ИЗУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы – ознакомиться с конструкцией и принципом работы двигателя постоянного тока. Путем снятия электрических характеристик исследовать работу двигателя.

4.1 Теоретические сведения|ведомость|

При работе машины постоянного тока в режиме двигателя обмотка возбуждения подключается к источнику питания U_В, а обмотка якоря – к источнику питания U_Я. 

В результате|вследствие| взаимодействия тока, который протекает в активных проводниках обмотки якоря, с магнитным полем возбуждения на валу двигателя возникает вращающий|обращает| момент

                                                                      (4.1)

где C_м– постоянная, зависящая от конструкции двигателя (моментная постоянная двигателя).

   Якорь двигателя начинает вращаться|вращающийся| в направлении, которое определяется направлением вектора вращающего|обращает| момента|. Для изменения|смены| направления вращения следует изменить|сменить| либо направление тока в якоре (полярность напряжения подведенного к|до| якорю), либо направление магнитного потока возбуждения (полярность напряжения подведенного к|до| обмотке возбуждения).

Во время вращения якоря в проводниках его обмотки индуктируется| ЭДС, направленная встречно подведенному напряжению U_Я. Поэтому ее называют противо|супротив| – ЭДС.

                                                                               (4.2)

   Прилагаемое к|до| якорю напряжение уравновешивается этой противо -|супротив| ЭДС и падением напряжения на активном сопротивлении обмотки якоря.

                                           (4.3)

Из|с| уравнений (4.1), (4.2) (4.3) получаем уравнение частотной (скоростной) характеристики двигателя.

                                                                   (4.4)

Из|с| уравнения видим, что частоту вращения двигателя можно регулировать следующими способами.

1. Изменением|сменой| сопротивления цепи якоря. Способ легко реализуется включением реостата последовательно в цепь|окружность| якоря. Однако этот способ во первых не экономичен|экономичный|, в результате|вследствие| потерь энергии в реостате, а кроме того снижает жесткость механических|механичных| характеристик (усиливается зависимость частоты вращения от момента нагрузки.

2. Изменением|сменой| магнитного потока возбуждения путем изменения|смены| напряжения на обмотке возбуждения. Однако при этом регулировочная характеристика является нелинейной, а кроме того при изменении|смене| потока возбуждения изменяется вращающий|обращает| момент на валу двигателя.

3. Изменением|сменой| напряжения подведенного к|до| якорю. Данный способ является наиболее рациональным, потому что|ибо| обеспечивает регулирование частоты вращения в широких пределах|границе| при сохранении|сохранности| практически|практично| неизменными вращающего|обращает| момента и |сохранности| жесткости механических|механичных| характеристик.

Двигатель постоянного тока обладает свойством саморегулирования – при изменении нагрузки автоматически устанавливается новое значение скорости, при которой двигатель работает устойчиво. Роль регулятора играет противо – ЭДС в обмотке якоря. В установившемся режиме вращающий электромагнитный момент двигателя равен статическому моменту нагрузки (М_Е = М_Н).

Ток, потребляемый двигателем, в соответствии с (4.1), определяется моментом на валу двигателя:

                                                                               (4.5)

  C  ростом момента на валу уменьшается (см. 4.4) скорость вращения двигателя n и противо – ЭДС Е, а потребляемый ток будет возрастать, пока при новом значении скорости не восстановится равенство (4.3). При уменьшении момента на валу уменьшится ток I_Я , что, в соответствии с (4.3) приведет (при U_Я = const) к возрастанию Е за счет роста скорости.

  Таким образом изменение момента нагрузки приводит к некоторому изменению скорости вращения двигателя, то есть механическая характеристика двигателя n = f(M_Н) является пологопадающей. Для обеспечения стабильной скорости вращения (жесткости механической характеристики) электропривод следует выполнять с системой стабилизации скорости (частоты) вращения.

    Из основного уравнения двигателя (4.3) следует, что ток потребляемый двигателем во время пуска значительно превышает номинальный рабочий ток. В момент пуска в обмотке неподвижного якоря отсутствует противо-ЭДС и, следовательно, пусковой ток:

                                                                     (4.6)

Активное сопротивление обмотки якоря мало и пусковой ток может превышать номинальный рабочий ток в 8 – 10 и более раз.

Прямой пуск путем подачи на якорь номинального напряжения применяется только для двигателей небольшой мощности (до 1 – 2 кВт). Разгон таких двигателей происходит быстро (в течение 0,1 – 0,3 с) и обмотка якоря не успевает значительно нагреться. При прямом пуске мощных двигателей большой пусковой ток приводит к повышенному износу щеток и коллектора и перегреву обмотки якоря. Кроме того большие токи при пуске мощных двигателей вредно отражаются на работе других потребителей, подключенных к сети.

  Применяются следующие способы пуска мощных двигателей.

  1. Постепенным повышением напряжения, подаваемого на якорь двигателя.

  2. Включением в цепь якоря пускового реостата, сопротивление которого по мере разгона двигателя, постепенно уменьшается от начального значения до нуля. Сопротивление пускового реостата R_П выбирается таким чтобы начальный пусковой ток I_Н = U_Я / ( R_П + R_Я) превышал номинальный в 1.5 … 2 раза.

  3. Включением в цепь якоря дросселя соответствующей индуктивности, что обеспечивает плавное нарастание тока в течение времени, определяемого индуктивностью дросселя.

  При отключении двигателя его якорь еще некоторое время вращается по инерции. Ели необходимо обеспечить быструю и точную остановку двигателя применяют механическое или электрическое торможение. На электротранспорте довольно широко применяется генераторное торможение с возвратом электрической энергии в питающую сеть. В электроприводах технологического оборудования (в том числе сварочного) широко применяется динамическое торможение. Схема, поясняющая динамическое торможение, приведена на рис. 4.1.

      Рисунок 4.1 – Схема динамического торможения двигателя

 Если переключающий контакт К находится в положении 1 на якорь двигателя подано напряжение U_Я и двигатель вращается со скоростью, определяемой этим напряжением. При переключении контакта К в положение 2 якорь отключается от цепи питания и замыкается на резистор R_Т. Пока двигатель вращается по инерции в якоре индуктируется ЭДС   и в цепи якоря и тормозного резистора протекает ток I_Т = Е_Я/(R_Я+R_Т), направление которого противоположно рабочему току I_Р. Этот ток создает момент торможения:

(4.7)

Интенсивность торможения определяется сопротивлением резистора R_Т

Тормозной резистор должен выбираться таким, чтобы тормозной ток в начале торможения не превышал допустимого значения. У двигателей малой мощности (до 120 – 180 Вт) обмотка якоря имеет достаточно большое сопротивление и в режиме торможения может замыкаться накоротко (R_Т=0).