Двигатель постоянного тока. Характеристики и регулирование

После предыдущего поста о мотор-редукторе мне пришло несколько вопросов по регулированию двигателя постоянного тока. Так что пора написать очередной пост 🙂

Двигатель постоянного тока (ДПТ) это один из самых привычных и понятных электродвигателей, он изучается даже в школе, на физике. Он используется практически везде, где нужен малогабаритный моторчик, а также не спешит сдавать своих позиций и там, где мощность измеряется десятками киловатт. О нем и поговорим.
 

▌Конструктив и базовый принцип
Не буду тут особо распинаться, покажу картинку из википедии и укажу ряд основных узлов. Все остальное вы и так знаете и трогали своими руками.
 

1. Статор состоит из источника магнитного поля. Далеко не всегда это постоянный магнит, более того, постоянный магнит это скорей исключение, чем правило. Обычно все же это обмотка возбуждения. По крайней мере на всем, что больше кулака по размерам.
 

2. Якорь состоит из обмотки якоря и коллекторного узла.
 

Работает все очень и очень просто. Обмотка якоря отталкивается от магнитного поля статора силой Ампера и совершает пол оборота, стремясь вывести эту силу на ноль и таки вывела бы если бы не коллектор, который ловко всех обламывает переключает полярность катушки и сила вновь становится максимальной. И так по кругу. Т.е. коллектор служит механическим инвертором напряжения в якоре. Запомните этот момент, он нам еще пригодится 🙂
 

Обычно в мелких моторчиках всего два полюса обмотки возбуждения (одна пара) и трехзубцовый якорь. Три зуба это минимум для запуска из любого положения, но чем больше зубцов тем более эффективно используется обмотка, меньше токи и более плавный момент, т.к сила является проекцией на угол, а активный участок обмотки проворачивается на меньший угол
 

▌Происходящие в двигателе процессы
Думаю многие из вас кто баловался с движками могли заметить, что у них есть ярко выраженный пусковой ток, когда мотор на старте может рвануть стрелку амперметра, например, до ампера, а после разгона ток падает до каких-нибудь 200мА.
 

Почему это происходит? Это работает противоэдс. Когда двигатель стоит, то ток который через него может пройти зависит только лишь от двух параметров — напряжения питания и сопротивления якорной обмотки. Так что предельный ток который может развить движок и на который следует рассчитывать схему узнать несложно. Достаточно замерить сопротивление обмотки двигателя и поделить на это значение напряжение питания. Просто по закону Ома. Это и будет максимальный ток, пусковой.
 

Но по мере разгона начинается забавная вещь, обмотка якоря движется поперек магнитного поля статора и в ней наводится ЭДС, как в генераторе, но направлена она встречно той, что вращает двигатель. И в результате, ток через якорь резко снижается, тем больше, чем выше скорость.
 

А если движок дополнительно еще подкручивать по ходу, то противоэдс будет выше питания и движок начнет вкачивать энергию в систему, став генератором.
 

▌Немного формул
Не буду грузить никого выводами, их найдете сами если захотите. Чтобы было поменьше матана рекомендую найти учебник по электроприводу для средних учебных заведений и годом выпуска подревней. От 50х-60х годов самое то 🙂 Там и картинки винтажные и расписано для вчерашнего выпускника сельской семилетки. Много букв и никакого грузилова, все четко и по делу.
 

Самая главная формула коллекторного двигателя постоянного тока:

U = Е + I_я*R_я

• U — напряжение подаваемое на якорь
• R_я — сопротивление якорной цепи. Обычно за этот символ считают только сопротивление обмотки, хотя можно снаружи навесить резистор какой и он к ней приплюсуется. Тогда пишут как (R_я+R_д)
• I_я — ток в якорной цепи. Тот самый который замеряется амперметром при попытке измерять потребление движка 🙂
• Е — это противоэдс или ЭДС генератора, в генераторном режиме. Она зависит от конструкции двигателя, оборотов и описывается вот такой вот простой формулой

Е = С_е * Ф * n

• C_e — одна из конструктивных констант. Они зависят от конструкции двигателя, числа полюсов, количества витков, толщин зазоров между якорем и статором. Нам она не особо нужна, при желании ее можно вычислить экспериментально. Главное, что она константа и на форму кривых не влияет 🙂
• Ф — поток возбуждения. Т.е. сила магнитного поля статора. В мелких моторчиках, где оно задается постоянным магнитом это тоже константа. Но бывает под возбуждение выведена отдельная обмотка и тогда мы можем ее менять.
• n — обороты якоря.

Ну и зависимость момента от тока и потока:

М = С_м * I_я * Ф

С_м — конструктивная констатнта.
 

Вот тут стоит обратить внимание, что зависимость момента от тока совершенно прямая. Т.е. просто замеряя ток, при неизменном потоке возбуждения, мы можем совершенно точно узнать величину момента. Это может быть важно, например, чтобы не сломать привод, когда двигло может развить такое усилие, что легко поломает то, что оно там вращает. Особенно с редуктором.
 

Ну и из этого же следует, что момент у машины постоянного тока зависит только от способности источника снабжать его током. Так что идеальный нерушимый сверхпроводящий движок вам на раз лом в узел завяжет, пусть даже он сам с ноготок будет. Только энергию подавай.
 

А теперь смешаем все это в кучу и получим зависимость оборотов от момента — механическую характеристику двигателя.
 

Если ее построить, то будет нечто следующее:
 

n₀ — это обороты идеального холостого хода сферического двигателя в вакууме. Т.е. когда наш движок ну ваще халявит, момент равен нулю. Ток потребления тоже, естественно, ноль. Т.к. противоэдс равна напряжению. Чисто теоретический вариант. А вторая точка строится уже с каким-либо моментом на валу. Получается прямая зависимость оборотов от момента. А наклон характеристики определяется сопротивлением якорной цепи. Если никаких добавочных резисторов там нет, то это зовут естественной характеристикой.
 

Обороты идеального холостого хода зависят от напряжения и потока. Больше ни от чего. А если поток константа (постоянный магнит), то только от напряжения. Снижая напряжение вся наша характеристика параллельно смещается вниз. Уменьшили напряжение в два раза — скорость упала в два раза.
 

Если есть возможность менять поток возбуждения, то можно поднимать скорость выше номинальной. Тут зависимость обратная. Ослабляем поток — двигатель разгоняется, но либо падает момент, либо ему надо жрать больше тока.
 

Иной двигатель со снятием возбуждения может и в разнос пойти. Помнится сдавал я затянувшийся курсач по электроприводу, уже хрен знает спустя сколько времени после сессии. Вломы мне его делать было, ага 🙂 Ну и сидел в лаборатории, ждал препода. А там какие то балбесы, на курс ниже, лабу делали. Крутили движок вхолостую, а возбуждение к стенду приверчено было на соплях и слетело с клеммы. Движок в разнос пошел. У нас в лаборатории ЭПА ЮУРГУ все серьезно было, машины стояли нешуточные, по десятку киловатт и под сотню другую кг каждый. Все на суровом напряжении в 380 вольт.
В общем, когда эта дура взревела как монстр и стала рваться с креплений, я только и успел крикнуть, что все нахер от машины, вырубай к черту. Не успели, двигло сорвало с креплений, обмотка повылетала с пазов и движку пришел кирдык. Ладно никого не покалечило.
Впрочем, лабы привода это то еще развлечение было. У нас там и горело и взрывалось. Там я приобрел замечательные навыки чинить что угодно, чем угодно в сжатые сроки. В среднем, каждый успел по разу убить стенд наглухо, а лаба часто начиналась с починки паяльника, которым чинили осциллограф с помощью которого реанимировали убитый стенд.
 

Добавляя резисторы в якорную цепь мы можем увеличить наклон, т.е. чем больше грузим тем больше падает скорость.

Метод плох тем, что резисторы в цепи якоря должны быть расчитаны на ток двигателя, т.е. быть мощными и будут греться зря. Ну и момент резко падает, что плохо.
 

Есть еще двигатели не независимого, а последовательного возбуждения. Это когда обмотка статора включена последовательно якорю. Не каждый двигатель так можно включить, обмотка возбуждения должна выдерживать ток якоря. Но у них возникает одно интересное свойство. При пуске возникает большой пусковой ток и этот пусковой ток является же током возбуждения, обеспечивая огромный пусковой момент. Механическая характеристика напоминает гиперболу с максимумом в районе нулевых оборотов.
 

А дальше, по мере разгона, момент падает, а обороты наоборот растут. И если нагрузку убрать с вала, то движок сразу же уходит в разнос. Такие движки ставят на тягловый привод в основном. По крайней мере ставили раньше, до развития силовой электроники. С места эта хрень рвет так, что все стритсракеры нервно закуривают.
 

▌Режимы работы двигателя постоянного тока
Направление вращения движка зависит от направления тока якоря или направления потока возбуждения. Так что если взять коллекторный двигатель и подключить обмотку возбуждения параллельно якорю, то он будет прекрасно вращаться и на переменном токе (универсальные двигатели, их в кухонную технику часто ставят). Т.к. ток будет одновременно меняться и в якоре и в возбуждении. Момент правда будет пульсирующим, но это мелочи. А для реверса там надо будет поменять полярность включения якоря или возбуждения.
 

Если нарисовать механическую характеристику в четырех квадрантах, то у нас будет нечто похожее на это:
 

Вот, например, характеристика 1 на I участке у нас машина работает как двигатель. Нагрузка растет и в определенный момент двигатель останавливается и начинает вращаться в обратную сторону, т.е. нагрузка обращает его вспять. Это тормозной режим, противовключение. Режим очень тяжелый, двигло греется просто зверски, но для торможения очень эффективный. Если же момент на валу сменит направление и пойдет вращать навстречу движку, то мотор сразу же выйдет на генерацию (IV участок).
 

Характеристика 2 это то же самое, только с обратной полярностью питающего напряжения двигателя.
 

А характеристика 3 это динамическое торможение. Оно же реостатное. Т.е. когда мы берем и просто коротим наш двигатель на резистор или сам на себя. Можете сами проверить, возьмите любой моторчик и покрутите его, а потом закоротите ему якорь и покрутите снова. На валу будет ощутимое усилие, тем больше, чем качественнее движок.
 

Кстати, драйвера двигателей вроде L293 или L297 имеют возможность включить реостатное торможение, подачей обоих ключей вверх или вниз. При этом якорь коротится через драйвер на шину земли или питания.
 

