Veikimo principas (lygiagrečio žadinimo variklio pavyzdžiu). Jei varikliui taikoma įtampa U, tai srovė I c teka per žadinimo grandinę, o srovė I i teka per armatūros grandinę. Sužadinimo srovė sukuria MMF F in = I in W in, o tai sužadina magnetinį srautą mašinoje F in. Inkaro srovė savo ruožtu sukuria armatūros reakcijos F i magnetinį srautą. Gautas magnetinis srautas F res \u003d F in + F i.
1.23 pav 1.24
Armatūros grandinėje srovė I i sukuria įtampos kritimą R i I i. Pagal elektromagnetinės jėgos EMC dėsnį, sąveikaujant srovei I I ir magnetiniam srautui F res, susidaro sukimo momentas M BP. Pastovioje būsenoje M temp. \u003d M pr. Kai armatūros laidininkai kerta magnetinį lauką F res, pagal elektromagnetinės indukcijos EMP dėsnį juose indukuojamas EML, nukreiptas prieš tinklo įtampą U.
Variklių klasifikacija. Pagal pagrindinių polių žadinimo apvijų įjungimo schemą, variklius nuolatinė srovė skirstomi į nepriklausomo, lygiagretaus, nuoseklaus ir mišraus sužadinimo variklius.
Nepriklausomuose sužadinimo varikliuose lauko apvija maitinama atskiru nuolatinės srovės įtampos šaltiniu. Lygiagretaus žadinimo varikliuose lauko apvija ir armatūros apvija yra sujungtos lygiagrečiai ir maitinamos iš to paties šaltinio. Serijiniuose ir mišriuose žadinimo varikliuose yra žadinimo apvija, nuosekliai sujungta su armatūros apvija. Mažos galios varikliuose sužadinimo srautą galima sukurti naudojant nuolatiniai magnetai. Lygiagretaus ir mišraus sužadinimo varikliai randa didžiausią pritaikymą.
Pagrindinės lygtys ir variklius apibūdinantys dydžiai. Šios vertės yra: mechaninė galia ant veleno R 2 maitinimo įtampa U, iš tinklo I suvartojama srovė, armatūros srovė I I, žadinimo srovė I in, sukimosi greitis n, elektromagnetinis momentas M em. Santykis tarp šių dydžių aprašomas:
Ø elektromagnetinio sukimo momento lygtis:
M em \u003d C m I I F;
Ø lygtis elektros būklė inkaro grandinės:
U \u003d E pr + R i I i; (1,4)
E pr \u003d C E nФ;
Ø momento lygtis:
M em \u003d M s + M prakaitas + M d,
čia M s – veleno pasipriešinimo momentas, kurį sukuria apkrova; M prakaitas - nuostolių momentas, atsirandantis dėl visų tipų nuostolių variklyje; M d - dinaminis momentas, sukurtas inercinių jėgų;
Variklių charakteristikos. Svarbiausia iš charakteristikų yra mechaninė n (M s) - sukimosi greičio n priklausomybė nuo sukimo momento ant veleno (toliau indeksas "c" praleistas), kai U = const, I в = const. Tai parodo variklio velenui tenkančios mechaninės apkrovos (sukimo momento) įtaką greičiui, o tai ypač svarbu žinoti renkantis ir eksploatuojant variklius. Kitos variklio charakteristikos: reguliavimas n (I c), didelis greitis n (I i), darbinis M, R 1, n, I, h (R 2) - čia nėra išsamiai nagrinėjamos.
Mechaninės charakteristikos gali būti natūralios arba dirbtinės. Pagal natūralus charakteristikos suprantamos kaip charakteristikos, paimtos, kai grandinėje nėra jokių papildomų varžų, pavyzdžiui, reostatai armatūros ar žadinimo grandinėse, dirbtinis- esant tokiems pasipriešinimams.
