Теоремы подобия позволяют легко рассчитывать варианты данной магнитной системы, отличающиеся от нее лишь масштабом. При этом все параметры исходной магнитной системы считаются известными.

6.6 Методика расчета электромагнитов постоянного тока

В основу методики расчета положены методы теории цепей и законы Ома и Кирхгофа для магнитных цепей. В таблице 6.2 приведены основные величины - аналоги, используемые в расчетах электрических и магнитных цепей.





66

Таблица 6.2

В цепь якоря может быть включено добавочное сопротивление R_д, например, пусковой реостат. Для регулирования тока возбуждения в цепь обмотки возбуждения ОВ может быть включен регулировочный реостат R_р.

Принцип работы двигателя постоянного тока основан на электромаг­нитном взаимодействии неподвижного магнитного потока возбуждения Ф с током l_я, протекающим по обмотке якоря. На каждый из проводников с током действует электромагнитная сила и создается результирующий элек­тромагнитный момент

(3.1)

где k- конструктивный коэффициент, зависящий от конструктивных

параметров машины. Этот момент заставляет ротор вращаться, на­правления момента и скорости совпадают.

При вращении проводников якоря в поле возбуждения: в каждом из них наводится ЭДС вращения и с щеток снимается результирующая ЭДС обмотки якоря:

(3.2)

где со - угловая скорость якоря. В режиме двигателя эта ЭДС направлена навстречу току якоря.

Механические характеристики. Механическая характеристика дви­гателя - это зависимость электромагнитного момента, развиваемого двига­телем, от угловой скорости ротора. Механические характеристики двигате­лей принято подразделять на естественные и искусственные.

---

Естественная характеристика соответствует номинальному напряжению питания и от­сутствию добавочных сопротивлений в цепях обмоток двигателя. Если хотя бы одно из перечисленных условий не выполняется, характеристика назы­вается искусственной.

Уравнение механической характеристики может быть

найдено из уравнения равновесия ЭДС и напряжений для якорной цепи двигателя (рис. 3.3), записанного на основании второго закона. Кирхгофа:

(3 .3)

где R_я- активное сопротивление якоря.

Преобразуя (3.3) с учетом (3.1) и (3.2), получим уравнение механиче­ской характеристики

(3.4)

27




Это уравнение можно представить в виде где w_о.ид — угловая частота идеального холостого хода (при )

- уменьшение угловой частоты, обу­словленное нагрузкой на валу двигателя и пропорциональное сопротивле­нию якорной цепи.

Семейство механических характеристик при номинальном напряже­нии на якоре и потоке возбуждения и различных добавочных сопротивле­ниях в цепи якоря изображено на рис. 3.3.



Механические характеристики двигателей принято оценивать по трем показателям: устойчивость, жесткость и линейность.

Естественная механическая характеристика, соответствующая (3.4) при R_д = 0, изображена прямой линией 1. Механическая характеристика линейная; небольшое отклонение от линейного закона может быть вызвано потоком якоря, создаваемым током якоря и приводящим к изменению ре­зультирующего потока Ф. Эта характеристика жесткая, т.к. при изменении момента нагрузки и соответственно скорости поток возбуждения не изме­няется. Жесткость характеристики уменьшается при введении добавочного сопротивления в цепь якоря (прямые линии 2 и 3 - искусственные реостат­ные характеристики). Характеристики устойчивые, т.е. двигатель автома-

---

28

65

Окончание табл. 6.1





64

Таблица 6.1 Коэффициенты формул тягового усилия и вращающего момента

тически возвращается в исходную точку характеристики после снятия воз­мущения. Формальным признаком устойчивости является знак производ­ной на устойчивом участке характеристики производная должна быть отрицательной.

Увеличение статического момента сопротивления на валу двигателя приводит к уменьшению угловой частоты и ЭДС якоря. Ток якоря, выра­жение для которого можно записать на основании (3.3)

(3.6)

возрастает. Соответственно растет электромагнитный момент

Регулирование скорости. Угловую скорость двигателя при неиз­менном моменте сопротивления можно регулировать (см. (3.4)) тремя спо­собами:

1. 
   якорным - изменением напряжения на обмотке якоря U_я;
   
2. 
   полюсным - изменением магнитного потока возбуждения Ф;
   

1. 
   реостатным - изменением добавочного сопротивления R_дв цепи якоря.
   