▌Бесколлекторные двигатели постоянного тока
Коллекторный движок он очень хорош. Он чертовски легко и гибко регулируется. Можно повышать обороты, понижать, механическая характеристика жесткая, момент он держит на ура. Зависимость прямая. Ну сказка, а не мотор. Если бы не одна ложка говна во всей этой вкусняшке — коллектор.
 

Это сложный, дорогой и очень ненадежный узел. Он искрит, создает помехи, забивается проводящей пылью от щеток. А при большой нагрузке может полыхнуть, образовав круговой огонь и тогда все, капец движку. Закоротит все дугой наглухо.
 

Но что такое коллектор вообще? Нафига он нужен? Выше я говорил, что коллектор это механический инвертор. Его задача переключать напряжение якоря туда сюда, подставляя обмотку под поток.
 

А на дворе то уже 21 век и дешевые и мощные полупроводники сейчас на каждом шагу. Так зачем нам нужен механический инвертор если мы можем сделать его электронным? Правильно, незачем! Так что берем и заменяем коллектор силовыми ключами, а еще добавляем датчики положения ротора, чтобы знать в какой момент переключать обмотки.
 

А для пущего удобства выворачиваем двигатель наизнанку — гораздо проще вращать магнит или простенькую обмотку возбуждения, чем якорь со всей этой тряхомудией на борту. В качестве ротора тут выступает либо мощный постоянный магнит, либо обмотка питаемая с контактных колец. Что хоть и смахивает на коллектор, но не в пример надежней его.
 

И получаем что? Правильно! Бесщеточный двигатель постоянного тока aka BLDC. Все те же няшные и удобные характеристики ДПТ, но без этого мерзкого коллектора. И не надо путать BLDC с синхронными двигателями. Это совсем разные машины и разным принципом действия и управления, хотя конструктивно они ОЧЕНЬ схожи и тот же синхронник вполне может работать как BLDC, добавить ему только датчиков да систему управления. Но это уже совсем другая история.

Характеристики двигателей постоянного тока. Прямой пуск двигателя.

Характеристики двигателей постоянного тока

У двигателей постоянного тока, также как и у генераторов, связь между входными параметрами выражается в виде определенных зависимостей, называемых характеристиками.

Входные характеристики: Uа, iв.
Выходные параметры: ω, M.

У двигателей различают 4 вида характеристик:
1. Пусковые;
2. Регулировочные;
3. Рабочие;
4. Тормозные.

Виды характеристик и способы их получения зависят от способа возбуждения машины.

Существует несколько способов пуска двигателей постоянного тока.

Прямой пуск двигателя

Для того чтобы двигатель пришел во вращение необходимо выполнить два условия:
а) Подать ток в обмотку возбуждения, т.е. создать в машине магнитный поток.
б) Подвести напряжение к обмотке якоря.

Пусковыми характеристиками называются зависимости либо M(t), либо I_а(t), либо ω(t).

При прямом пуске на зажимах якоря двигателя сразу подается номинальное напряжение. При этом в цепи якоря двигателя создается мгновенный бросок тока до величины пускового тока, равного I_п=(8÷10)I_н.

Характеристика двигателя постоянного тока при прямом пуске.

При этом скорость возрастает до ω₁.

Время, когда скорость вращения становится постоянной от момента подачи напряжения на якорь, называется временем пуска.

Достоинством метода является простота, но прямой пуск практически не используется. Такой бросок тока приводит если не к разрушению машины, то к постепенному ухудшению качества изоляции. Главной особенностью еще является то, что приходится использовать защитную и коммутирующую аппаратуру большой мощности.

Метод прямого пуска рекомендуется использовать для электрических двигателей малой мощности.

Чтобы уменьшить величину пускового тока, используется второй способ пуска – пуск с активными сопротивлениями в цепи якоря.

Пуск двигателя постоянного тока с ограничивающими сопротивлениями и пуск на пониженном напряжении см. здесь

Характеристики двигателя постоянного тока | Электрические машины

Страница 50 из 51

Основной характеристикой двигателя постоянного тока, определяющей его свойства в установившемся режиме, является механическая характеристика

при и .
Уравнение механической характеристики получается из (6.7)
. (6.8)

На рис. 6.42 представлены механические характеристики при различных способах возбуждения. Механическая характеристика двигателя параллельного возбуждения при небольшой размагничивающей реакции якоря () имеет слабо падающий характер (кривая 1).
Если размагничивающая реакция двигателя параллельного возбуждения велика (поток Ф существенно снижается при увеличении нагрузки), то механическая характеристика будет иметь положительный наклон (кривая 1′). Такая характеристика, как правило, не позволяет получить установившийся режим.

Действительно, запишем уравнение моментов в малых приращениях
.
Решение этого уравнения
,
где С — постоянная, определяемая начальными условиями; — разность частных производных электромагнитного и внешнего моментов.
Решение будет устойчивым ( при ), если , т.е. .
Для постоянной нагрузки характеристика 1′ не удовлетворяет этому условию.
В двигателях последовательного возбуждения результирующий поток пропорционален току якоря,
,
а электромагнитный момент пропорционален квадрату тока якоря,
.
С учетом этих соотношений уравнение механической характеристики двигателя последовательного возбуждения приобретает вид
. (6.9)

Этому уравнению соответствует кривая 2 (рис. 6.42), имеющая гиперболический характер. При частота вращения якоря , поэтому двигатели последовательного возбуждения не могут работать в режиме холостого хода.

Вместе с тем квадратичная зависимость электромагнитного момента от тока якоря дает важное преимущество двигателям последовательного возбуждения при перегрузках перед двигателями параллельного возбуждения, момент которых является линейной функцией тока . Это преимущество особенно существенно при пуске, так как при одном и том же пусковом токе () двигатели последовательного возбуждения развивают больший момент, чем двигатели параллельного возбуждения. Поэтому двигатели последовательного возбуждения получили широкое применение на транспортных установках, где пусковой режим является одним из основных режимов работы.
Механическая характеристика двигателя смешанного возбуждения (кривая 3 рис. 6.42) занимает промежуточное положение. Обладая близкими с двигателями последовательного возбуждения свойствами при перегрузках, двигатели смешанного возбуждения могут работать и при малых нагрузках, что позволяет осуществить рекуперацию энергии в сеть при (рис. 6.42), так как машина переходит в генераторный режим (). Это свойство можно использовать в транспортных установках при движении с горы, создавая тормозной момент и одновременно возвращая в сеть запасенную кинетическую энергию.

устройство, принцип работы, типы, управление

Эра электродвигателей берёт своё начало с 30-х годов XIX века, когда Фарадей на опытах доказал способность вращения проводника, по которому проходит ток, вокруг постоянного магнита. На этом принципе Томасом Девенпортом был сконструирован и испытан первый электродвигатель постоянного тока. Изобретатель установил своё устройство на действующую модель поезда, доказав тем самым работоспособность электромотора.

Практическое применение ДПТ нашёл Б. С. Якоби, установив его на лодке для вращения лопастей. Источником тока учёному послужили 320 гальванических элементов. Несмотря на громоздкость оборудования, лодка могла плыть против течения, транспортируя 12 пассажиров на борту.

Лишь в конце XIX столетия синхронными электродвигателями начали оснащать промышленные машины. Этому способствовало осознание принципа преобразования электродвигателем постоянного тока механической энергии в электричество. То есть, используя электродвигатель в режиме генератора, удалось получать электроэнергию, производство которой оказалось существенно дешевле от затрат на выпуск гальванических элементов. С тех пор электродвигатели совершенствовались и стали завоёвывать прочные позиции во всех сферах нашей жизнедеятельности.

Устройство и описание ДПТ

Конструктивно электродвигатель постоянного тока устроен по принципу взаимодействия магнитных полей.

Самый простой ДПТ состоит из следующих основных узлов:

1. Двух обмоток с сердечниками, соединенных последовательно. Данная конструкция расположена на валу и образует узел, называемый ротором или якорем.
2. Двух постоянных магнитов, повёрнутых разными полюсами к обмоткам. Они выполняют задачу неподвижного статора.
3. Коллектора – двух полукруглых, изолированных пластин, расположенных на валу ДПТ.
4. Двух неподвижных контактных элементов (щёток), предназначенных для передачи электротока через коллектор до обмоток возбуждения.

Рисунок 1. Схематическое изображение простейшего электродвигателя постоянного тока.

Рассмотренный выше пример – это скорее рабочая модель коллекторного электродвигателя. На практике такие устройства не применяются. Дело в том, что у такого моторчика слишком маленькая мощность. Он работает рывками, особенно при подключении механической нагрузки.

Статор (индуктор)

В моделях мощных современных двигателях постоянного тока используются статоры, они же индукторы, в виде катушек, намотанных на сердечники. При замыкании электрической цепи происходит образование линий магнитного поля, под действием возникающей электромагнитной индукции.

Для запитывания обмоток индуктора ДПТ могут использоваться различные схемы подключения:

• с независимым возбуждением обмоток;
• соединение параллельно обмоткам якоря;
• варианты с последовательным возбуждением катушек ротора и статора;
• смешанное подсоединение.

Схемы подключения наглядно видно на рисунке 2.

Рисунок 2. Схемы подключения обмоток статора ДПТ

У каждого способа есть свои преимущества и недостатки. Часто способ подключения диктуется условиями, в которых предстоит эксплуатация электродвигателя постоянного тока. В частности, если требуется уменьшить искрения коллектора, то применяют параллельное соединение. Для увеличения крутящего момента лучше использовать схемы с последовательным подключением обмоток. Наличие высоких пусковых токов создаёт повышенную электрическую мощность в момент запуска мотора. Данный способ подходит для двигателя постоянного тока, интенсивно работающего в кратковременном режиме, например для стартера. В таком режиме работы детали электродвигателя не успевают перегреться, поэтому износ их незначителен.

Ротор (якорь)

В рассмотренном выше примере примитивного электромотора ротор состоит из двухзубцового якоря на одной обмотке, с чётко выраженными полюсами. Конструкция обеспечивает вращение вала электромотора.

В описанном устройстве есть существенный недостаток: при остановке вращения якоря, его обмотки занимают устойчивое. Для повторного запуска электродвигателя требуется сообщить валу некий крутящий момент.

Этого серьёзного недостатка лишён якорь с тремя и большим количеством обмоток. На рисунке 3 показано изображение трёхобмоточного ротора, а на рис. 4 – якорь с большим количеством обмоток.