Mechaninė lygtisvariklio charakteristikos. Jį galima gauti iš (1.1). Vietoj E pakeičiame jo reikšmę (1.4), tada
n \u003d (U - R i I i) / C E F. (1,5)
Pakeitę I i jo reikšme iš (1.2), gauname lygtį mechaninės charakteristikos:
n= 
(1.6)
Mechaninės charakteristikos tipą lemia srauto priklausomybės nuo variklio apkrovos pobūdis, o tai savo ruožtu priklauso nuo sužadinimo apvijos įjungimo grandinės.
Variklio apsisukimas. Variklio apsisukimas suprantamas kaip jo armatūros sukimosi krypties pasikeitimas. Galimi apsisukimo būdai išplaukia iš santykio (1.2). Jei keičiate armatūros srovės ar mašinos srauto kryptį, pasikeičia ženklas, taigi ir sukimo momento kryptis. Praktiškai tai pasiekiama perjungiant laidus arba armatūros apviją, arba sužadinimo apviją. Tačiau tuo pačiu metu perjungus abiejų apvijų išėjimus arba pakeitus varikliui tiekiančios įtampos poliškumą (išskyrus nepriklausomą sužadinimo variklį), sukimo momento ženklas nepasikeičia, taigi ir sukimosi kryptis.
Variklių užvedimasnuolatinė srovė. Variklių užvedimui keliami du pagrindiniai reikalavimai: užtikrinti reikiamą sukimo momentą armatūrai užvesti ir pagreitinti bei užkirsti kelią pertekliniam srautui per armatūrą paleidžiant. didelė srovė pavojingas varikliui. Praktiškai galimi trys paleidimo būdai: tiesioginis paleidimas, paleidimas, kai reostatas yra prijungtas prie armatūros grandinės, ir pradžia žemos įtampos inkaro grandinėje.
Esant tiesioginiam paleidimui, armatūros grandinė iš karto įjungiama į visą įtampą. Kadangi pirmuoju paleidimo momentu armatūra nejuda (n = 0), atgalinės emf nėra (E pr = C E nF). Tada iš (1.4) išplaukia, kad armatūros paleidimo srovė I i, p \u003d U / R i.
Kadangi R i \u003d 0,02 ¸ 1,10 omo, tada I i, n \u003d (50 ¸ 100) I nom, o tai nepriimtina. Todėl tiesioginis paleidimas galimas tik mažos galios varikliams, kur I i, n (4¸6) I nom ir variklio pagreitis trunka mažiau nei 1 s.
Paleidimas, kai paleidimo reostatas R p įjungiamas nuosekliai su armatūra, bus nagrinėjamas naudojant grandinės pavyzdį pav. 1.25. Pradinė srovė šiuo atveju yra:
I i, p \u003d U / (R i + R p). (1,7)
Atsparumas R p \u003d U / I i, p - R i parenkamas taip, kad pradiniu paleidimo momentu, kai E pr \u003d 0, I i, p \u003d (1,4¸2,5) I nom (didesnis skaičius reiškia mažesnės galios varikliams).
Armatūrai įsibėgėjant, E pr didėja, dėl to sumažėja įtampa armatūroje (t.y. mažėja skaitiklis (1.7)), išvedama reostato varža R p.
Prieš paleidžiant, rodomas reostatas R p, kuris yra būtinas norint užtikrinti maksimalų srautą, taigi ir sukimo momentą paleidžiant (M p \u003d C m I I, p F). Armatūrai įsibėgėjant, įvedamas reostatas R p, kol pasiekiamas reikiamas greitis.
Paleisti su ribota paleidimo srove galima, kai variklio armatūra maitinama iš atskiro šaltinio (generatoriaus, lygintuvo) su reguliuojama įtampa. Apribojimas paleidimo srovė ir sklandų variklio pagreitį užtikrina laipsniškas armatūros įtampos didėjimas nuo nulio iki reikiamos vertės.
Nagrinėjamas metodas pritaikomas galingų nuolatinės srovės variklių valdymo ir reguliavimo sistemose (žr. 1.14.3 punktą).
