ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА.

ЛЕКЦИЯ 34. ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА.

Различают три типа двигателей постоянного тока:

· с параллельным возбуждением (рис. 1);

· с последовательным возбуждением (рис. 2);

· со смешанным возбуждением (рис. 3).

В отличие от генераторов, в которых ток якоря образуется за счет остаточного магнитного потока, вызвающего появление остаточной ЭДС, в двигателях ток якоря создается внешним источником и направлен он против ЭДС.

Для двигателей с параллельным возбуждением выражение частоты вращения имеет вид: n = (U – I_Яr_Я)/C_ЕФ (1); для двигателей с последовательным возбуждением аналогичное выражение: n= (U - I_Я [r_Я + r_В])/C_ЕФ (2).

Двигатели постоянного тока обладают свойством саморегулирования – это способность сохранять устойчивость работы двигателя при изменении на него нагрузки. Если нагрузка на вал двигателя увеличивается, это приводит к уменьшению частоты вращения, тогда из уравнения (1) получим, что ток якоря возрастет.

Момент электромагнитных сил, действующий со стороны магнитногополя на вращающийся ротор (вращающий момент): М = С_МI_ЯФ (3), где С_М – постоянная машины, отличная от С_Е, определяющаяся конструктивными особенностями машины; Ф – магнитный поток; I_Я – ток якоря.

Так как вращающий момент прямо пропорционален току якоря, то при увеличении нагрузки и уменьшении частоты вращения двигателя вращающий момент возрастет. Но если двигатель начинает развивать большой вращающий момент, то частота вращения начинает возрастать, и это будет происходить до тех пор, пока не уравновесятся вращающий момент двигателя и момент сопротивления, обусловленный нагрузкой на вал. В итоге всякое увеличение нагрузки на вал двигателя и соответствующее ему уменьшение частоты вращения двигателя вызывают стремление двигателя вернуть эту частоту вращения к исходному значению.

К основным характеристикам двигателей постоянного тока относят:

· моментную характеристику – зависимость магнитного момента от тока якоря при постоянном напряжении и токе возбуждения, т.е. М = f(I_Я) при U = const и I_В = const;

· скоростную характеристику – зависимость частоты вращения от тока якоря при постоянном напряжении и токе возбуждения, т.е. n = f(I_Я) при U = const и I_В = const.

У двигателей с последовательным и параллельным возбуждением эти характеристики сильно отличаются.

Для двигателей с параллельным возбуждением: в таких двигателях магнитный поток не зависит от тока якоря и остается постоянным, поэтому в выражении (1) знаменатель остается постоянным, а числитель с ростом тока якоря незначительно уменьшается, что приводит к незначительному уменьшению частоты вращения двигателя.

Возрастание тока якоря напрямую связано с увеличением нагрузки на вал двигателя, следовательно, скоростная характеристика отражает зависимость частоты вращения от нагрузки на вал двигателя.

У двигателей с параллельным возбуждением уменьшение частоты вращения при увеличении нагрузки небольшое, оно составляет 5-8%. Такую скоростную характеристику называют жесткой.

Моментная характеристика представляет собой прямую. Это связано с тем, что в выражении (3) величина магнитного потока Ф = const и поэтому в этих двигателях М прямо пропорционален току якоря.

Для двигателей с последовательным возбуждением аналогичные характеристики выглядят следующим образом:

На участке ab магнитный поток в системе увеличивается в связи с увеличением тока якоря, который одновременно является током возбуждения, поэтому в выражении (2) наряду с уменьшением числителя, происходит одновременное увеличение знаменателя.

Это значит, что частота вращения уменьшается гораздо сильнее, чем в двигателях с параллельным возбуждением.

При токе якоря, соответствующем точке b, магнитная система входит в состояние насыщения, и магнитный поток перестает изменяться, поэтому на участке bc изменение частоты вращения двигателя начинает происходить по тому же закону, что и у двигателей с параллельным возбуждением.

Моментная характеристика двигателей с последователым возбуждением обеспечивает довольно крутой ролст вращающего момента в зависимости от тока якоря, а, следовательно, и от нагрузки на вал двигателя. При нормальной работе двигателя вращающий момент равен моменту сопротивления. Если вращающий момент возрастает, следовательно, момент сопротивления тоже будет возрастать, но так как вращающий момент прямо пропорционален току якоря, следовательно, ток якоря будет возрастать, а частота вращения – уменьшаться.

Двигатели с последовательным возбуждением наиболее часто используют на практике в качестве тяговых двигателей (в троллейбусах, трамваях и т.д.).

Двигатели со смешанным возбуждением занимают промежуточное положение по своим характеристикам между рассмотренными выше. Они обладают «мягкой» скоростной характеристикой (частота вращения уменьшается достаточно сильно с ростом нагрузки). При малых нагрузках и холостом ходе у них не наблюдается такого заметного роста частоты, как у двигателей с последовательным возбуждением.