Рисунок 3. Ротор с тремя обмоткамиРисунок 4. Якорь со многими обмотками

Подобные роторы довольно часто встречаются в небольших маломощных электродвигателях.

Для построения мощных тяговых электродвигателей и с целью повышения стабильности частоты вращения используют якоря с большим количеством обмоток. Схема такого двигателя показана на рисунке 5.

Рисунок 5. Схема электромотора с многообмоточным якорем

Коллектор

Если на выводы обмоток ротора подключить источник постоянного тока, якорь сделает пол-оборота и остановится. Для продолжения процесса вращения необходимо поменять полярность подводимого тока. Устройство, выполняющее функции переключения тока с целью изменения полярности на выводах обмоток, называется коллектором.

Самый простой коллектор состоит из двух, изолированных полукруглых пластин. Каждая из них в определённый момент контактирует со щёткой, с которой снимается напряжение. Одна ламель всегда подсоединена к плюсу, а вторая – к минусу. При повороте вала на 180º пластины коллектора меняются местами, вследствие чего происходит новая коммутация со сменой полярности.

Такой же принцип коммутации питания обмоток используются во всех коллекторах, в т. ч. и в устройствах с большим количеством ламелей (по паре на каждую обмотку). Таким образом, коллектор обеспечивает коммутацию, необходимую для непрерывного вращения ротора.

В современных конструкциях коллектора ламели расположены по кругу таким образом, что каждая пластина соответствующей пары находится на диаметрально противоположной стороне. Цепь якоря коммутируется в результате изменения положения вала.

Принцип работы

Ещё со школьной скамьи мы помним, что на провод под напряжением, расположенный между полюсами магнита, действует выталкивающая сила. Происходит это потому, что вокруг проволоки образуется магнитное поле по всей его длине. В результате взаимодействия магнитных полей возникает результирующая «Амперова» сила:

F=B×I×L, где B означает величину магнитной индукции поля, I – сила тока, L – длина провода.

Вектор «Амперовой» всегда перпендикулярен до линий магнитных потоков между полюсами. Схематически принцип работы изображён на рис. 6.

Рис. 6. Принцип работы ДПТ

Если вместо прямого проводника возьмём контурную рамку и подсоединим её к источнику тока, то она повернётся на 180º и остановится в в таком положении, в котором результирующая сила окажется равной 0. Попробуем подтолкнуть рамку. Она возвращается в исходное положение.

Поменяем полярность тока и повторим попытку: рамка сделала ещё пол-оборота. Логично припустить, что необходимо менять направление тока каждый раз, когда соответствующие витки обмоток проходят точки смены полюсов магнитов. Именно для этой цели и создан коллектор.

Схематически можно представить себе каждую якорную обмотку в виде отдельной контурной рамки. Если обмоток несколько, то в каждый момент времени одна из них подходит к магниту статора и оказывается под действием выталкивающей силы. Таким образом, поддерживается непрерывное вращение якоря.

Типы ДПТ

Существующие электродвигатели постоянного тока можно классифицировать по двум основным признакам: по наличию или отсутствию в конструкции мотора щеточно-коллекторного узла и по типу магнитной системы статора.

Рассмотрим основные отличия.

По наличию щеточно-коллекторного узла

Двигатели постоянного тока для коммутации обмоток, которых используются щёточно-коллекторные узлы, называются коллекторными. Они охватывают большой спектр линейки моделей электромоторов. Существуют двигатели, в конструкции которых применяется до 8 щёточно-коллекторных узлов.

Функции ротора может выполнять постоянный магнит, а ток от электрической сети подаётся непосредственно на обмотки статора. В таком варианте отпадает надобность в коллекторе, а проблемы, связанные с коммутацией, решаются с помощью электроники.

В таких бесколлекторных двигателях устранён один из недостатков –искрение, приводящее к интенсивному износу пластин коллектора и щёток. Кроме того, они проще в обслуживании и сохраняют все полезные характеристики ДПТ: простота в управлении связанном с регулировкой оборотов, высокие показатели КПД и другие. Бесколлекторные моторы носят название вентильных электродвигателей.

По виду конструкции магнитной системы статора

В конструкциях синхронных двигателей существуют модели с постоянными магнитами и ДПТ с обмотками возбуждения. Электродвигатели серий, в которых применяются статоры с потоком возбуждения от обмоток, довольно распространены. Они обеспечивают стабильную скорость вращения валов, высокую номинальную механическую мощность.

О способах подключения статорных обмоток шла речь выше. Ещё раз подчеркнём, что от выбора схемы подключения зависят электрические и тяговые характеристики двигателей постоянного тока. Они разные в последовательных обмотках и в катушках с параллельным возбуждением.

Управление

Не трудно понять, что если изменить полярность напряжения, то направление вращения якоря также изменится. Это позволяет легко управлять электромотором, манипулируя полярностью щеток.

Механическая характеристика

Рассмотрим график зависимости частоты от момента силы на валу. Мы видим прямую с отрицательным наклоном. Эта прямая выражает механическую характеристику электродвигателя постоянного тока. Для её построения выбирают определённое фиксированное напряжение, подведённое для питания обмоток ротора.

Примеры механических характеристик ДПТ независимого возбуждения

Регулировочная характеристика

Такая же прямая, но идущая с положительным наклоном, является графиком зависимости частоты вращения якоря от напряжения питания. Это и есть регулировочная характеристика синхронного двигателя.

Построение указанного графика осуществляется при определённом моменте развиваемом ДПТ.

Пример регулировочных характеристик двигателя с якорным управлением

Благодаря линейности характеристик упрощается управление электродвигателями постоянного тока. Поскольку сила F пропорциональна току, то изменяя его величину, например переменным сопротивлением, можно регулировать параметры работы электродвигателя.

Регулирование частоты вращения ротора легко осуществляется путём изменения напряжения. В коллекторных двигателях с помощью пусковых реостатов добиваются плавности увеличения оборотов, что особенно важно для тяговых двигателей. Это также один из эффективных способов торможения. Мало того, в режиме торможения синхронный электродвигатель вырабатывает электрическую энергию, которую можно возвращать в энергосеть.

Области применения

Перечислять все области применения электродвигателей можно бесконечно долго. Для примера назовём лишь несколько из них:

• бытовые и промышленные электроинструменты;
• автомобилестроение – стеклоподъёмники, вентиляторы и другая автоматика;
• трамваи, троллейбусы, электрокары, подъёмные краны и другие механизмы, для которых важны высокие параметры тяговых характеристик.

Преимущества и недостатки

К достоинствам относится:

• Линейная зависимость характеристик электродвигателей постоянного тока (прямые линии) упрощающие управление;
• Легко регулируемая частота вращения;
• хорошие пусковые характеристики;
• компактные размеры.

У асинхронных электродвигателей, являющихся двигателями переменного тока очень трудно достичь таких характеристик.

Недостатки:

• ограниченный ресурс коллектора и щёток;
• дополнительная трата времени на профилактическое обслуживание, связанное с поддержанием коллекторно-щёточных узлов;
• ввиду того, что мы пользуемся сетями с переменным напряжением, возникает необходимость выпрямления тока;
• дороговизна в изготовлении якорей.

По перечисленным параметрам из недостатков в выигрыше оказываются модели асинхронных двигателей. Однако во многих случаях применение электродвигателя постоянного тока является единственно возможным вариантом, не требующим усложнения электрической схемы.

Видео в дополнение к написанному

Электродвигатель постоянного тока: принцип работы и действия, устройство, характеристики

Сейчас невозможно представить нашу жизнь без электродвигателей. Они приводят в действие станки, бытовую технику и инструменты, поезда, трамваи и троллейбусы, компьютеры, игрушки и разные подвижные механизмы, устанавливаются на производственных станках, если частоту вращения рабочего вала требуется регулировать в широком диапазоне. Агрегаты для преобразования электрической энергии в механическую представлены множеством видов и моделей (синхронные, асинхронные, коллекторные и т.д.). Из этой статьи вы узнаете, что такое электродвигатель постоянного тока, его устройство и принцип действия.

Краткая история создания

Разные ученые пытались создать экономичный и мощный двигатель еще с первой половины 19 века. Основой послужило открытие М.Фарадея, сделанное в 1821 г. Он обнаружил, что помещенный в магнитное поле проводник вращается. Отталкиваясь от этого, в 1833 г изобретатель Томас Дэвенпорт смог сконструировать двигатель постоянного тока, а позже, в 1834 г, ученый Б.С.Якоби придумал прообраз современной модели двигателя с вращающимся валом. Устройство, более похожее на современные агрегаты, появилось в 1886 г, и до сегодняшнего дня электродвигатель продолжает совершенствоваться.

Принцип действия электродвигателя постоянного тока

На мысль о создании двигателя ученых натолкнуто следующее открытие. Помещенная в магнитное поле проволочная рамка с пропущенным по ней током начинает вращаться, создавая механическую энергию. Принцип действия электродвигателя постоянного тока основывается на взаимодействии магнитных полей рамки и самого магнита. Но одна рамка после определенного количества вращений замирает в положении, параллельном внешнему магнитному полю. Для продолжения движения необходимо добавить вторую рамку и в определенный момент переключить направление тока.

Вместо рамок в двигателе используется набор проводников, на которые подается ток, и якорь. При запуске вокруг него возбуждается магнитное поле, взаимодействующее с полем обмотки. Это заставляет якорь повернуться на определенный угол. Подача тока на следующие проводники приводит к следующему повороту якоря, и далее процесс продолжается.

Магнитное поле создается либо с помощью постоянного магнита (в маломощных агрегатах), либо с помощью индуктора/обмотки возбуждения (в более мощных устройствах).

Попеременную зарядку проводников якоря обеспечивают щетки, сделанные из графита или сплава графита и меди. Они служат контактами, замыкающими электрическую сеть на выводы пар проводников. Изолированные друг от друга выводы представляют собой кольцо из нескольких ламелей, которое находится на оси вала якоря и называется коллекторным узлом. Благодаря поочередному замыканию ламелей щетками двигатель вращается равномерно. Степень равномерности работы двигателя зависит от количества проводников (чем больше, тем равномернее).

Устройство электродвигателя постоянного тока

Теперь, когда вы знаете, как работает электродвигатель постоянного тока, пора ознакомиться с его конструкцией.

Как и у других моделей, основу двигателя составляют статор (индуктор) – неподвижная часть, и якорь вкупе с щеточноколлекторным узлом – подвижная часть. Обе части разделены воздушным зазором.