§ 115. DC VARIKLIŲ CHARAKTERISTIKOS
Variklių darbines savybes lemia jų darbo charakteristikos, kurios yra apsisukimų skaičiaus t, sukimo momento Me, suvartojamos srovės I, galios P1 ir naudingumo η priklausomybės nuo veleno naudingosios galios P2- Šios priklausomybės atitinka natūralią variklio būklės, t. y. mašina nereguliuojama, o tinklo įtampa išlieka pastovi. Taigi
kaip ir pasikeitus naudingajai galiai P2 (t.y. veleno apkrovai), kinta ir srovė armatūroje
mašinų veikimo charakteristikos dažnai vaizduojamos kaip armatūros srovės funkcija. Lygiagretaus žadinimo variklio sukimo momento ir sukimosi greičio priklausomybės nuo srovės armatūroje parodytos fig. 152, o šimto diagrama parodyta aukščiau (žr. 151 pav.).
Variklio greitis nustatomas pagal šią išraišką:
> Didėjant variklio veleno apkrovai, didėja ir srovė armatūroje. Dėl to padidėja įtampos kritimas per armatūros apvijos varžą ir šepečio kontaktus.
Kadangi žadinimo srovė išlieka pastovi (mašina nereguliuojama), magnetinis srautas taip pat yra pastovus. Tačiau didėjant srovei armatūroje, didėja armatūros reakcijos srauto išmagnetinantis poveikis, o magnetinis srautas Ф šiek tiek sumažėja. Iarya padidėjimas sumažina variklio greitį, o Ф sumažėjimas padidina greitį. Paprastai įtampos kritimas veikia greičio pokytį šiek tiek labiau nei armatūros atsakas, todėl, didėjant armatūros srovei, greitis mažėja. Šio tipo variklių apsisukimų dažnio pokytis yra nežymus ir neviršija 5%, kai apkrova keičiasi iš nulio į vardinę, t.y. lygiagretaus žadinimo varikliai turi standžią greičio charakteristiką.
Esant pastoviam magnetiniam srautui, sukimo momento priklausomybė nuo srovės armatūroje bus pavaizduota tiesia linija. Tačiau esant įtakai
Inkaro reakcijos variklio sukimo momentas padidėjus apkrovai yra šiek tiek sumažėjęs magnetinis srautas, o momento priklausomybė bus šiek tiek žemiau tiesės.
Nuosekliojo sužadinimo variklio schema parodyta fig. 153. Šio variklio užvedimo reostatas turi tik du spaustukus, nes žadinimo apvija ir armatūra sudaro vieną nuoseklią grandinę. Variklio charakteristikos parodytos fig. 154. Nuosekliojo žadinimo variklio apsisukimų skaičius nustatomas pagal šią išraišką:
kur rc yra nuoseklios sužadinimo apvijos varža. Serijiniame žadinimo variklyje magnetinis srautas nelieka pastovus, bet smarkiai keičiasi keičiantis apkrovai, o tai sukelia reikšmingą greičio pokytį. Kadangi įtampos kritimas armatūros varžoje ir lauko apvijoje yra labai mažas, palyginti su taikoma įtampa, apsisukimų skaičių galima apytiksliai nustatyti pagal šią išraišką:
Jei nepaisysime plieno prisotinimo, tada magnetinį srautą galime laikyti proporcingu srovei lauko apvijoje, kuri yra lygi srovei armatūroje. Vadinasi, nuoseklaus žadinimo variklio sukimosi greitis yra atvirkščiai proporcingas srovei armatūroje, o apsisukimų skaičius smarkiai mažėja didėjant apkrovai, ty variklis turi minkštą greičio charakteristiką. Mažėjant apkrovai, variklio sūkiai didėja. At tuščiąja eiga(Iа=0) variklio sūkių skaičius be galo didėja, t.y. variklis pereina į greitį.
Taigi, būdinga serijinių žadinimo variklių savybė yra apkrovos mažinimo neleistinumas, ty dirbant tuščiąja eiga arba esant mažoms apkrovoms. Variklio minimali leistina apkrova yra 25-30% vardinės apkrovos. Kai apkrova yra mažesnė už minimalų leistiną variklio sūkių skaičių, smarkiai padidėja, o tai gali sukelti jo sunaikinimą. Todėl, kai galima staigiai sumažinti apkrovą, nuosekliai sužadintų variklių naudojimas yra nepriimtinas.
