Общие сведения о двигателях постоянного тока

Двигатели постоянного тока находят широкое применение в промышленных, транспортных и других установках, где требуется широкое и плавное регулирование скорости вращения (прокатные станы, мощные металлорежущие станки, электрическая тяга на транспорте и так далее).

По способу возбуждения двигатели постоянного тока подразделяются аналогично генераторам на двигатели независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения.

Схемы двигателей и генераторов с данным видом возбуждения одинаковы (рисунок 1 в статье "Общие сведения о генераторах постоянного тока") . В двигателях независимого возбуждения токи якоря Iа и нагрузки I равны: I = Iа, в двигателях параллельного и смешанного возбуждения I = Iа + iв и в двигателях последовательного возбуждения I = Iа = Iв.

С независимым возбуждением от отдельного источника тока обычно выполняются мощные двигатели с целью более удобного и экономичного регулирования тока возбуждения. По своим свойствам двигатели независимого и параллельного возбуждения почти одинаковы, и поэтому первые ниже отдельно не рассматриваются.

Энергетическая диаграмма двигателя параллельного возбуждения
Рисунок 1. Энергетическая диаграмма двигателя параллельного возбуждения

Энергетическая диаграмма

Энергетическая диаграмма двигателя параллельного возбуждения изображена на рисунке 1. Первичная мощность P1 является электрической и потребляется из питающей сети. За счет этой мощности покрываются потери на возбуждения pв и электрические потери pэла = Iа² × Rа в цепи якоря, а оставшаяся часть составляет электромагнитную мощность якоря Pэм = Eа × Iа, которая превращается в механическую мощность Pмх. Потери магнитные pмг, добавочные pд, и механические pмх покрываются за счет механической мощности, а остальная часть этой мощности представляет собой полезную механическую мощность P2 на валу.

Аналогичные энергетические диаграммы, иллюстрирующие преобразование энергии в  двигателе, можно построить и для других типов двигателей.

Уравнение вращающих моментов

Электромагнитный момент двигателя

Mэм = Pэм / Ω,

который является движущим и действует в сторону вращения, расходуется на уравновешивание тормозящих моментов: 1) момента M0, соответствующего потерям pмг, pд и pмх, покрываемым за счет механической мощности [смотрите равенство (6) в статье "Общие сведения о генераторах постоянного тока"]; 2) Mв – момента нагрузки на валу, создаваемого рабочей машиной или механизмом; 3) Mдин – динамического момента [смотрите равенство (7) в статье "Общие сведения о генераторах постоянного тока"]. При этом

Mв = P2

Таким образом,

Mэм = M0 + Mв + Mдин (1)

или

Mэм = Mст + Mдин (2)

где

Mст = M0 + Mв

является статическим моментом сопротивления.

При установившемся режиме работы, когда n = const и поэтому Mдин = 0,

Mэм = Mст. (3)

В дальнейшем индекс "эм" у Mэм будем опускать. Обычно M0 мал по сравнению с Mв, и поэтому приблизительно можно считать, что при установившемся режиме работы Mэм = M является полезным моментом на валу и уравновешивается моментом Mв. Можно также значение M0 включить в значение Mв.

Укажем, что если выразить P в киловаттах, а Ω - через число оборотов в минуту nм, то между P, nм и M в кгс × м будет существовать зависимость

Уравнение напряжения и тока

В двигателях направление действия э. д. с. якоря Eа противоположно направлению тока якоря Iа (смотрите статью "Принцип действия машины постоянного тока"), и поэтому Eа называется также противоэлектродвижущей силой якоря. Уравнение напряжения для цепи якоря двигателя можно записать следующим образом:

U = Eа + Rа × Iа. (4)

Здесь Rа – полное сопротивление цепи якоря [смотрите равенство (15) в статье "Общие сведения о генераторах постоянного тока"]. В режиме двигателя всегда U > Eа.

Из равенства (4) следует, что

(5)

где, согласно выражению (3), в статье "Основные электромагнитные соотношения. Электродвижущая сила якоря и электромагнитный момент",

Eа = cе × Фδ × n. (6)

Скорость вращения и механические характеристики

Решая уравнение (4) совместно с (6) относительно n, находим уравнение скоростной характеристики n = f(Iа) двигателя:

(7)

Согласно выражению (8), в статье "Основные электромагнитные соотношения. Электродвижущая сила якоря и электромагнитный момент",

M = см × Фδ × Iа. (8)

Определив отсюда значение Iа и подставив его в (7), получим уравнение механической характеристики n = f(M) двигателя:

(9)

которое определяет зависимость скорости вращения двигателя от развиваемого момента вращения.

Вид механической характеристики n = f(M) или M = f(n) при U = const зависит от того, как с изменением момента M изменяется поток машины Фδ, и различен для двигателей с различными способами возбуждения. Это же справедливо для скоростных характеристик (смотрите статьи "Двигатели параллельного возбуждения", "Двигатели последовательного возбуждения", "Двигатели смешанного возбуждения").

Источник: Вольдек А. И., "Электрические машины. Учебник для технических учебных заведений" – 3-е издание, переработанное – Ленинград: Энергия, 1978 – 832с.

03 декабря 2011 | Машины постоянного тока

В статье описано устройство стандартной машины постоянного тока. Рассмотрено, что из себя представляют главный и дополнительный полюс, якорь, коллектор и щеточный аппарат. Рассмотрим несколько подробнее устройство машины постоянного тока и приведем...

12 сентября 2013 | Справочник электромеханика

Структура условного обозначения степени защиты Классификация по степени защиты регламентируется ГОСТ IEC 60034-5-2011. Обозначение степени защиты состоит из характеристических букв латинского алфавита IP и последующих двух характеристических цифр, указывающих на соответствие...

29 января 2013 | Машины постоянного тока

Свойства генераторов анализируются с помощью характеристик, которые устанавливают зависимости между основными величинами, определяющими работу генераторов. Такими основными величинами являются: 1) напряжение на зажимах U, 2) ток возбуждения iв, 3) ток...

01 апреля 2015 | Электротехника

Из формулы U = I × z видно, что Это и есть формула закона Ома для цепи с последовательным соединением r и L. Пример 1. Определить ток, проходящий через катушку, индуктивное сопротивление...

14 ноября 2013 | Справочник электромеханика

Проектирование трансформаторов слагается из их расчета и конструирования. Расчет трансформатора в общем представляет собой математически неопределенную задачу со многими решениями, так как число определяемых неизвестных, связывающих их, больше числа уравнений...

Информационный сайт "Электромеханика", © 2011-2019. Копирование материалов запрещено.