В состав статора входят станина, являющаяся элементом магнитной цепи, а также главные и добавочные полюса. Обмотки возбуждения, необходимые для создания магнитного поля, находятся на главных полюсах. Специальная обмотка, улучшающая условия коммутации, расположена на добавочных полюсах.

Якорь представляет собой узел, состоящий из магнитной системы (она собрана из нескольких листов), набора обмоток (проводников), уложенных в пазы, и коллектора, который подводит постоянный ток к рабочей обмотке.

Коллектор имеет вид цилиндра, собранного из изолированных медных пластин. Он насажен на вал двигателя и имеет выступы, к которым подходят концы секций обмотки якоря. Щетки снимают ток с коллектора, входя с ним в скользящий контакт. Удержание щеток в нужном положении и обеспечение их нажатия на коллектор с определенной силой осуществляется щеткодержателями.

Многие модели двигателей оснащены вентилятором, задача которого – охлаждение агрегата и увеличение продолжительности рабочего периода.

Особенности и характеристики электродвигателя постоянного тока

Эксплуатационные характеристики электродвигателя постоянного тока позволяют широко использовать это устройство в самых разных сферах – от бытовых приборов до транспорта. К его преимуществам можно отнести:

• Экологичность. При работе не выделяются вредные вещества и отходы.
• Надежность. Благодаря довольно простой конструкции он редко ломается и служит долго.
• Универсальность. Он может использоваться в качестве как двигателя, так и генератора.
• Простота управления.
• Возможность регулирования частоты и скорости вращения вала – достаточно подключить агрегат в цепь переменного сопротивления.
• Легкость запуска.
• Небольшие размеры.
• Возможность менять направление вращения вала. В двигателе с последовательным возбуждением нужно изменить направление тока в обмотке возбуждения, во всех остальных типах – в якоре.

Как и любое устройство, электродвигатели постоянного тока имеют и «слабые стороны»:

• Их себестоимость, следовательно, и цена достаточно высока.
• Для подключения к сети необходим выпрямитель тока.
• Самая уязвимая и быстроизнашивающаяся деталь – щетки – требует периодической замены.
• При сильной перегрузке может случиться возгорание. Если соблюдать правила эксплуатации, такая возможность исключена.

Но, как видите, достоинства явно перевешивают, поэтому на данный момент электродвигатель является одним из наиболее экономичных и эффективных устройств. Зная устройство и принцип работы электродвигателя постоянного тока, вы сможете самостоятельно собрать и разобрать его для техосмотра, чистки или устранения неисправностей.

Электродвигатель постоянного тока

Постоянная момента

,

Постоянная ЭДС

Направление ЭДС определяется по правилу правой руки. Направление наводимой ЭДС противоположно направлению протекающего в проводнике тока.

Наведенная ЭДС последовательно изменяется по направлению из-за перемещения проводников в магнитном поле. Суммарная ЭДС, равная сумме ЭДС в каждой катушке, прикладывается к внешним выводам двигателя. Это и есть противо-ЭДС. Направление противо-ЭДС противоположно приложенному к двигателю напряжению. Значение противо-ЭДС пропорционально частоте вращения и определяется из следующего выражения: [1]

,

• где — электродвижущая сила, В,
• – постоянная ЭДС, В∙с/рад,
• — угловая частота, рад/с

Постоянные момента и ЭДС в точности равны между собой K_T = K_E. Постоянные K_T и K_E равны друг другу, если они определены в единой системе едениц.

Постоянная электродвигателя

Одним из основных параметров электродвигателя постоянного тока является постоянная электродвигателя K_м. Постоянная электродвигателя определяет способность электродвигателя преобразовывать электрическую энергию в механическую.

,

• где — постоянная электродвигателя, Нм/√Вт,
• R — сопротивление обмоток, Ом,
• – максимальный момент, Нм,
• — мощность потребляемая при максимальном моменте, Вт

Справка: Постоянная электродвигателя вместе с размерами электродвигателя являются основными параметрами для инженера при выборе электродвигателя с лучшим соотношением мощность / объем.

Постоянная электродвигателя не зависит от соединения обмоток, при условии, что используется один и тот же материал проводника. Например, обмотка двигателя с 6 ветками и 2 параллельными проводами вместо 12 одиночных проводов удвоят постоянную ЭДС, при этом постоянная электродвигателя останется не изменой.

Жесткость механической характеристики двигателя

,

• где — жесткость механической характеристики электродвигателя постоянного тока

Напряжение электродвигателя

Уравнение баланса напряжений на зажимах двигателя постоянного тока имеет вид (в случае коллекторного двигателя не учитывается падение напряжения в щеточно-коллекторном узле):

,

• где U — напряжение, В.

Уравнение напряжения выраженное через момент двигателя будет выглядеть следующим образом:

Соотношение между моментом и частотой вращения при двух различных напряжениях питания двигателя постоянного тока неизменно. При увеличении частоты вращения момент линейно уменьшается. Наклон этой функции K_TK_E/R постоянный и не зависит от значения напряжения питания и частоты вращения двигателя.

Благодаря таким характеристикам упрощается управление частотой вращения и углом поворота двигателей постоянного тока. Это характерно для коллекторных и вентильных двигателей постоянного тока, что нельзя сказать о двигателях переменного тока и шаговых двигателях [1].

Мощность электродвигателя постоянного тока

Упрощенная модель электродвигателя выглядит следующим образом:

• где I – сила тока, А
• U — напряжение, В,
• M — момент электродвигателя, Н∙м
• R — сопротивление токопроводящих элементов, Ом,
• L — индуктивность, Гн,

• P_эл — электрическая мощность (подведенная), Вт
• P_мех — механическая мощность (полезная), Вт
• P_теп — тепловые потери, Вт
• P_инд — мощность затрачиваемая на заряд катушки индуктивности, Вт
• P_тр — потери на трение, Вт

Механическая постоянная времени

Механическая постоянная времени — это время, отсчитываемое с момента подачи постоянного напряжения на электродвигатель, за которое частота вращения ненагруженного электродвигателя достигает уровня в 63,21% (1-1/e) от своего конечного значения.

,

• где — механическая постоянная времени, с

Смотрите также

Электродвигатели постоянного тока. Устройство и работа. Виды

Электрические двигатели, приводящиеся в движение путем воздействия постоянного тока, применяются значительно реже, по сравнению с двигателями, работающими от переменного тока. В бытовых условиях электродвигатели постоянного тока используются в детских игрушках, с питанием от обычных батареек с постоянным током. На производстве электродвигатели постоянного тока приводят в действие различные агрегаты и оборудование. Питание для них подводится от мощных батарей аккумуляторов.

Устройство и принцип работы

Электродвигатели постоянного тока по конструкции подобны синхронным двигателям переменного тока, с разницей в типе тока. В простых демонстрационных моделях двигателя применяли один магнит и рамку с проходящим по ней током. Такое устройство рассматривалось в качестве простого примера. Современные двигатели являются совершенными сложными устройствами, способными развивать большую мощность.

Главной обмоткой двигателя служит якорь, на который подается питание через коллектор и щеточный механизм. Он совершает вращательное движение в магнитном поле, образованном полюсами статора (корпуса двигателя). Якорь изготавливается из нескольких обмоток, уложенных в его пазах, и закрепленных там специальным эпоксидным составом.

Статор может состоять из обмоток возбуждения или из постоянных магнитов. В маломощных двигателях используют постоянные магниты, а в двигателях с повышенной мощностью статор снабжен обмотками возбуждения. Статор с торцов закрыт крышками со встроенными в них подшипниками, служащими для вращения вала якоря. На одном конце этого вала закреплен охлаждающий вентилятор, который создает напор воздуха и прогоняет его по внутренней части двигателя во время работы.

Принцип действия такого двигателя основывается на законе Ампера. При размещении проволочной рамки в магнитном поле, она будет вращаться. Проходящий по ней ток создает вокруг себя магнитное поле, взаимодействующее с внешним магнитным полем, что приводит к вращению рамки. В современной конструкции мотора роль рамки играет якорь с обмотками. На них подается ток, в результате вокруг якоря создается магнитное поле, которое приводит его во вращательное движение.

Для поочередной подачи тока на обмотки якоря применяются специальные щетки из сплава графита и меди.

Выводы обмоток якоря объединены в один узел, называемый коллектором, выполненным в виде кольца из ламелей, закрепленных на валу якоря. При вращении вала щетки по очереди подают питание на обмотки якоря через ламели коллектора. В результате вал двигателя вращается с равномерной скоростью. Чем больше обмоток имеет якорь, тем равномернее будет работать двигатель.

Щеточный узел является наиболее уязвимым механизмом в конструкции двигателя. Во время работы медно-графитовые щетки притираются к коллектору, повторяя его форму, и с постоянным усилием прижимаются к нему. В процессе эксплуатации щетки изнашиваются, а токопроводящая пыль, являющаяся продуктом этого износа, оседает на деталях двигателя. Эту пыль необходимо периодически удалять. Обычно удаление пыли выполняют воздухом под большим давлением.

Щетки требуют периодического их перемещения в пазах и продувки воздухом, так как от накопившейся пыли они могут застрять в направляющих пазах. Это приведет к зависанию щеток над коллектором и нарушению работы двигателя. Щетки периодически требуют замены из-за их износа. В месте контакта коллектора со щетками также происходит износ коллектора. Поэтому при износе якорь снимают и на токарном станке протачивают коллектор. После проточки коллектора изоляция, находящаяся между ламелями коллектора стачивается на небольшую глубину, чтобы она не разрушала щетки, так как ее прочность значительно превышает прочность щеток.

Виды

Электродвигатели постоянного тока разделяют по характеру возбуждения:

Независимое возбуждение

При таком характере возбуждения обмотка подключается к внешнему источнику питания. При этом параметры двигателя аналогичны двигателю на постоянных магнитах. Обороты вращения настраиваются сопротивлением обмоток якоря. Скорость регулируют специальным регулировочным реостатом, включенным в цепь обмоток возбуждения. При значительном снижении сопротивления или при обрыве цепи ток якоря повышается до опасных величин.

Электродвигатели с независимым возбуждением запрещается запускать без нагрузки или с небольшой нагрузкой, так как его скорость резко возрастет, и двигатель выйдет из строя.

Параллельное возбуждение

Обмотки возбуждения и ротора соединяются параллельно с одним источником тока. При такой схеме ток обмотки возбуждения значительно ниже тока ротора. Параметры двигателей становятся слишком жесткими, их можно применять для привода вентиляторов и станков.

