 40%, тоді як двигуни з потужністю 1000 кВт можуть мати ККД, що досягає 96%.

Переваги та недоліки ДПТ

До основних переваг двигунів постійного струму відносяться:
- Простота конструкції;
- Легкість в управлінні;
- Можливість регулювання частоти обертання валу;
- Легкий запуск (особливо у двигунів з послідовним збудженням);
- Можливість використання в якості генераторів;
- компактні розміри.
Недоліки:
- мають « слабка ланка» - графітові щітки, які швидко зношуються, що обмежує термін служби;
- Висока собівартість;
— при підключенні до мережі вимагають випрямлячів струму.

Сфера використання

Широке застосування двигуни постійного струму знайшли у транспорті. Вони встановлюються у трамваях, електричках, електровозах, паровозах, теплоходах, самоскидах, кранах тощо. крім того, їх використовують в інструментах, комп'ютерах, іграшках та рухомих механізмах. Часто їх можна зустріти і на виробничих верстатах, де потрібне регулювання частоти обертання робочого валу в широкому діапазоні.

Повна механічна характеристика двигуна постійного струму дозволяє правильно визначитися з основними властивостями електродвигуна, а також проконтролювати їхню відповідність усім вимогам, що пред'являються на сьогодні до машин або пристроїв технологічного типу.

Особливості конструкції

Представлені нагнітальними елементами, що обертаються, які розміщуються на поверхні статично закріпленої станини. Пристрої подібного типу отримали широке застосування та експлуатуються за необхідності забезпечувати різноманітність швидкісного регулювання в умовах стабільності обертальних рухів приводу.

З конструктивної точки зору, всі види ДПТ представлені:

• роторною або якірною частиною у вигляді великої кількості котушкових елементів, покритих спеціальною обмоткою струмопровідної;
• статичним індуктором як стандартної станини, доповненої кількома магнітними полюсами;
• функціональним щітковим колектором циліндричної форми, що розташовується на валу і має мідну пластинчасту ізоляцію;
• статично зафіксованими контактними щітками, що використовуються з метою підведення достатньої кількості електроструму на роторну частину.

Як правило, електричні двигуни ПТ оснащуються спеціальними щітками графітового та мідно-графітного типу. Обертальні рухи валу провокують замикання та розмикання контактної групи, а також сприяють іскрінню.

Певна кількість механічної енергії надходить від роторної частини до інших елементів, що з наявністю передачі ремінного типу.

Принцип функціонування

Синхронні пристрої зверненого функціоналу характеризуються зміною виконання завдань статором та ротором. Перший елемент служить збудження магнітного поля, а другий у разі перетворює достатню кількість енергії.

Якірне обертання в умовах магнітного поля наводиться за допомогою ЕРС, а рух спрямований відповідно до правила правої руки. Поворот на 180 о супроводжується стандартною зміною руху ЕРС.

Принцип дії двигуна постійного струму

Колектори за допомогою щіткового механізму з'єднуються з двома витковими сторонами, що провокує видалення пульсуючої напруги і викликає утворення постійних струмових величин, зниження якорної пульсації здійснюється додатковими витками.

Механічна характеристика

На сьогоднішній день експлуатуються електромотори ПТ кількох категорій, що мають різні видизбудження:

• незалежного типу, у якому обмотувальне харчування визначається незалежним джерелом енергії;
• послідовного типу, при якому підключення якірної обмотки виконується у послідовному напрямку з обмотувальним елементом збудження;
• паралельного типу, при якому роторна обмотка підключається до електричного ланцюгау паралельному для джерела живлення напрямку;
• змішаного типу, заснованому на наявності декількох послідовних та паралельних обмотувальних елементів.

Механічна характеристика двигуна постійного струму незалежного збудження ДПТ

Механічні моторні характеристикиподіляються на показники природного та штучного вигляду. Незаперечні переваги ДПТ представлені підвищеними показниками продуктивності та збільшеним ККД.

Завдяки особливим механічним характеристикам пристрою з постійними струмовими величинами здатні легко переносити негативні зовнішні впливи, що пояснюється закритим корпусом з елементами ущільнювачів, абсолютно виключають попадання вологи всередину конструкції.