Регулировочные характеристики двигателей независимого возбужде­ния при якорном управлении будут рассмотрены в следующих разделах. При этом возможны два основных вида управления:

1. 
   непрерывное - изменением во времени амплитуды напряжения;
   
2. 
   импульсное - изменением времени, в течение которого к двигате­лю подводится номинальное напряжение.
   

Полюсное управление применяется гораздо реже якорного, т.к. регу­лировочные характеристики получаются нелинейными и цепь управления обладает значительной индуктивностью, что может отрицательно сказаться на быстродействии. Преимуществом полюсного управления является зна­чительно меньший ток возбуждения по сравнению с током якоря и, соот­ветственно, меньшая мощность управления.

При реостатном способе через реостаты R_д(см. рис. 3.2) должен длительно пропускаться значительный ток, что вызывает большие потери мощности. Способ не обеспечивает широкого диапазона регулирования скорости, он неэкономичен и в системах автоматического управления при­

---

меняется крайне редко.

Пуск. Пуск двигателя постоянного тока осложняется тем, что при ЭДС и пусковой ток якоря может в 10-20 раз пре-

вышать номинальный ток, что опасно как для двигателя (усиление искре-

29

ния, динамические перегрузки), так и для источника питания. Поэтому важнейшими показателями пускового режима являются кратность пусково­го тока и кратность пускового момента При пуске необходимо обеспечить требуемую кратность пускового момента при воз­можно меньшей кратности пускового тока.

Прямой пуск применяют обычно при кратности пускового тока

. При большем значении применяют способы пуска, обеспечи­вающие снижение тока либо за счет подачи пониженного напряжения на обмотку якоря, либо за счет введения добавочного сопротивления в цепь якоря.

Реверсирование. Реверсирование двигателя осуществляется либо изменением полярности напряжения на обмотке якоря, либо на обмотке возбуждения. В обоих случаях изменяется знак момента двигателя и,

соответственно, направление вращения ротора.

---

Торможение. У двигателей независимого возбуждения возможны три тормозных режима:

• 
  рекуперативное торможение - перевод двигателя в режим генера­тора, работающего параллельно с сетью,
  
• 
  торможение противовключением - за счет изменения направления тока якоря или потока возбуждения,
  

- динамическое - перевод двигателя в режим автономного генератора.
У двигателей исполнительных устройств применяется в основном

торможение противовключением или динамическое.

Бесконтактные двигатели постоянного тока. Коллекторные двига­тели постоянного тока обладают хорошими регулировочными свойствами и экономичны, но наличие скользящего контакта коллектор-щетки ограни­чивает область их применения.

В настоящее время в связи с развитием силовой полупроводниковой электроники появились и начали получать все более широкое распростра­нение бесконтактные двигатели постоянного тока. При замене механиче­ского коммутатора - коллектора с щетками-полупроводниковым коммута­тором двигатель постоянного тока становится более надежным и долговеч­ным, создает меньше радиопомех, особенно при высоких частотах враще­ния, когда очень быстро изнашиваются щетки и значительно увеличивают­ся искрение и радиопомехи.

Конструтция. В отличие от обычного коллекторного двигателя, бес­контактный двигатель постоянного тока обладает рядом характерных осо­бенностей.

30

управляющей обмотки. При выключенной обмотке поток постоянного маг­нита замыкается в основном через якорь. Включение тока увеличивает магнитное сопротивление цепи якоря, и поток постоянного магнита начи­нает замыкаться через шунт.

6.4 Расчетные формулы для определения тягового усилия и вращающего момента

Тяговое усилие Р и вращающий момент М как нейтрального, так и поляризованного электромагнита нужно рассчитывать по общим энергети­ческим формулам: и где

---

Смотрите также файлы

• Трбие сааты Білімге мтылу,ебексйгіштік жне отаншылды Кні.docx

• Исследование лидерских качеств у женщин руководителей Студент.doc

• Москва 2023 г. Практическое занятие 1 Ответы на вопросы Вопрос 1.docx

• Разде.docx

• Роль цифровизации в учете расчетов по оплате и охране труда.doc