Регулировка оборотов двигателя обеспечивается реостатом в последовательной цепи с обмотками возбуждения или в цепи ротора.

Последовательное возбуждение

В этом случае возбуждающая обмотка подключается последовательно с якорем, в результате чего по этим обмоткам проходит одинаковый ток. Обороты вращения такого мотора зависят от его нагрузки. Двигатель нельзя запускать на холостом ходу без нагрузки. Однако такой двигатель обладает приличными пусковыми параметрами, поэтому подобная схема используется в работе тяжелого электротранспорта.

Смешанное возбуждение

Такая схема предусматривает применение двух обмоток возбуждения, находящихся парами на каждом полюсе двигателя. Эти обмотки можно соединять двумя способами: с суммированием потоков, либо с их вычитанием. В итоге электродвигатель может обладать такими же характеристиками, как у двигателей с параллельным или последовательным возбуждением.

Чтобы заставить двигатель вращаться в другую сторону, на одной из обмоток изменяют полярность. Для управления скоростью вращения мотора и его запуском используют ступенчатое переключение разных резисторов.

Особенности эксплуатации

Электродвигатели постоянного тока отличаются экологичностью и надежностью. Их главным отличием от двигателей переменного тока является возможность регулировки оборотов вращения в большом диапазоне.

Такие электродвигатели постоянного тока можно также применять в качестве генератора. Изменив направление тока в обмотке возбуждения или в якоре, можно изменять направление вращения двигателя. Регулировка оборотов вала двигателя осуществляется с помощью переменного резистора. В двигателях с последовательной схемой возбуждения это сопротивление расположено в цепи якоря и позволяет уменьшить скорость вращения в 2-3 раза.

Этот вариант подходит для механизмов с длительным временем простоя, так как при работе реостат сильно нагревается. Повышение оборотов создается путем включения в цепь возбуждающей обмотки реостата.

Для моторов с параллельной схемой возбуждения в цепи якоря также применяются реостаты для уменьшения оборотов в два раза. Если в цепь обмотки возбуждения подключить сопротивление, то это позволит повышать обороты до 4 раз.

Применение реостата связано с выделением тепла. Поэтому в современных конструкциях двигателей реостаты заменяют электронными элементами, управляющими скоростью без сильного нагревания.

На коэффициент полезного действия мотора, работающего на постоянном токе, влияет его мощность. Слабые электродвигатели постоянного тока обладают малой эффективностью, и их КПД около 40%, в то время, как электродвигатели мощностью 1 МВт могут обладать коэффициентом полезного действия до 96%.

Преимущества электродвигателей постоянного тока

• Небольшие габаритные размеры.
• Легкое управление.
• Простая конструкция.
• Возможность применения в качестве генераторов тока.
• Быстрый запуск, особенно характерный для моторов с последовательной схемой возбуждения.
• Возможность плавной регулировки скорости вращения вала.

Недостатки

• Для подключения и эксплуатации необходимо приобретать специальный блок питания постоянного тока.
• Высокая стоимость.
• Наличие расходных элементов в виде медно-графитных быстроизнашивающихся щеток, изнашивающегося коллектора, что значительно снижает срок эксплуатации, и требует периодического технического обслуживания.

Сфера использования

Широко популярными двигатели постоянного тока стали в электрическом транспорте. Такие двигатели обычно входят в конструкции:

• Электромобилей.
• Электровозов.
• Трамваев.
• Электричек.
• Троллейбусов.
• Подъемно-транспортных механизмов.
• Детских игрушек.
• Промышленного оборудования с необходимостью управлением скорости вращения в большом диапазоне.

Похожие темы:

Основы двигателя постоянного тока

| Блог Groschopp

Посмотрите наш короткий видеоролик о двигателях постоянного тока.

Двигатели постоянного тока

являются наиболее распространенным типом двигателей для приложений с низким напряжением и / или высоким пусковым крутящим моментом, которые чаще всего используются в автомобильной и сельскохозяйственной промышленности.

Конструкция и эксплуатация двигателя постоянного тока

Двигатель постоянного тока состоит из намотанного якоря, коллектора, щеток и магнитов — и все это в полностью закрытом корпусе.

Вращение происходит, когда магнитное поле двигателя, создаваемое постоянными магнитами в корпусе, взаимодействует с коммутатором через графитовые или угольные щетки.

Характеристики двигателя постоянного тока

• Работает от сети постоянного или переменного тока с выпрямителем
• Рабочие скорости от 1000 до 5000 об / мин
• КПД 60-75%
• Высокий пусковой крутящий момент
• Низкие скорости холостого хода

Преимущества и недостатки двигателя постоянного тока

Кривые рабочих характеристик двигателя постоянного тока

Вот типичная кривая скорости-момента двигателя постоянного тока.

Присмотревшись, мы можем увидеть интересное явление с кривой горячего двигателя. При повышении температуры двигателя скорость холостого хода также увеличивается. Это происходит из-за воздействия тепла на магниты. Когда двигатель остынет, скорость вернется в норму. Та же самая концепция применима к другому концу кривой, где крутящий момент снижается для «горячего» двигателя. Обратите внимание на кривую эффективности и то, как в идеальных условиях максимальная эффективность двигателя будет соответствовать рабочему крутящему моменту двигателя.

Двигатели

переменного тока, бесщеточные двигатели постоянного тока и постоянного тока могут использоваться с контроллером для регулировки скорости двигателя. Как правило, двигатели постоянного тока с дробной мощностью не нуждаются в средствах управления для обеспечения оптимальной производительности, в отличие от двигателей переменного и постоянного тока с постоянным током. Регуляторы постоянного тока работают путем изменения напряжения, подаваемого на двигатель.

Завершение работы двигателя постоянного тока

Двигатели постоянного тока отлично подходят для того, чтобы собрать все воедино, когда требуется относительно недорогой вариант двигателя с высоким пусковым моментом. Их универсальность с источниками питания дает им возможность работать в портативных или удаленных местах.

Характеристики двигателей постоянного тока | electricaleasy.com

Обычно для двигателей постоянного тока важными считаются три характеристические кривые: (i) крутящий момент в зависимости от тока якоря, (ii) скорость в зависимости от тока якоря и (iii) скорость в зависимости от крутящего момента. Они объясняются ниже для каждого типа двигателя постоянного тока. Эти характеристики определяются с учетом следующих двух соотношений.
T _a ∝ ɸ.I _a и N ∝ E _b / ɸ
Эти приведенные выше уравнения могут быть изучены при — ЭДС и уравнение крутящего момента машины постоянного тока.Для двигателя постоянного тока величина обратной ЭДС определяется тем же уравнением ЭДС генератора постоянного тока, то есть E _b = PɸNZ / 60A. Для машины P, Z и A постоянны, поэтому N ∝ E _b / ɸ

Характеристики двигателей постоянного тока серии

Зависимость крутящего момента от тока якоря (T

_a -I _a )

Эта характеристика также известна как электрическая характеристика . Мы знаем, что крутящий момент прямо пропорционален произведению тока якоря и магнитного потока поля, T _a .Я . В двигателях постоянного тока обмотка возбуждения включена последовательно с якорем, т.е. I _a = I _f . Следовательно, до магнитного насыщения поля поток прямо пропорционален Ia. Следовательно, до магнитного насыщения Ta α Ia ² . Следовательно, кривая Ta-Ia является параболой для меньших значений Ia.
После магнитного насыщения полюсов поля поток ɸ не зависит от тока якоря Ia. Следовательно, крутящий момент изменяется пропорционально только Ia, T ∝ Ia.Следовательно, после магнитного насыщения кривая Ta-Ia становится прямой.
Крутящий момент на валу (Tsh) меньше крутящего момента якоря (Ta) из-за паразитных потерь. Следовательно, кривая Tsh vs Ia лежит несколько ниже.

В двигателях серии постоянного тока (до магнитного насыщения) крутящий момент увеличивается пропорционально квадрату тока якоря, эти двигатели используются там, где требуется высокий пусковой момент.

Скорость в зависимости от тока якоря (N-Ia)

Мы знаем соотношение, N ∝ E _b / ɸ

При малом токе нагрузки (и, следовательно, при малом токе якоря) изменение обратной ЭДС Eb мало, и им можно пренебречь.Следовательно, при малых токах скорость обратно пропорциональна ɸ. Как известно, поток прямо пропорционален Ia, а скорость обратно пропорциональна Ia. Следовательно, когда ток якоря очень мал, скорость становится опасно высокой. Это , почему нельзя запускать серийный двигатель без некоторой механической нагрузки. .

Но при больших нагрузках ток якоря Ia велик. Следовательно, скорость мала, что приводит к уменьшению обратной ЭДС Eb. Из-за уменьшения Eb допускается больший ток якоря.

Скорость в зависимости от крутящего момента (N-Ta)

Эта характеристика также называется механической характеристикой . Из двух приведенных выше характеристик двигателя серии постоянного тока можно обнаружить, что при высокой скорости крутящий момент низкий, и наоборот.

Характеристики параллельных двигателей постоянного тока

Крутящий момент в зависимости от тока якоря (Ta-Ia)

В случае параллельных двигателей постоянного тока можно считать, что поток поля постоянный. Хотя при больших нагрузках ɸ уменьшается незначительно из-за повышенной реакции якоря.Поскольку мы пренебрегаем изменением потока, мы можем сказать, что крутящий момент пропорционален току якоря. Следовательно, характеристика Ta-Ia для шунтирующего двигателя постоянного тока будет прямой линией, проходящей через начало координат.
Поскольку для большой пусковой нагрузки требуется большой пусковой ток, нельзя запускать параллельный двигатель при большой нагрузке .

Скорость в зависимости от тока якоря (N-Ia)

Поскольку поток ɸ считается постоянным, можно сказать, что N ∝ Eb. Но поскольку обратная ЭДС также почти постоянна, скорость должна оставаться постоянной.Но практически, как и Eb, уменьшается с увеличением нагрузки. Обратная ЭДС Eb уменьшается немного больше, чем на speed, поэтому скорость немного уменьшается. Обычно скорость снижается только на 5–15% от скорости полной нагрузки. Следовательно, подмешивающий двигатель можно рассматривать как двигатель с постоянной скоростью. На следующем рисунке на графике зависимости скорости от тока якоря прямая горизонтальная линия представляет идеальную характеристику, а фактическая характеристика показана пунктирной линией.