Моделі незалежного збудження

Мотори ПТ НВ мають обмотувальне збудження, що підключається до окремого виглядуджерела електричного живлення. У такому випадку обмотковий ланцюг збудження ДПТ НВ доповнюється реостатом регулювального типу, а якірний ланцюг забезпечується додатковими або пусковими реостатними елементами.

Відмінною особливістю такого виду двигуна є незалежність струмового збудження від якірного струму, що обумовлюється незалежним живленням обмотувального збудження.

Характеристики електродвигунів з незалежним та паралельним збудженням

Лінійна механічна характеристика при незалежному типі збудження:

• ω – показники обертальної частоти;
• U - показники напруги на експлуатованому якірному ланцюзі;
• Ф – параметри магнітного потоку;
• R я і R д - рівень якірного та додаткового опору;
• Α - константа конструкції движка.

Даним типом рівняння визначається залежність обертальної швидкості двигуна до моменту валу.

Моделі послідовного збудження

ДПТ з ПТВ є пристрій електричного типу з постійними струмовими величинами, що мають обмотку збудження, послідовно підключену до якірної обмотки. Даний тип двигунів характеризується справедливістю наступної рівності: струмом, що протікає в обмотці якоря, рівним струмом обмотувального збудження, або I = I = I я.

Механічні характеристики при послідовному та змішаному збудженні

При використанні послідовного типу збудження:

• n 0 - показники частоти обертання валу в умовах холостого ходу;
• n - показники зміни частоти обертання в умовах механічного навантаження.

Зміщення механічних характеристик вздовж осі ординат дозволяє їм залишатися повністю паралельному розташуванні один одному, завдяки чому регулювання обертальної частоти при зміні даної напруги U, підведеного до якірного ланцюга, стає максимально сприятливим.

Моделі змішаного збудження

Для змішаного збудженнявластиво розташування між параметрами пристроїв паралельного та послідовного збудження, чим легко забезпечується значущість пускового моменту і повністю виключається будь-яка можливість рознесення движкового механізму в умовах холостого ходу.

В умовах змішаного типу збудження:

Двигун змішаного збудження

Регулювання частоти моторного обертання за наявності збудження змішаного типу здійснюється за аналогією з двигунами, що мають паралельне збудження, а варіювання МДС-обмоток сприяє отриманню практично будь-якої проміжної механічної характеристики.

Рівняння механічної характеристики

Найбільш важливі механічні характеристики ДПТ представлені природними та штучними критеріями, при цьому перший варіант можна порівняти з номінальною напругою живлення в умовах повної відсутності додаткового опору на обмотувальних ланцюгах двигуна. Невідповідність будь-якій із заданих умов дозволяє розглядати характеристику як штучну.

ω = U я / k Ф - (R я + R д)/(k Ф)

Це ж рівняння може бути представлене у формі ω = ω о. - Δ ω, де:

• ω о.ід. = U я /k Ф
• ω о.ід - показники кутової швидкості холостого ідеального ходу
• Δ ω = Мем. [(R я +R д)/(k Ф)2]- зниження показників кутової швидкості під впливом навантаження на вал мотора при пропорційному опорі ланцюга якоря

Характеристики рівняння механічного типу представлені стандартною стійкістю, жорсткістю та лінійністю.

Висновок

Відповідно до застосовуваних механічних характеристик будь-які ДПТ відрізняються конструктивною простотою, доступністю та можливістю здійснювати регулювання частоти валового обертання, а також легкістю пуску ДПВ. Крім іншого, такі пристрої можуть застосовуватися в якості генератора і мають компактні габарити, що добре нівелює недоліки у вигляді графітових щіток, що швидко зношуються, високої собівартості і необхідності обов'язково підключати струмові випрямлячі.

Відео на тему

В ЕП вантажопідйомних машин, електричного транспортута ряду інших робочих машин та механізмів застосування знаходять двигуни постійного струму послідовного збудження. Основною особливістю цих двигунів є включення обмотки 2 збудження послідовно з обмоткою / якоря (рис. 4.37, а),внаслідок чого струм якоря одночасно є і струмом збудження.