Labai mažos galios varikliuose apkrovos sumažinimas nesukelia pabėgimo, nes mechaniniai variklio nuostoliai bus pakankamai didelė apkrova.
Serijinio žadinimo variklio sukimo momentas, atsižvelgiant į proporcingą magnetinio srauto ir srovės armatūros santykį (F \u003d C "Ia), gali būti nustatytas pagal šią išraišką:
kur K'=KC'
tie. sukimo momentas yra proporcingas srovės kvadratui. Tačiau esant didelėms srovėms, plieno prisotinimas veikia ir momento priklausomybė artėja prie tiesios linijos. Taigi tokio tipo varikliai išvysto didelius sukimo momentus esant mažiems sūkiams, o tai būtina paleidžiant dideles inercines mases ir perkrovas. Šie varikliai plačiai naudojami transporto ir kėlimo srityse.
Esant mišriam žadinimui, galimas ir priebalsių, ir priešpriešinių žadinimo apvijų įjungimas.
Varikliai su priešingomis apvijomis nėra plačiai naudojami, nes turi prastų paleidimo savybių ir yra nestabilūs.
Mišraus žadinimo variklių greičio charakteristikos užima tarpinę padėtį tarp lygiagretaus ir nuoseklaus žadinimo variklių charakteristikų.
Padidėjus armatūros srovei, armatūros apsisukimų skaičius mažėja labiau nei lygiagrečių žadinimo variklių, dėl magnetinio srauto padidėjimo, kurį sukelia nuoseklaus lauko apvijos srovės padidėjimas. Kai veikia tuščiąja eiga, mišraus sužadinimo variklis neveikia, nes magnetinis srautas nesumažėja iki nulio dėl lygiagrečios lauko apvijos.
Didėjant mišraus žadinimo variklių apkrovai, magnetinis srautas didėja ir sukimo momentas padidėja labiau nei lygiagrečio žadinimo varikliuose, bet mažesniu mastu nei nuosekliųjų žadinimo variklių.
1. Nuolatinės srovės mašinų įtaisas.
Nuolatinės srovės mašinos, kurios gali veikti ir kaip variklis, ir kaip generatorius, turi nemažai privalumų. Užvedus variklį, sukuriamas didelis užvedimo momentas. Todėl tokie varikliai yra iroko naudojami kaip trauka elektrinėse transporto priemonėse. Plačios greičio reguliavimo ribos ir sklandumas lemia nuolatinės srovės variklių naudojimą įvairiose automatinio valdymo sistemose.
Nuolatinės srovės generatoriai naudojami įvairiems maitinimo blokams (ypač aukštos kokybės suvirinimo aparatams) maitinti. Nuolatinės srovės įrenginių galia labai skiriasi:
nuo kelių vatų iki dešimčių kilovatų. Transporte naudojami 550 V įtampos ir 40 - 45 kW galios varikliai (tramvajai), kurių įtampa 1500 V ir galia iki 12 000 kW (elektriniai lokomotyvai). Nuolatinės srovės mašinų efektyvumas yra didesnis, tuo didesnė galia. Esant galiai iki 100 W naudingumo koeficientas = 62%, esant galiai iki 100 kW naudingumo koeficientas siekia 91%. Nuolatinės srovės mašinų trūkumas yra šepečio kolektoriaus mazgas, kuris yra vienas iš labiausiai nepatikimų mašinos komponentų. Apsvarstykite paprasčiausios nuolatinės srovės mašinos įrenginį:
1 - poliai, paprastai atstovaujantys ritę su šerdimi,
2 - armatūra (arba rotorius) - besisukanti dalis,
3 - laidininkai armatūros grioveliuose.
Nejudanti dalis, ant kurios pritvirtinti poliai, vadinama statoriumi arba induktoriumi. Induktorius skirtas sukurti pagrindinį magnetinis laukas automobiliai. GN – geometrinė neutrali linija, einanti per vidurį tarp gretimų polių.