Характеристики составного двигателя постоянного тока

Составные двигатели постоянного тока имеют как последовательную, так и параллельную обмотку.В составном двигателе, если последовательная и шунтирующая обмотки соединены таким образом, что последовательный поток имеет направление, совпадающее с направлением шунтирующего потока, то двигатель называется совокупно составным. И если последовательный поток противоположен направлению шунтирующего потока, то двигатель называется дифференциально составным. Характеристики обоих этих составных двигателей описаны ниже.
(а) Накопительный составной двигатель
Кумулятивные составные двигатели используются там, где требуются последовательные характеристики, но нагрузка, вероятно, будет полностью снята.Последовательная обмотка справляется с большой нагрузкой, тогда как шунтирующая обмотка предотвращает работу двигателя на опасно высокой скорости при внезапном снятии нагрузки. В этих двигателях обычно используется маховик, к которому применяются внезапные и временные нагрузки, как в прокатных станах.
(b) Дифференциальный мотор-редуктор
Поскольку в двигателях с дифференциальным полем последовательный поток противостоит шунтирующему потоку, общий поток уменьшается с увеличением нагрузки. Благодаря этому скорость остается почти постоянной или даже может немного увеличиваться с увеличением нагрузки (N ∝ E _b / ɸ).Дифференциальные составные двигатели обычно не используются, но они находят ограниченное применение в экспериментальных и исследовательских работах.

Характеристики двигателя постоянного тока

— ваше руководство по электрике

О производительности двигателя постоянного тока можно судить по его характеристикам, и двигатель для любого конкретного применения можно легко выбрать. В этой статье подробно рассматриваются характеристики двигателя постоянного тока .

Рабочие характеристики двигателя постоянного тока являются

• Зависимость крутящего момента от тока якоря (T v / s I _a )
• Скорость в зависимости от тока якоря (N v / s I _a )
• Крутящий момент в зависимости от скорости (T v / s N)

Крутящий момент — Токовые характеристики (T v / s I _a )

Для серийного двигателя,

Крутящий момент α Ток якоря x Поток поля
T α I _a φ

До насыщения φ α I _a
Следовательно, T α I _a ²

После магнитного насыщения сердечника поток (φ) не зависит от I _a i.е. магнитный поток не увеличивается с увеличением тока якоря.

Следовательно, после насыщения T α I _a

Следовательно, при малых нагрузках крутящий момент, создаваемый последовательным электродвигателем, пропорционален квадрату тока якоря и, следовательно, кривая, проведенная между крутящим моментом и током якоря вверх к магнитному насыщению — парабола. Но после магнитного насыщения поток φ не зависит от тока возбуждения, и поэтому крутящий момент пропорционален I _a , и, следовательно, характеристики становятся прямой линией.

Скорость — текущие характеристики (N v / s I _a )

Мы знаем, что
E _b = (PφNZ) / 60A
или N = (60AE _b ) / PφZ

In В приведенном выше уравнении все величины постоянны, кроме E _b и φ.
N α E _b / φ
также E _b = V — I _a R _a

Следовательно, N α (V — I _a R _a ) / φ

В двигателе постоянного тока сначала поток поля φ увеличивается пропорционально току, но после насыщения он не зависит от тока якоря.Следовательно, скорость N примерно пропорциональна току. Скорость может стать опасно высокой, если нагрузка снизится до небольшого значения.

Следовательно, двигатель постоянного тока не должен работать без нагрузки. Двигатели постоянного тока всегда подключаются к нагрузкам с помощью шестерен, поэтому всегда поддерживается минимальная нагрузка для поддержания скорости в безопасных пределах.

Скорость — крутящий момент (N v / s T)

Поскольку серийный двигатель развивает высокие пусковые моменты на низких скоростях и низкий крутящий момент на высоких скоростях, следовательно, характеристики скорость — крутящий момент для серийного двигателя постоянного тока являются гипербола. Высокий пусковой крутящий момент позволяет даже малосерийному двигателю запускать тяжелую нагрузку.

Применение двигателей постоянного тока

Двигатели постоянного тока используются там, где требуется высокий пусковой момент, например, в подъемниках, кранах, электровозах, лифтах и ​​т. Д.

Крутящий момент — текущие характеристики (T v / s I _a )

Мы знаем, что,
T α I _a φ

Но поток параллельного двигателя практически постоянен.

Следовательно, T α I _a

Следовательно, характеристика крутящего момента шунтирующего двигателя представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат. Хотя ток возбуждения остается практически постоянным, поток поля становится немного слабее при больших нагрузках из-за реакции якоря, поэтому кривая слегка изгибается при больших нагрузках.

Характеристика тока скорости (N v / s I _a )

Обратная ЭДС параллельного двигателя задается
E _b = V — I _a R _a = (PφNZ) / 60A

Поскольку P, N, Z и A постоянны

Следовательно, E _b α Nφ
или V — I _a R _a α Nφ

или N α (V — I _a R _a ) / φ …….(1)

Поток поля параллельного двигателя почти постоянный. Следовательно, числитель правой части уравнения (1) уменьшается с увеличением нагрузки (или I _a ).

Таким образом, скорость немного падает с увеличением нагрузки, поэтому кривая немного изгибается при увеличении нагрузки из-за увеличения I _a R _a падения напряжения.

Характеристики скорости — крутящего момента (N v / s T)

Характеристики крутящего момента скорости аналогичны характеристикам скорости-момента.

Применение параллельного двигателя постоянного тока

Эти двигатели используются там, где требуется постоянная скорость и низкий пусковой момент, например, центробежные насосы, вентиляторы, нагнетатели, конвейеры и т. Д.

Характеристики крутящего момента и тока

В случае кумулятивного составного двигателя, когда ток якоря увеличивается, последовательный поток увеличивается, поэтому поток на полюс увеличивается.

Но T α I _a φ

Следовательно, крутящий момент также увеличивается; однако это увеличение крутящего момента больше, чем у параллельного двигателя.

В то время как в случае дифференциального составного двигателя последовательное поле противодействует шунтирующему полю, поэтому общий магнитный поток такого двигателя уменьшается с увеличением тока (т. Е. Нагрузки). Следовательно, в дифференциальном составном двигателе крутящий момент увеличивается с увеличением тока.

Скорость — характеристики тока

В кумулятивных составных двигателях последовательное поле способствует шунтирующему полю, поэтому поток на полюс увеличивается по мере увеличения тока якоря и, следовательно, уменьшается скорость.

В то время как в дифференциальном составном двигателе последовательное поле противодействует шунтирующему полю, поэтому поток на полюс уменьшается по мере увеличения тока якоря и, следовательно, увеличения скорости.

Скорость — характеристики крутящего момента

В кумулятивном составном двигателе последовательное возбуждение помогает шунтирующему возбуждению, поэтому скорость уменьшается с увеличением крутящего момента, тогда как крутящий момент увеличивается с увеличением скорости очень незначительно.

Применение составного двигателя постоянного тока

Совокупный составной двигатель имеет довольно постоянную скорость и хороший пусковой момент. Такие двигатели используются там, где требуются последовательные характеристики и есть вероятность полного снятия нагрузки. Эти двигатели используются в приводных машинах, которые подвергаются внезапному воздействию больших нагрузок; они используются в прокатных станах, штамповочных и режущих машинах, шахтных подъемниках и т. д.

В дифференциальном составном двигателе скорость двигателя увеличивается с увеличением нагрузки, что приводит к нестабильной работе. Поэтому дифференциальный составной двигатель редко используется в практических целях.

Спасибо за то, что прочитали о характеристиках двигателей постоянного тока.

Двигатели постоянного тока | Все сообщения

© https://yourelectricalguide.com/dc характеристики двигателя.

4 типа двигателей постоянного тока и их характеристики

Характеристики двигателя постоянного тока

Как вы уже знаете, двигатель постоянного тока состоит из двух электрических элементов: обмотки возбуждения и якоря . Обмотки якоря состоят из токоведущие проводники, заканчивающиеся на коммутаторе.

4 типа двигателей постоянного тока и их характеристики (на фото: коллектор двигателя постоянного тока мощностью 575 кВт; предоставлено: Педро Рапосо)

Напряжение постоянного тока подается на обмотки якоря через угольные щетки, которые перемещаются на коммутаторе.В небольших двигателях постоянного тока в качестве статора можно использовать постоянные магниты. Однако в больших двигателях, используемых в промышленности, статор представляет собой электромагнит.

При подаче напряжения на обмотки статора устанавливается электромагнит с северным и южным полюсами. Результирующее магнитное поле является статическим (невращающимся).

Для простоты объяснения на следующем рисунке статор представлен постоянными магнитами.

Конструкция двигателя постоянного тока

Поле двигателей постоянного тока может быть:

1. Постоянный магнит (статор постоянного магнита),
2. Электромагниты, соединенные последовательно (статор с обмоткой),
3. шунт (статор с обмоткой) или
4. составной ( Обмотка статора).

Давайте посмотрим основы каждого типа, а также их преимущества и недостатки.

1. Двигатели с постоянным магнитом

Двигатель с постоянным магнитом

В двигателе с постоянным магнитом используется магнит для подачи магнитного поля . Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами обладают отличным пусковым моментом и хорошей регулировкой скорости. Недостатком двигателей постоянного тока с постоянными магнитами является то, что они ограничены величиной нагрузки, которую они могут приводить в действие. Эти двигатели можно найти в приложениях с низкой мощностью.

Другой недостаток заключается в том, что крутящий момент обычно ограничен до 150% от номинального крутящего момента , чтобы предотвратить размагничивание постоянных магнитов.

Вернуться к индексу ↑

2. Двигатели серии

Двигатель постоянного тока серии

В последовательном двигателе постоянного тока поле соединено последовательно с якорем. Поле наматывается несколькими витками большого провода, поскольку оно должно нести полный ток якоря.

Характерной чертой серийных двигателей является то, что двигатель развивает большой пусковой крутящий момент.Однако скорость в широких пределах варьируется от холостого хода до полной нагрузки. Серийные двигатели нельзя использовать там, где требуется постоянная скорость при переменных нагрузках.

Кроме того, скорость последовательного двигателя без нагрузки увеличивается до точки, при которой двигатель может быть поврежден. Некоторая нагрузка всегда должна быть подключена к последовательно включенному двигателю.

Двигатели с последовательным подключением обычно не подходят для использования в большинстве приводов с регулируемой скоростью.