Відповідно до рівнянь (4.1) - (4.3) електромеханічна та механічна характеристики двигуна виражаються формулами:

в яких відзначено залежність магнітного потоку від струму якоря (збудження) Ф(/), a R = Л я + R OB+ /? буд.

Магнітний потік та струм пов'язані між собою кривою намагнічування (лінія 5 Мал. 4.37, а).Криву намагнічування можна описати за допомогою якогось наближеного аналітичного виразу, що дозволить у цьому випадку отримати формули для характеристик двигуна.

У найпростішому випадку криву намагнічування є прямою лінією 4. Така лінійна апроксимація, по суті, означає нехтування насиченням магнітної системи двигуна і дозволяє виразити залежність потоку від струму таким чином:

де а= tgcp (див. рис. 4.37, б).

При прийнятій лінійній апроксимації момент, як це випливає з (4.3), є квадратичною функцією струму

Підстановка (4.77) (4.76) призводить до наступного виразу для електромеханічної характеристики двигуна:

Якщо тепер (4.79) за допомогою виразу (4.78) виразити струм через момент, то вийде наступний вираз для механічної характеристики:

Для зображення характеристик з (У) і з (М)проведемо аналіз отриманих формул (4.79) та (4.80).

Знайдемо спочатку асимптоти цих характеристик, навіщо спрямуємо струм і до двох їхніх граничним значенням - нулю і нескінченності. При / -> 0 і Л/-> 0 швидкість, як це випливає з (4.79) і (4.80), набуває нескінченно великого значення, тобто. з -> Це

означає, що вісь швидкості є першою шуканою асимптотою характеристик.

Мал. 4.37. Схема включення (а) та характеристики (б) двигуна постійного струму послідовного збудження:

7 - якір; 2 - обмотка збудження; 3 - резистор; 4,5 - криві намагнічування

При / -> °о і М-> сю швидкість зі -» -R/ka,тобто. пряма з ординатою з а = - R/(ka) є другою, горизонтальною асимптотою характеристик.

Залежності з(7) і з (М)відповідно (4.79) і (4.80) мають при цьому гіперболічний характер, що дозволяє з урахуванням зробленого аналізу подати їх у вигляді кривих, показаних на рис. 4.38.

Особливість отриманих характеристик полягає в тому, що при невеликих струмах і моментах швидкість двигуна набуває великих значень, при цьому характеристики не перетинають вісь швидкості. Таким чином, для двигуна послідовного збудження в основній схемі включення рис. 4.37, ане існують режими холостого ходу та генераторного ходу паралельно з мережею (рекуперативного гальмування), оскільки немає ділянок характеристик у другому квадранті.

З фізичного боку це пояснюється тим, що за /-> 0 і М-> 0 магнітний потік Ф -» 0 і швидкість відповідно до (4.7) різко зростає. Зазначимо, що через наявність у двигуні потоку залишкового намагнічування Ф ост практично швидкість холостого ходу існує і дорівнює 0 = U/(/СФ зуп).

Інші режими роботи двигуна аналогічні режимам роботи двигуна із незалежним збудженням. Двигун має режим при 0

Отримані вирази (4.79) та (4.80) можуть бути використані для наближених інженерних розрахунків, оскільки двигуни можуть працювати і в галузі насичення магнітної системи. Для точних практичних розрахунків використовуються звані універсальні характеристики двигуна, наведені на рис. 4.39. Вони представ-

Мал. 4.38.

збудження:

про - електромеханічна; б- механічна

Мал. 4.39. Універсальні характеристики двигуна постійного струму послідовного збудження:

7 – залежності швидкості від струму; 2 - залежності моменту відтоку

ляють собою залежності відносної швидкості со* = со/со ном (криві 1) та моменту М* = М/М(крива 2) від відносного струму / * = / / /. Для отримання характеристик з більшою точністю залежність з*(/*) представлена ​​двома кривими: двигуни до 10 кВт і вище. Розглянемо використання цих показників на конкретному прикладі.

Завдання 4.18. Розрахувати та побудувати природні характеристики двигуна з послідовним збудженням типу Д31, що має такі дані Р нш = 8 кВт; п іш = 800 об/хв; U= 220; /Ном = 46,5 А; Л„ ом = °,78.

