Схемы управления электродвигателями

тиристоров для изготовления специальных источников электрической  энергии  с

переменной частотой и напряжением, предназначенных  для питания и  частотного

управления скоростью  вращения асинхронного двигателя, приводит к  вытеснению

ними двигателей постоянного тока из областей их традиционного применения.

      В последнее время созданы  и успешно применяются двигатели   постоянного

тока, в которых  механический коллектор заменен   бесконтактным  коммутатором

на полупроводниковых  элементах. 
 
 

                     . Строение машин постоянного тока 

      Конструктивно  машина постоянного  тока состоит из неподвижного  статора

и подвижного ротора, разделенных между собой воздушным  зазором. (Рис.4)

      Статор состоит из станины,  к которой прикреплены сердечники  основных и

дополнительных  полюсов.  На  этих  сердечниках  размещены  катушки  обмотки

возбуждения и  обмотки дополнительных полюсов. Станина,  а  также  сердечники

основных и  дополнительных полюсов являются  частью  магнитопровода.  Обмотка

возбуждения   образует   магнитодвижущую   силу    (МДС)    возбуждения    и

соответственно  основной магнитный  поток.   Обмотка  дополнительных  полюсов

образует МДС  для компенсации реакции якоря  и  облегчает  условия  коммутации

(устраняет искрение  на скользящих контактах  «щетка-коллектор»).

      Сердечники  основных  полюсов   или   их   наконечники,   изготавливают

шихтованными (из стальных штампованных листов), а дополнительные  массивными

или также шихтованными. Это делается с целью уменьшения потерь  мощности  от

вихревых  токов,  которые  наводятся  в  основных  полюсах  из-за  пульсаций

магнитного потока во время вращения якоря.

      Полюса крепятся  к  станине   с  помощью  болтов.  Катушки   основных  и

дополнительных  полюсов  изготавливают  из  изолированного  медного  провода

круглого или  прямоугольного  сечения.  Кроме  приведенных  выше  обмоток,  в

наконечниках  основных  полюсов,   машин   постоянного  тока   со   сложными

условиями коммутации (прокатные двигатели, специального назначения  и  др.),

размещают компенсационную обмотку, которая  подключается  последовательно  с

обмоткой якоря  так, чтобы магнитный поток от неё был направленным  навстречу

потоку от тока якоря и полностью компенсировал  бы его реакцию.

      Якорь крепится на валу, состоит  из сердечника (который является частью

магнитопровода  машины),  обмотки  и  коллектора.  Сердечник  якоря,  который

перемагничивается с частотой  f  ,  собирают  из  листов  электротехнической

стали. В пазы сердечника вкладывают секции  обмотки  якоря.  В  каждом  пазу

уложено две  части разных секций обмоток, одна поверх другой.  Концы  обмоток

припаивают  к  соответствующим  пластинам  коллектора.   Секции  могут  быть

одновитковыми  и  многовитковыми.  Якорь  соединен  со  статором  с  помощью

подшипниковых щитов, а на якоре закрепляются подшипники. Выводы  от  обмоток

возбуждения и  якорной  группы  размещают  в  клемной  коробке.  Вся  машина

крепится к  фундаменту с помощью лап.  Для  охлаждения  машины  предусмотрены

вентиляционные  каналы.

      Особым конструкционным компонентом  электрических   машин  постоянного

тока является коллектор. В основном коллектор  изготавливают  виде  цилиндра,

который собран из  пластин  из  твердой  меди.  Между  пластинами  размещены

изоляционные  прокладки из миканита.  Над  коллектором  устанавливают  щетки,

которые размещаются  в щеткодержателях, укрепленных  на подшипниковом  щите  с

помощью траверсы. Щетки прижимаются к коллектору с  помощью  пружин,  прижим

которых можно  регулировать.

                                                                       [pic]

      [pic]

        Рис.4 Устройство электрического  двигателя постоянного тока:

      1 – щеткодержатель

      2 – щетки

      3 – коллектор

      4 – якорь

      5 – станина

      6 – обмотка якоря

      7 – сердечник дополнительного полюса

      8, 9 – катушка и сердечник главного  полюса 

        . Принцип действия электрического  двигателя постоянного тока 

      Если обмотку возбуждения подключить  к источнику электрической энергии,

то по обмотке  возбуждения  будет протекать электрический ток. Под действием

этого  тока  будет  образовываться  основное  магнитное  поле  электрической

машины. С помощью  основных полюсов, в частности наконечников  этих  полюсов,

формируется  равномерное  распределение  индукции  по  дуге   цилиндрической

поверхности ротора. Обмотка возбуждения вместе с  магнитопроводами статора  и

ротора называется индуктором,  т.е.  той  частью  машины,  которая  образует

основное магнитное  поле.