Вернуться к индексу ↑

3.Параллельные двигатели

Параллельный двигатель постоянного тока

В параллельном двигателе поле подключено параллельно (шунтирующее) с обмотками якоря. Двигатель с параллельным подключением обеспечивает хорошее регулирование скорости. Обмотка возбуждения может возбуждаться отдельно или подключаться к тому же источнику, что и якорь.

Преимуществом отдельно возбуждаемого шунтирующего поля является способность привода с регулируемой скоростью обеспечивать независимое управление якорем и полем.

Двигатель с параллельным подключением обеспечивает упрощенное управление реверсированием.Это особенно полезно для рекуперативных приводов.

Вернуться к указателю ↑

4. Составные двигатели

Составные двигатели постоянного тока

Составные двигатели имеют поле, соединенное последовательно с якорем, и отдельно возбуждаемое шунтирующее поле. Поле серии обеспечивает лучший пусковой момент , а поле шунта обеспечивает лучшее регулирование скорости .

Однако последовательное поле может вызвать проблемы управления в приводах с регулируемой скоростью и обычно не используется в четырехквадрантных приводах.

Вернуться к индексу ↑

Двигатель постоянного тока — объяснение (ВИДЕО)

Не можете посмотреть это видео? Щелкните здесь, чтобы посмотреть его на Youtube.

Ссылка: Основы приводов постоянного тока — SIEMENS (Загрузить)

Каковы характеристики двигателей постоянного тока

Характеристики двигателей постоянного тока-

Характеристики двигателя постоянного тока означают взаимосвязь (или график) между различными параметрами, такими как крутящий момент якоря, ток якоря и скорость двигателя.

Есть три характеристики двигателей постоянного тока:

• Крутящий момент и частота вращения
• Характеристики крутящего момента и тока
• Текущие скоростные характеристики.

Они объясняются шаг за шагом для каждого типа двигателя (двигатель постоянного тока). Этот график двигателя постоянного тока определяется с учетом двух вещей: первое уравнение обратной ЭДС и второе уравнение крутящего момента.Для двигателя постоянного тока величина обратной ЭДС двигателя постоянного тока такая же, как уравнение ЭДС генератора постоянного тока.

а уравнение крутящего момента якоря двигателя постоянного тока определяется как: Ta = 0,159 (PZ / A) ɸIa —— (ii)

где P = количество полюсов,

Z = общее количество проводников и

A = Количество параллельных путей,

Следовательно, после изготовления двигателя P, Z и A остаются постоянными, и поэтому приведенные выше уравнения (i) и (ii) могут быть записаны как Ta ∝ ɸ.Ia и N ∝ Eb / ɸ …….. (iii)

Характеристики двигателей постоянного тока. В двигателях постоянного тока последовательная обмотка возбуждения всегда соединена с обмоткой якоря, и через нее подается постоянный ток. Приложенное напряжение или напряжение на клеммах (напряжение питания) в двигателе постоянного тока определяется по формуле: Vt = Eb + IaRa + IseRse + Brush drop.

Vt = Eb + Ia (Ra + Rse) + капля кистью, Eb = Vt-Ia (Ra + Rse) — падение кисти ………………. (iv)

Ток нагрузки определяется как IL = Ise = Ia, а обратная ЭДС определяется уравнением (i).

(a) Ток якоря относительно скорости (Ia против Н): В двигателе постоянного тока поток, создаваемый магнитным полем, пропорционален току нагрузки.В соответствии с приведенным выше уравнением (i) скорость двигателя пропорциональна обратной ЭДС, но обратная ЭДС двигателя постоянного тока может быть задана в уравнении (iv), Eb = Vt-Ia (Ra + Rse) — падение щетки.

В двигателях постоянного тока падение напряжения на щеточных клеммах очень мало. Сопротивлением двигателя также можно пренебречь, поэтому изменение обратной ЭДС будет оставаться постоянным, если мы будем поддерживать постоянное напряжение на клеммах. Это означает вращательное движение i, e; Скорость последовательного двигателя постоянного тока обратно пропорциональна току нагрузки, как указано в приведенном выше уравнении (iii) (N ∝ Eb / ɸ).

Поскольку ɸ ∝ Ise = Ia = IL, следовательно, N ∝ 1 / ɸ ∝ 1 / Ia

(b) Ток якоря относительно характеристики крутящего момента (Ia Vs Ta): Из приведенного выше уравнения (ii) мы знаем, что крутящий момент прямо пропорционален произведению тока якоря и магнитного потока, Ta ∝ ɸ.Ia. В двигателях с последовательным подключением постоянного тока магнитный поток прямо пропорционален току, переносимому обмоткой возбуждения (следовательно, току нагрузки), ɸ ∝ Ise = If (ток возбуждения).

Если мы увеличим ток поля, магнитный поток также увеличится до определенной точки, известной как точка магнитного насыщения сердечника поля.Магнитное насыщение — это способность сердечника поля удерживать максимальный магнитный поток. Как только сердечник станет насыщенным, после этого, если вы увеличите ток возбуждения, поток останется постоянным. Это означает, что после точки насыщения изменения потока не произойдет.

Следовательно, до магнитного насыщения сердечника возбуждения прямо пропорционален току якоря. Следовательно, крутящий момент пропорционален квадрату тока якоря, Ta ∝ Ia * Ia = (Ta ∝ Ia2). Следовательно, перед точкой насыщения характеристикой является парабола.

После магнитного насыщения сердечника поля магнитный поток не зависит от тока якоря Ia. Следовательно, крутящий момент прямо пропорционален Ia, Ta ∝ Ia. Следовательно, кривая ток-момент якоря становится прямой после магнитного насыщения сердечника возбуждения.

До того, как крутящий момент магнитного насыщения увеличивается как квадрат тока якоря, поэтому двигатели серии постоянного тока используются там, где требуется высокий пусковой крутящий момент. Характеристики тока и крутящего момента якоря (Ia против Ta) показаны на рисунке (b).

(c) Крутящий момент относительно скорости (Ta против Н): Крутящий момент пропорционален квадрату тока якоря, Ta α Ia2. Скорость двигателя постоянного тока составляет N ∝ Eb /. Следовательно, если крутящий момент на шунтирующем двигателе постоянного тока увеличивается, ток якоря также увеличивается, таким образом, увеличивается магнитный поток и скорость уменьшается как N ∝1 / квадратный корень Ta.

По мере увеличения нагрузки скорость последовательного двигателя постоянного тока будет быстро падать. Эта характеристика также известна как механическая характеристика двигателя постоянного тока.Характеристики крутящего момента и скорости (Ta против Н) показаны на рисунке (c).

Характеристики параллельного двигателя постоянного тока

В шунтирующем двигателе постоянного тока обмотка возбуждения и якорь подключены параллельно, и на них подается напряжение постоянного тока. Приложенное напряжение или напряжение на клеммах Vt в параллельном двигателе постоянного тока определяется по формуле: Vt = Eb + IaRa + Brush drop.

Eb = капля Vt-IaRa-Brush

Vt = I _sh R _sh I _sh = Vt / R _sh …………….. …………… (v)

Линейный ток определяется как I _L = I _sh + I _a , а обратная ЭДС Eb определяется уравнением (i).
(a) Ток якоря относительно характеристики скорости (Ia против Н) : Как мы знаем, поток ɸ прямо пропорционален току возбуждения. В шунтирующем двигателе постоянного тока, если ток возбуждения, If = Ish = Vt / R _sh , следовательно, в параллельном двигателе постоянного тока, если напряжение питания и сопротивление поля шунта постоянны, то магнитный поток постоянен, так как ток Ish, переносимый обмоткой возбуждения, постоянен.Поэтому параллельный двигатель постоянного тока также известен как двигатель с постоянным магнитным потоком . Следовательно, по уравнению (iii) скорость пропорциональна обратной ЭДС, N ∝ E _b / ∝ (Vt-IaRa-Brush drop) / ɸ. Сопротивление шунтирующего поля и падение напряжения на щетке очень мало, поэтому изменение обратной ЭДС Eb будет оставаться постоянным, если мы будем поддерживать постоянным напряжение на клеммах Vt. Это указывает на то, что скорость параллельного двигателя постоянного тока почти постоянна по отношению к току якоря или нагрузки.

Следовательно, параллельный двигатель постоянного тока можно рассматривать как двигатель с постоянной скоростью .Характеристика немного падает из-за наличия очень небольшого падения напряжения на обратной ЭДС из-за падения IaRa. Характеристики тока и скорости якоря (Ia против Н) показаны на рисунке (d).
(b) Ток якоря относительно характеристики крутящего момента (I _a Vs T _a ): В шунтирующем двигателе постоянного тока поток постоянен, поскольку ток, переносимый обмоткой возбуждения, постоянен . Из уравнения (iii) мы знаем, что крутящий момент пропорционален произведению магнитного потока поля и тока якоря, T _a .I _a . Но, как мы заявили выше, магнитный поток параллельного двигателя постоянного тока предполагается постоянным.

Следовательно, крутящий момент пропорционален току якоря, T _a I _a , и поэтому характеристика тока и скорости линейна, проходя через начало координат . Характеристики тока и крутящего момента якоря (Ia против Ta) показаны на рисунке (e).

(c) Характеристика крутящего момента относительно скорости (Ta против Н) : В шунтирующем двигателе постоянного тока поток считается постоянным, следовательно, ток якоря T _a ∝ I _a .

Скорость параллельного двигателя постоянного тока составляет N ∝ E _b / ɸ∝ (падение Vt-IaRa-Brush) /. Следовательно, когда крутящий момент на шунтирующем двигателе постоянного тока увеличивается, ток якоря увеличивается, а скорость падает на некоторое значение. Но характеристика немного падает.

Эта характеристика также известна как механическая характеристика двигателя постоянного тока. Характеристики крутящего момента и скорости (Ta против Н) показаны на рисунке (f).

Характеристики комбинированного двигателя постоянного тока — Составные двигатели постоянного тока имеют две обмотки возбуждения, последовательные и параллельные.Последовательная обмотка возбуждения всегда включается последовательно с обмоткой якоря. В зависимости от общего магнитного потока в двигателе существует два типа составных двигателей.

1.Комплексный двигатель
2. Дифференциальный составной двигатель

Характеристики двигателей постоянного тока — параллельные, последовательные и комбинированные

Двигатели

постоянного тока широко используются в различных приложениях, таких как приводы с регулируемой скоростью, приводы с постоянной скоростью и многие другие. Для выбора типа двигателя постоянного тока для конкретного применения очень важно изучить характеристики различных двигателей постоянного тока.Характеристики двигателей постоянного тока дают представление о производительности при различных условиях нагрузки, что позволяет рекомендовать их области применения.

