Двигатели постоянного тока

тока с параллельным возбуждением.
Машина постоянного тока может работать

в качестве двигателя.

В двигателе с параллельным воз-буждением обмотка возбуждения подключена параллельно обмотке якоря. Если к зажимам двигателя подвести постоянное напряжение, то в обмотке якоря начинает про-текать ток, а между полюсными наконечниками статора возникает магнитный поток. Взаимодействие тока в обмотке якоря с магнитным

полем приводит к возникновению сил Ампера, направление которых опре-деляют по правилу левой руки. В результате возникает вращающий мо-мент, пропорциональный току якоря и магнитному потоку обмотки возбуж-дения. При вращении якоря проводники его обмотки пересекают магнит-ное поле и в них индуцируется э.д.с., направленная встречно приложенно-му напряжению. Поэтому эта э.д.с. получила название противоэлектродви-жущей силой.

U и Е, можно записать выра-
жение для тока в цепи

двигателя: Эту формулу можно представить в виде:

Напряжение U, приложенное к зажимам двигателя, уравновешивает противо- э.д.с. и компенсирует падение напряжения на сопротивлении
обмотки якоря. В отличие от генератора противо- э.д.с. двигателя меньше
напряжения U на его зажимах. При нормальной работе двигателя противо-
э.д.с. составляет 90-95 % от напряжения U.
У двигателя с параллельным возбуждением общий ток, потребляемый
из сети, равен сумме токов в обмотке якоря и в обмотке возбуждения. Ток
в обмотке возбуждения составляет 2-5 % от потребляемого тока.
При включении двигателя противо- э.д.с. отсутствует, так как якорь не-
подвижен. Поэтому пусковой ток во много раз превышает номи-
нальный ток двигателя.
Чтобы предохранить двигатель от чрезмерно большого пускового тока, по-
следовательно с якорем включают пусковой реостат. После того, как дви-
гатель набирает обороты, пусковой реостат выводят.

схема включения двигателя с параллельным воз-
буждением с пусковым реостатом.

При наличии

пускового реостата пусковой ток:

Сопротивление пускового реостата выбирают таким, чтобы пусковой ток составлял 1,2 – 2 от номиналь-ного. При этом начальный пусковой момент во сто-лько же раз превышает номинальный. Это является преимуществом двигателей постоянного тока. Поэто-му их применяют в качестве тяговых двигателей на электротранспорте.
Реверсирование двигателя. Для реверсирования двигателя недостаточно поменять полярность источ-ника питания, так как при этом происходит измене-

ние направления тока в якоре и направления магнитного поля. Поэтому для реверсирования необходимо изменить направление тока либо только в цепи якоря, либо в обмотке возбуждения.

двигателя от нагрузочного момента. Для двигателей с параллельным
возбуждением различают

два типа механических характеристик: естест-
венная (при отсутствии пускового реостата) и реостатная (с пусковым рео-
статом).

На рисунке приведены естественная (кривая 1) и реостатная (кривая 2) меха-нические характеристики. Обе характе-ристики представляют линейные зависи-мости, выходящие из одной точки n0 при отсутствии нагрузочного момента на ва-лу двигателя. Реостатная характеристи-ка имеет больший наклон, чем естестве-нная. Для построения естественной ме-ханической характеристики достаточно знать координаты двух её точек, напри-

мер, 1) n = nn и М = Мn; 2) n = n0 и М = 0.

тремя способами: 1) изменением сопротивления якорной цепи;
2) изменением магнитного потока

двигателя; 3) регулированием напряже-
ния, подводимого к якорю двигателя.
Регулирование скорости изменением сопротивления цепи якоря. Этот
способ основан на зависимости реостатной характеристики от сопротивле-
ния в цепи якоря. Чем больше сопротивление, тем ниже лежит реостатная
характеристика по отношению к естественной. Поэтому увеличение сопро-
тивления ведёт к снижению скорости и наоборот.
Регулирование скорости изменением магнитного потока. Для реализа-
ции этого способа в цепь обмотки возбуждения включают регулировочный
реостат. При увеличении сопротивления реостата магнитный поток умень-
шается, а скорость двигателя увеличивается. Соответственно механичес-
кая характеристика двигателя смещается вверх. При малых значениях то-
ка возбуждения, а также при случайном обрыве цепи возбуждения ско-
рость вращения резко возрастает и становится опасной для механической
целостности двигателя.

является наиболее сложной и реализуется в системе «генератор –
двигатель».
Система состоит

из трёхфазного двигателя переменного тока Д1, генератора постоян-ного тока Г, двигателя постоянного тока Д2 и рабочей машины РМ. Генератор Г приводится во вращение двигателем Д1. Напряжение от генератора подведено к якорю двигателя Д2. Последний приводит в движение рабочую машину. Плавное ре-гулирование скорости рабочей машины осуществляется изменением напряжения U, подводимого к зажимам двигателя Д2,

путём регулирования тока возбуждения. Для расширения диапазона регу-лирования скорости наряду с изменением напряжения U регулируют также ток возбуждения двигателя Д2. Ввиду сложности системы «генератор-дви-гатель» она применяется крайне редко.

