ГЛАВА 2. УСТРОЙСТВО, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Классификация электродвигателей

В электромеханических системах для преобразования электрической энергии в механическую применяют различные типы электродвигателей вращательного движения: постоянного тока (ДПТ), асинхронные (АД) и синхронные (СД) переменного тока (см. рис. 2.1).

Рис. 2.1. Классификация электрических машин вращательного

движения по роду тока, принципу действия и типу возбуждения

Любой из указанных двигателей конструктивно состоит из двух частей: неподвижной – статора и вращающейся – якоря или ротора. Каждая из этих частей представляет собой металлическое основание с расположенной на нем медной обмоткой, либо постоянными магнитами (рис. 2.2).

Наиболее простым в управлении является двигатель постоянного тока. В общем случае, в зависимости от способа подключения обмотки возбуждения различают двигатели с независимым, параллельным, последовательным и смешанным возбуждением. В промышленных электромеханических системах наиболее широко распространены двигатели с независимым возбуждением, а также с постоянными магнитами. Управление ДПТ осуществляется изменением напряжения и тока подводимого к его обмоткам.

Рис. 2.2. Принцип устройства электродвигателей:

а – постоянного тока; б – синхронного; в - асинхронного

Двигатели переменного тока различают на асинхронные и синхронные. В синхронных машинах угловая скорость вращающейся части – якоря инвариантна к изменению механической нагрузки. В асинхронных машинах угловая скорость подвижной части – ротора зависит от механической нагрузки на его валу.

Двигатель постоянного тока

Принцип действия двигателя постоянного тока может быть пояснен на примере работы простейшей одновитковой машины (рис. 2.3). При подключении обмотки якоря к источнику постоянного напряжения в ней будет протекать электрический ток, величина которого согласно закону Ома обратно пропорциональна сопротивлению этой обмотки

. (2.1)

Конструкция машины такова, что обмотка якоря находится в магнитном поле, создаваемом постоянными магнитами. Согласно закону Ампера (1.25) на проводник с током, размещенным в магнитном поле перпендикулярно линиям магнитной индукции, действует электромагнитная сила

, (2.2)

направление которой определяется по правилу “левой руки” (см. рис. 2.4). Эти силы создают механический момент, называемый электромагнитным моментом

(2.3)

или с учетом (1.25)

. (2.4)

В выражениях (2.2)-(2.4): – магнитная индукция в воздушном зазоре между полюсом и якорем в месте расположения проводника; – активная длина проводника; – диаметр якоря.

Электромагнитный момент приведет вращающуюся часть двигателя в движение. При этом проводники обмотки будут также вращаться в магнитном поле, а следовательно в них будет индуцироваться электродвижущая сила (э.д.с.). Направление э.д.с. определяется по правилу “правой руки” (см. рис. 2.4). Мгновенное значение индуцируемой в проводнике обмотки э.д.с определится по закону электромагнитной индукции в виде

, (2.5)

где – линейная скорость движения проводника.

Поскольку верхняя (см. рис. 2.3) часть обмотки якоря находится под северным полюсом магнита, а нижняя часть – под его южным полюсам, а также при условии разнонаправленности тока в них, полная э.д.с. одновитковой машины определится как

. (2.6)

При повороте обмотки якоря более чем на 90° от исходного положения его верхний проводник окажется под южным полюсом. Одновременно с этим из-за действия коллектора направление тока в нем также изменится, а следовательно направление электромагнитного момента, вызывающее вращение двигателя останется неизменным. Двигатель продолжит вращаться в прежнюю сторону.

Исходя из вышесказанного, напряжение на зажимах двигателя уравновешивается э.д.с. и падением напряжения на обмотке якоря

. (2.7)

Развиваемый двигателем электромагнитный момент расходуется на преодоление механических потерь в подшипниках якоря двигателя и рабочего органа , на создание полезного момента нагрузки и на создание динамического момента, необходимого для разгона или торможения

. (2.8)

Динамический момент может быть определен по выражению

, (2.9)

где – суммарный момент инерции всех вращающихся частей электромеханической системы, приведенный к валу двигателя.

Анализ зависимости (2.9) показывает, что при разгоне и при торможении. Также следует отметить, что в установившемся режиме работы , а момент двигателя равен статическому моменту

. (2.10)

Приняв, что , где – конструктивная постоянная двигателя, а – его магнитный поток, выражения (2.4) и (2.6) можно переписать в виде

, (2.11)

. (2.12)

Подставив (2.11) и (2.12) в (2.7) получим уравнение электромеханической характеристики ДПТ

(2.13)

и уравнение его механической характеристики

. (2.14)

На рис. 2.5 приведены механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения, построенные в соответствии с выражением (2.14). Механическая характеристика двигателя, запитанного номинальным напряжением при номинальной величине магнитного потока называется естественной. Для управления скоростным режимом работы двигателя в электро механических системах, как правило, изменяют напряжение вниз от номинального значения. При этом согласно выражению (2.14) скорость двигателя уменьшается пропорционально снижению напряжения вплоть до нуля. В случае если полярность питающего напряжения будет изменена, то двигатель начнет вращаться в дру гую сторону. Таким образом, возможно задавать вращение двигателя в любом необходимом направлении.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