Svarbiausia nuolatinės srovės mašinų konstrukcijos ypatybė yra šepečio-kolektoriaus mazgas: 1 - šepetys, 2 - kolektoriaus plokštė. Kolektoriaus plokštėms tinka atskirų armatūros apvijos sekcijų išėjimai. Šepečių kolektoriaus blokas atlieka:
Slankusis kontaktas tarp fiksuotų išorinių laidų ir besisukančių armatūros apvijos dalių,
Srovės ištaisymas generatoriaus režimu,
Nuolatinės srovės keitimas į kintamąją (invertavimas) variklio režimu.
Nuolatinės srovės mašinos, kaip ir daugelis kitų elektros mašinų, yra reversinės, t.y. ta pati mašina gali dirbti ir kaip generatorius, ir kaip variklis.
2. Generatoriaus ir variklio veikimo principas.
Generatoriaus režimu mašinos armatūra sukasi veikiama išorinio momento. Tarp statoriaus polių yra nuolatinis magnetinis srautas, prasiskverbiantis į armatūrą. Armatūros apvijų laidininkai juda magnetiniame lauke, todėl juose sukeliamas EML, kurio kryptį galima nustatyti pagal „dešinės rankos“ taisyklę. Šiuo atveju teigiamas potencialas atsiranda ant vieno šepečio, palyginti su antrojo. Jei prie generatoriaus gnybtų prijungta apkrova, joje tekės srovė. Pasukus armatūrą tam tikru kampu, šepečiai bus sujungti su kita plokščių pora, t.y. prijungtas prie kito armatūros apvijos posūkio, kurio EMF bus ta pačia kryptimi. Taigi generatorius generuoja
elektros srovė, o šios srovės, tekančios per apkrovą, kryptis nekinta.
Kai apkrova prijungiama prie generatoriaus ir atsiradus armatūros srovei, ant veleno atsiranda elektromagnetinis sukimo momentas, nukreiptas prieš armatūros sukimosi kryptį. Variklio režimu mašinos spaustukai tiekiami su pastovus slėgis, o srovė teka per armatūros apviją. Armatūros apvijos laidininkai yra mašinos magnetiniame lauke, kurį sukuria sužadinimo srovė, todėl pagal įstatymą ant jų
Ampere, jėgos veiks. Šių jėgų derinys sukuria sukimo momentą, kurio įtakoje armatūra suksis. Kai armatūra sukasi, jos apvijoje indukuojamas EML, nukreiptas į srovę, todėl varikliams jis vadinamas atgaline EMF.
3. Armatūros emf ir sukimo momento lygtys.
Apsvarstykite vieną iš armatūros lizdo laidininkų. Leiskite jam judėti (armatūros sukimosi metu) tiesiniu greičiu V, tada šiame laidininke sukeliamas EMF:
E \u003d V cf l i V sin 
,
kur \u003d 90, lа - aktyviosios armatūros dalies ilgis, V cf - vidutinė magnetinio lauko indukcija tarpelyje.
Tegu 2a yra lygiagrečių šakų skaičius. Kadangi EML yra lygus vienos šakos EML, galime parašyti:
kur E i – reikalingas armatūros EMF, N – visų armatūros laidininkų skaičius.
kur Ф yra vieno poliaus magnetinis srautas, o S yra plotas, kurį prasiskverbia šis srautas, tada
čia p yra polių porų skaičius (p = 1,2, ...).
Greitis V gali būti išreikštas armatūros greičiu n:
Pakeisdami gautas išraiškas į E i formulę:
tada pagaliau gauname:
E i \u003d C E F n.
Matyti, kad armatūros EML yra proporcingas armatūros sukimosi dažniui ir polių magnetiniam srautui. Naudodamiesi Ampero dėsniu, randame jėgą, kuria sužadinimo laukas veikia vieną armatūros laidininką:
F = V cf l i I nuodėmė
,
čia = 90 , I - srovė laidininke.