приведена на рису-
нке.
В этой схеме обмотка возбуждения соединена после-довательно с

обмоткой якоря. У двигателя с последо-вательным возбуждением при небольшой нагрузке вращающий момент пропорционален квадрату тока. При больших нагрузках вращающий момент становит-ся пропорциональным току. Поэтому механическая характеристика двигателя при малых нагрузках имеет вид гиперболы, а при значительных нагрузках она становится прямолинейной.

Работа двигателя последо-вательного возбуждения

вхолостую или при малых нагрузках недопусти-ма, так как в этом случае скорость двигателя во-зрастает до величины, опасной для механичес-кой целости якоря («разнос» двигателя). На ри-сунке кривая 1 – естественная характеристика, а кривая 2 – реостатная.

скорость вращения двигателя
снижается. Поскольку при малых нагрузках вращающий момент двигателя
пропорционален

квадрату силы тока, эти двигатели применяются на элек-
трическом транспорте (тяговые двигатели) и в подъёмных установках
(крановые двигатели), так как здесь требуется большой вращающий мо-
мент, особенно в период пуска.
Двигатели смешанного возбуждения.
Эти двигатели применяют, когда желательно использовать преимущест-
ва двигателя с последовательным возбуждением (большой вращающий
момент при пуске) и двигателя параллельного возбуждения (возможность
работы при малых нагрузках). У этих двигателей имеются две обмотки воз-
буждения – последовательная и параллельная.
Последовательная обмотка выполняется проводом большого сечения и
содержит небольшое число витков. Параллельная обмотка выполняется
проводом малого сечения и содержит достаточно большое число витков,
так, чтобы ток через эту обмотку был небольшим.

могут работать как от сети постоянного тока (110
и 220 В),

так и от сети переменного тока 50 Гц (127 и 220 В). Такие двига-
тели применяют в основном в бытовой технике (электрифицированный
инструмент, вентиляторы, холодильники и др.). Мощности коллекторных
микродвигателей лежат в пределах от 5 до 400 Вт.
По своему устройству универсальные двигатели принципиально не от-
личаются от двухполюсных двигателей постоянного тока с последователь-
ным возбуждением. Вращающий момент создается за счёт взаимодействия
тока в обмотке якоря (ротора) с магнитным потоком возбуждения. Этот
момент и при переменном токе направлен в одну сторону, так как ток яко-
ря меняет свое направление одновременно с потоком возбуждения.
Достоинством универсальных коллекторных двигателей является воз-
можность получения высоких скоростей вращения (2700 – 8000 об/мин)
даже при питании переменным током, тогда как асинхронные и синхрон-
ные двигатели при частоте 50 Гц имеют скорость вращения не превышаю-
щую 3000 об/мин.

ор-
ганов рабочей машины. Электропривод состоит из:
1) электрического двигателя,
2) передаточного устройства

от двигателя к рабочей машине,
3) аппаратов для управления двигателем.
К электроприводам предъявляются разнообразные требования. Элект-
родвигатель должен иметь достаточную мощность для преодоления моме-
нта сопротивления и преодолевать кратковременные механические перег-
рузки. Элементы системы управления приводом должны обеспечивать ре-
версирование и регулирование скорости рабочих машин, за данное время
пуска и торможения.
Моменты, действующие в приводе. При работе электродвигателя разви-
ваемый им вращающий момент уравновешивает моменты сопротивления:
1) моменты, обусловленные полезной работой;
2) моменты, вызванные трением;
3) моменты, обусловленные инерцией.
Моменты 1-й и 2-й групп называются статическими, 3-й – динамическими.

постоянным и динамический момент равен нулю. Следователь-
но, при установившемся движении

вращающий момент, развиваемый дви-
гателем, уравновешивает только момент сопротивления.
Нарушение равновесия этих моментов вызванное внезапными «возму-
щениями» влечёт за собой изменение скорости привода. В этом случае во-
зникает динамический момент.
Механические характеристики электропривода – это зависимость скоро-

сти вращения n рабочей машины от статическо-го момента сопротивления Mc. Принято разли-чать: рабочие машины, статический момент ко-торых не зависит от скорости вращения (прямые 1 и 2); рабочие машины, статический момент ко-торых зависит от скорости вращения (кривая 3). В первую группу входят машины, совершающие работу подъёма (краны, подъёмники) и машины

для горизонтального или наклонного перемещения материалов (транспор-тёры, конвейеры). Ко второй группе относятся центробежные машины: ве-нтиляторы, насосы, компрессоры.