      В результате взаимодействия  магнитного поля обмоток якоря  и магнитного

поля  полюсов  создается  вращающий  момент  и  якорь  машины  приходит   во

вращение.  Т.о.  электрическая  энергия  преобразовывается  в   механическую

энергию.  Момент  развиваемый  электрическим   двигателем   вычисляется   по

формуле:

                                    M=k((

      где,  M развиваемый момент электрическим  двигателем

             . магнитный поток эл.дв., Вб.

             . ток обмотки якоря, А

           k           конструктивная           постоянная           машины 

При вращении якоря в проводниках его обмотки индуцируется  ЭДС,  направление

которой противоположно направлению тока,  поэтому  её  называют  противо-ЭДС

или обратной ЭДС. Эта ЭДС  играет  роль  регулятора  потребляемой  мощности,

т.е. изменение  потребляемого тока происходит вследствие  изменения  противо-

ЭДС.   Приложенное   напряжение   уравновешивается   противо-ЭДС,   падением

напряжения в  обмотке якоря и щеточных контактах. Следовательно:

                                   U=E+IRя

Ток в обмотке  якоря и частота его вращения определяются по формулам:

                                 I= (U-E)/Rя

и,

                    n=  (U-IRя)/  (с()  где,  с   постоянная,   определяется

конструкцией  машины.

Условием установившегося  режима двигателя является  равенство  вращающего  и

тормозного  момента.  Если  вращающий  момент,  развиваемый  двигателем  Мэ,

уравновешен тормозным  моментом  Мт,  то  частота  вращения  якоря  остается

постоянной. При  нарушении  равновесия  моментов  появляется  дополнительный

момент, создающий положительное или отрицательное ускорение вращения  якоря.

Если  увеличить  нагрузку  (тормозной  момент  на  валу  двигателя  Мт)   то

равновесие моментов нарушится (Мэ<Мт)  и  частота  вращения  якоря  начнется

уменьшаться. При  этом уменьшается противо-ЭДС, что вызывает  увеличение  как

тока  в  якоре,  так  и  вращающего  момента  двигателя.  Изменение  частоты

вращения,  противо-ЭДС  и  тока  в  якоре   происходит   до   восстановления

равновесия моментов, т.е. до тех  пор  пока  вращающий  момент  не  окажется

вновь равным тормозному моменту на валу двигателя.

Если равновесие моментов не восстанавливается и  тормозной  момент  остается

всегда  больше  вращающегося  момента    (Мт  >Мэ),  то   частота   вращения

уменьшается непрерывно до остановки двигателя. Такие случаи могут  возникать

при больших  тормозных моментах на валу и значительных понижениях  напряжения

в сети.

При уменьшении нагрузки на валу двигателя   (Мэ>Мт)  вращение  якоря  начнет

ускоряться, что  вызовет увеличение противо-ЭДС  в его обмотке. Ток в  обмотке

якоря уменьшится и снизится вращающий момент двигателя.  Изменение  частоты,

противо-ЭДС  и  тока  в  якоре  будет  протекать  также  до   восстановления

равновесия моментов (Мэ=Мт).

Однако в  электрических  двигателях  постоянного  тока   сравнительно  часто

создаются условия, при которых равновесие моментов не восстанавливается  при

любом изменении  частоты, так что вращающий  момент  всегда  остается  больше

тормозного момента  на  валу  двигателя  (Мэ>Мт).  В  таких  случаях  частота

вращения   якоря   непрерывно   увеличивается,   теоретически   стремясь   к

бесконечности. Практически при значительном превышении  номинальной  частоты

машина разрушается --- разрываются бандажи, скрепляющие  лобовые  соединения

обмотки, проводники обмотки выходят из пазов и т.д.  Такой  аварийный  режим

называется разносом двигателя.

Направление  вращения  якоря  эл.двигателя  постоянного  тока   зависит   от

полярности полюсов  и от направления тока в проводниках  обмотки  якоря.  Т.о.

для  реверсирования  двигателя,  т.е.  для изменения направления вращения

якоря,  нужно  либо  изменить   полярность   полюсов,   переключив   обмотку

возбуждения, либо изменить направление тока в обмотке  якоря.

Обмотка возбуждения  обладает значительной индуктивностью и  переключение  ее

нежелательно. Поэтому  реверсирование  двигателей  постоянного  тока  обычно

производится  переключением обмотки якоря. 
 
 

            . Магнитное поле электрических  машин постоянного тока 

Магнитное поле электрических машин постоянного  тока состоит из двух  частей:

основного магнитного  поля  и  магнитного  поля  якоря.  Ток   Iв,   который

протекает  по  обмотке   возбуждения   с    числом   витков   (в,   образует

магнитодвижущую силу (МДС) обмотки В.

                                   Fв=Iв(в

Под действием  магнитодвижущей силы образуется магнитный  поток  Фо  основного

магнитного поля, который замыкается  через  основные  полюса,  магнитопровод