Ši jėga sukuria sukimo momentą:
kur D yra armatūros skersmuo. Padauginus iš bendro laidininkų skaičiaus N, gauname bendrą momentą:
Vidutinė indukcija žr., kaip ir anksčiau, gauname vieno poliaus magnetinį srautą padalijus iš šio srauto persmelkto ploto:
Kadangi armatūros srovė plinta išilgai lygiagrečių šakų, srovė viename laidininke nustatoma pagal išraišką:
Pakeitę B cf ir I išraiškas į bendro momento formulę, gauname:
Jeigu įvesime konstruktyvųjį koeficientą
tada pagaliau galime parašyti:
Kaip matote, nuolatinės srovės mašinos elektromagnetinis momentas yra proporcingas polių magnetiniam srautui ir armatūros srovei.
Aukščiau gauta armatūros EML formulė Ea suteikia tam tikrą vidutinę EML vertę. Tiesą sakant, jo vertė svyruoja (impulsai) tarp dviejų ribinių verčių - E min ir E max. Kai armatūra sukasi, dalis posūkių, trumpai sujungiami šepečiais, yra išjungiami iš lygiagrečių šakų, o tuo metu, kai armatūra sukasi kampu, atitinkančiu vieną kolektoriaus plokštę, momentinių EML verčių suma. turi laiko kažkiek pasikeisti. Didžiausia susidariusių EML pulsacijų vertė E = 0,5 (E max -E min) priklauso nuo kolektoriaus plokščių skaičiaus. Pavyzdžiui, padidėjus šiam skaičiui nuo 8 iki 40, E vertė sumažėja nuo 4 V iki 0,16 V.
4. Armatūros reakcija nuolatinės srovės mašinose.
Kai nuolatinės srovės mašina veikia tuščiąja eiga, magnetinį lauką sukuria tik polių apvijos. Srovės atsiradimas armatūros laiduose esant apkrovai lydi armatūros magnetinio lauko atsiradimą. Kadangi srovių kryptis laiduose tarp šepečių nesikeičia, besisukančios armatūros laukas yra fiksuotas šepečių ir sužadinimo polių atžvilgiu.
Armatūros apvija tampa analogiška solenoidui, kurio ašis sutampa su šepečių linija, todėl šepečius sumontavus ant geometrinių neutralių, armatūros srautas yra skersinis žadinimo srautui, o jo poveikis pastarajam vadinamas skersine armatūros reakcija. . Sukūrę gauto srauto vektorių, matome, kad dabar jis sukasi apie pagrindinių polių geometrinę ašį. Mašinos laukas tampa asimetriškas, fizinės neutralės sukasi geometrinių atžvilgiu. Generatoriuje jie išstumiami armatūros sukimosi kryptimi, variklyje - prieš armatūros sukimosi kryptį.
Pagal fizinę neutralę suprasime liniją, einanti per armatūros centrą ir armatūros apvijos laidininką, kurioje susidariusio magnetinio srauto sukeltas EML yra lygus nuliui. Šoninė armatūros reakcija turi mažai įtakos mašinos veikimui, dažniausiai į šį poveikį neatsižvelgiama. Tačiau šepečius išstumiant iš geometrinės neutralės, armatūros sraute atsiranda išilginis komponentas, jo poveikis polių srautui vadinamas išilgine armatūros reakcija. Savo prigimtimi jis gali būti tiek magnetizuojantis, tiek demagnetizuojantis. Apskritai, armatūros reakcija sukelia lauko po poliais iškraipymą ir polių srauto pasikeitimą. Pirmasis gali žymiai padidinti kibirkštis po šepečiais (iki kolektoriaus gaisro atsiradimo), o antroji generatoriuje keičia įtampą gnybtuose, o variklyje - sukimo momentą ir armatūros greitį. .
Armatūros reakcijai susilpninti padidinamas oro tarpas tarp statoriaus ir armatūros, polių gabalų grioveliuose naudojami specialūs trumpojo jungimo posūkiai. Didelės galios mašinose tam naudojama speciali kompensacinė apvija. Jis telpa į polių gabalų griovelius ir yra nuosekliai sujungtas su armatūros grandine, jo srautas subalansuoja išilginį armatūros srautą.