1. Визначаємо номінальні швидкість і момент М ном:

2. Задаючи спочатку відносні значення струму /*, універсальним характеристикамдвигуна (рис. 4.39) знаходимо відносні значення моменту М*та швидкості зі*. Потім, помножуючи отримані відносні величини змінних з їхньої номінальні значення, отримуємо точки для побудови характеристик двигуна (див. табл. 4.1).

Таблиця 4.1

Розрахунок характеристик двигуна

За отриманими даними будуємо природні характеристики двигуна: електромеханічну зі(/) - крива 1 і механічну зі (М)- крива 3 на рис. 4.40, а, б.

Мал. 4.40.

а- електромеханічні: 7 – природна; 2 – реостатна; б - механічна: 3 - природна

17. Характеристики двигуна змішаного збудження.

Принципова схема електродвигуна змішаного збудження наведено на рис. 1. У цьому двигуні є дві обмотки збудження - паралельна (шунтова, ШО), підключена паралельно ланцюга якоря, і послідовна (серієсна, СО), підключена послідовно ланцюга якоря. Ці обмотки магнітного потоку можуть бути включені згідно або зустрічно.

Мал. 1 – Схема електродвигуна змішаного збудження.

При відповідному включенні обмоток збудження їх МДС складаються і результуючий потік приблизно дорівнює сумі потоків, створюваних обома обмотками. При зустрічному включенні результуючий потік дорівнює різниці потоків паралельної та послідовної обмоток. Відповідно, властивості та характеристики електродвигуна змішаного збудження залежать від способу включення обмоток і від співвідношення їх МДС.

Швидкісна характеристика n=f (Ia) при U=Uн і Iв=const (тут Iв - струм у паралельній обмотці).

Зі збільшенням навантаження результуючий магнітний потік при відповідному включенні обмоток зростає, але меншою мірою, ніж у двигуна послідовного збудження, тому швидкісна характеристика в цьому випадку виявляється більш м'якою, ніж у двигуна паралельного збудження, але жорсткішою, ніж у двигуна послідовного збудження.

Співвідношення між МДС обмоток може змінюватись у широких межах. Двигуни зі слабкою послідовною обмоткою мають слабку швидкісну характеристику (крива 1, рис. 2).

Мал. 2 - Швидкісні характеристикидвигуна змішаного збудження.

Чим більша частка послідовної обмотки у створенні МДС, тим ближча швидкісна характеристика наближається до характеристики двигуна послідовного збудження. На рис.2 лінія 3 зображує одну з проміжних характеристик двигуна змішаного збудження для порівняння дана характеристика двигуна послідовного збудження (крива 2).

При зустрічному включенні послідовної обмотки зі збільшенням навантаження результуючий потік магнітний зменшується, що призводить до збільшення швидкості двигуна (крива 4). За такої швидкісної характеристиці робота двигуна може бути нестійкою, т.к. потік послідовної обмотки може значно зменшити результуючий магнітний потік. Тому двигуни із зустрічним включенням обмоток не застосовуються.

Механічна характеристика n=f (М) при U=Uн та Iв=const. двигуна змішаного збудження показано на рис.3 (лінія 2).

Мал. 3 – Механічні характеристики двигуна змішаного збудження.

Вона розташовується між механічними характеристиками двигунів паралельного (крива 1) та послідовного (крива 3) збудження. Підбираючи відповідним чином МДС обох обмоток, можна отримати електродвигун з характеристикою, що близька до характеристики двигуна паралельного або послідовного збудження.

Область застосування двигунів послідовного, паралельного та змішаного збудження.

Тому для двигунів послідовного збудження менш небезпечні навантаження на момент. У зв'язку з цим двигуни послідовного збудження мають суттєві переваги у разі важких умов пуску та зміни моменту навантаження у широких межах. Вони широко застосовуються для електричної тяги (трамваї, метро, ​​тролейбуси, електровози та тепловози на залізницях) та у підйомно-транспортних установках.

Природні швидкісна та механічна характеристики, сфера застосування в двигунах паралельного збудження.

Природні швидкісна та механічна характеристики, сфера застосування в двигунах змішаного збудження.