Некоторые из важных характеристик двигателя постоянного тока:

• Характеристики тока якоря и скорости (N по сравнению с I _a ),
• Характеристики по току крутящего момента якоря (T по сравнению с I _a ) и
• Скорость- характеристики крутящего момента (Н против Т).

Характеристики параллельного двигателя постоянного тока:

Токовые характеристики скоростного якоря:

Уравнение для обратной ЭДС, индуцированной в двигателе постоянного тока, задается следующим образом: E _b = PɸNZ / 60A.Отсюда связь между скоростью и обратной ЭДС выражается как N ∝ E _b / φ. Выражение для скорости N двигателя постоянного тока дается как,

В шунтирующем двигателе постоянного тока поле подключено через клеммы якоря. Следовательно, при постоянном напряжении питания V ток возбуждения остается постоянным, создавая постоянное значение φ. Но на практике из-за эффекта реакции якоря распределение потока в воздушном зазоре искажается. Таким образом уменьшая результирующий поток. Предположим, что если нагрузка на двигатель увеличивается, ток якоря I _a увеличивается, тем самым увеличивая падение I _a R _a .Это вызывает небольшое падение скорости, потому что при постоянном φ разница будет очень незначительной (V — I _a R _a ), поскольку сопротивление якоря R _a двигателя постоянного тока остается очень маленьким.

Кривая между скоростью и током якоря с небольшим падением от холостого хода до полной нагрузки показана на рисунке (а) ниже.

Токовые характеристики момент-якоря:

Для двигателя постоянного тока выражение для крутящего момента дается как T = K φ I _a i.е. крутящий момент прямо пропорционален магнитному потоку и току якоря. При постоянном токе возбуждения и постоянном φ T ∝ I _a . Теперь, если нагрузка увеличивается, ток нагрузки увеличивается (т. Е. Увеличивается ток якоря), тем самым увеличивая крутящий момент якоря. Следовательно, кривая будет прямой линией от начала координат, как показано на рисунке (b).

Но на практике выходной крутящий момент двигателя меньше крутящего момента якоря из-за потерь на трение в подшипниках. Таким образом, чтобы создать высокий крутящий момент, ток якоря должен быть очень высоким, что может привести к повреждению двигателя.Следовательно, шунтирующий двигатель постоянного тока хорошо подходит для приложений с постоянной скоростью, таких как конвейеры, линейные валы и т. Д.

Характеристики крутящего момента:

Из характеристик T vs I _a и N vs I _a можно построить соотношение N и T, как показано на рисунке (c). Эти характеристики аналогичны характеристикам скорости и тока якоря, скорость остается почти постоянной для различных условий нагрузки ниже значения полной нагрузки.

Характеристики двигателя постоянного тока:

Токовые характеристики скоростного якоря:

В двигателе постоянного тока обмотки возбуждения и якоря последовательно соединены с источником питания.Следовательно, напряжение питания также должно преодолевать падение в последовательной обмотке. Следовательно, выражение для скорости N двигателя постоянного тока имеет вид

.

Из-за последовательного подключения возбуждения ток возбуждения пропорционален току якоря и, следовательно, магнитному потоку φ ∝ I _a . Как правило, R _a и R _se сохраняются небольшими (с маленькими I _a R _a и I _se R _se капли), таким образом, для постоянного V, т.е. V ≅ E _b , при увеличении нагрузки скорость уменьшается.Связь между N и I _a будет иметь форму прямоугольной гиперболы, как показано на рисунке (а).

Видно, что при высокой нагрузке I _a будет высоким, а скорость N будет низкой. Но в условиях холостого хода I _a будет низким, а скорость N будет очень высокой. Вот почему двигатель постоянного тока никогда не запускался без подключенной к нему нагрузки или в условиях низкой нагрузки.

Токовые характеристики момент-якоря:

Для двигателя постоянного тока выражение для крутящего момента дается как T = K φ I _a .В последовательном двигателе φ ∝ I _a , таким образом, T I _a ² . Здесь крутящий момент пропорционален квадрату тока якоря, поэтому кривая T vs I _a будет параболической по своей природе, как показано на рисунке (b). Кроме того, параболическая кривая будет до определенного предела от I _до , затем после того, как I _a = I _se , обмотка возбуждения насыщается и производит постоянный магнитный поток и, следовательно, постоянную T (кривая будет иметь вид прямая линия). Следовательно, согласно характеристикам T vs I _a , серийный двигатель при запуске с нагрузкой развивает высокий пусковой крутящий момент.Следовательно, двигатели серии постоянного тока хорошо подходят для таких применений, как электропоезда, подъемники, тележки и т. Д.

Характеристики крутящего момента:

Подобно шунтирующему двигателю постоянного тока, соотношение N vs T последовательного двигателя постоянного тока аналогично соотношению N vs I _a (параболическая кривая), как показано на рисунке (c). На холостом ходу I будет низким, и, следовательно, крутящий момент, следовательно, скорость будет очень высокой. По мере увеличения нагрузки крутящий момент увеличивается, а скорость уменьшается.

Характеристики комбинированного двигателя постоянного тока:

Известно, что составные двигатели изготавливаются с комбинацией параллельных и последовательных обмоток возбуждения с обмоткой якоря.Следовательно, характеристики составных двигателей постоянного тока будут объединены с характеристиками параллельных и последовательных двигателей. Но характеристики зависят от того, как подключены две обмотки возбуждения.

• В кумулятивном составном двигателе поток, создаваемый последовательной обмоткой возбуждения, помогает потоку, создаваемому обмоткой шунтирующего возбуждения.
• В дифференциальном составном двигателе поток последовательного поля противодействует потоку шунтирующего поля (уменьшение результирующего потока).

Токовые характеристики скоростного якоря:

Характеристики скорости и тока якоря кумулятивных и дифференциальных двигателей с комбинированной обмоткой постоянного тока показаны на рисунке (а) ниже.Поскольку результирующий магнитный поток больше в совокупном составном двигателе по отношению к нагрузке, кривая будет немного более падающей по сравнению с параллельным двигателем.

Токовые характеристики момент-якоря:

Если нагрузка на комбинированный двигатель увеличивается, развиваемый крутящий момент также увеличивается. Но крутящий момент уменьшается с увеличением нагрузки в случае дифференциального составного двигателя, как показано на рисунке (b).

Характеристики крутящего момента:

Когда происходит внезапное приложение больших нагрузок, скорость уменьшается, совокупные составные двигатели могут развивать большой крутящий момент, аналогичный последовательным двигателям.На холостом ходу они работают с определенной скоростью из-за потока шунтирующего поля, в отличие от серийных двигателей, которые развивают опасные скорости. В дифференциальных комбинированных двигателях скорость остается почти постоянной при увеличении нагрузки. Следовательно, параллельные двигатели более предпочтительны по сравнению с дифференциальными составными двигателями и используются редко.

Характеристики двигателя постоянного тока

В этом посте мы рассмотрим характеристики двигателя постоянного тока. Последовательный двигатель постоянного тока — это один из типов двигателей постоянного тока, в котором обмотка возбуждения соединена последовательно с обмоткой якоря.О производительности любого двигателя можно судить по его характеристическим кривым, известным как характеристики двигателя. Есть три характеристические кривые, которые могут быть получены при работе двигателя постоянного тока.

Прочтите характеристики генератора постоянного тока с последовательной обмоткой

Характеристические кривые двигателя постоянного тока — это те кривые, которые показывают отношения между следующими величинами.

1. Крутящий момент и ток якоря ( T _a / I _a характеристика). Это электрическая характеристика.
2. Скорость и armatur e ток (N / I _a характеристика)
3. Скорость и крутящий момент (N / T _a характеристика) Это также известно как механическая характеристика. Его можно найти в пунктах (1) и (2) выше.

При обсуждении характеристик двигателя постоянного тока всегда следует помнить о следующих двух отношениях:

T _a ∝ Φ I _a и

N E _b / Φ

T

_a / I _a Характеристики (электрические)

Мы видели, что в серийном двигателе T _a 30 Φ _Я .В последовательном двигателе, поскольку обмотки возбуждения также переносят ток якоря, Φ I _a до точки магнитного насыщения. Следовательно, до насыщения,

T _a ∝ Φ I _a и ∴ T _a ∝ 29

При малых нагрузках I _a и, следовательно, Φ мала.Но по мере увеличения I _a , T _a увеличивается как квадрат

тока. Следовательно, T _a / I _a кривая является параболой, как показано на рисунке.

Ta / Ia Характеристика

После насыщения Φ почти не зависит от Ia, следовательно, T _a ∝ I _a только. Таким образом, характеристика становится прямой.Крутящий момент на валу T _sh меньше крутящего момента якоря из-за паразитных потерь. Он показан на рисунке пунктиром.

Итак, мы заключаем, что (до магнитного насыщения) при больших нагрузках последовательный двигатель создает крутящий момент, пропорциональный квадрату тока якоря.

Следовательно, в тех случаях, когда для быстрого разгона тяжелых масс требуется большой пусковой момент, например, в подъемниках, электропоездах и т. Д., Используются серийные двигатели.

N / I

_a Характеристика

Изменения скорости можно вывести по формуле:

N ∝ E _b /
E _b , для различных токов нагрузки мало и, следовательно, пока им можно пренебречь.При увеличении I _a Φ также увеличивается. Следовательно, скорость изменяется обратно пропорционально току якоря, как показано на рисунке ниже.

N / Ia Характеристика

При большой нагрузке I _a большой. Следовательно, скорость низкая (это уменьшает E _b и позволяет протекать большему току якоря).

Но когда ток нагрузки и, следовательно, I _a падает до небольшого значения, скорость становится опасно высокой.Следовательно, серийный двигатель никогда не должен запускаться без какой-либо механической (не с ременной передачей) нагрузки на него, в противном случае он может развить чрезмерную скорость и получить повреждения из-за создаваемых таким образом больших центробежных сил.

Следует отметить, что серийный двигатель — это двигатель с регулируемой скоростью.

N / T

_a Характеристика (механическая)

N / Ta Характеристика

Как видно из приведенного выше описания, при высокой скорости крутящий момент низкий, и наоборот.

Понятно, что серийный двигатель развивает высокий крутящий момент на низкой скорости и наоборот.

Это потому, что увеличение крутящего момента требует увеличения тока якоря, который также является током возбуждения. В результате поток усиливается, и, следовательно, скорость падает

.