Darbības princips (paralēlas ierosmes motora piemērā). Ja motoram tiek pielikts spriegums U, tad caur ierosmes ķēdi plūst strāva I c, bet caur armatūras ķēdi plūst strāva I i. Ierosmes strāva rada MMF F in = I in W in, kas ierosina magnētisko plūsmu mašīnā F in. Armatūras strāva savukārt rada armatūras reakcijas magnētisko plūsmu F i. Iegūtā magnētiskā plūsma F res \u003d F in + F i.
1.23.att 1.24
Armatūras ķēdē strāva I i rada sprieguma kritumu R i I i. Saskaņā ar elektromagnētiskā spēka EMC likumu, strāvai I I un magnētiskajai plūsmai F res mijiedarbojoties, rodas griezes moments M BP. Stabilā stāvoklī M temp. \u003d M pr. Kad armatūras vadītāji šķērso magnētisko lauku F res, saskaņā ar elektromagnētiskās indukcijas likumu EMP tajos tiek inducēts EML, kas ir vērsts pret tīkla spriegumu U.
Dzinēju klasifikācija. Saskaņā ar shēmu galveno polu ierosmes tinumu ieslēgšanai, motori līdzstrāva ir sadalīti neatkarīgas, paralēlas, secīgas un jauktas ierosmes dzinējos.
Neatkarīgos ierosmes motoros lauka tinumu darbina atsevišķs līdzstrāvas sprieguma avots. Paralēlās ierosmes motoros lauka tinums un armatūras tinums ir savienoti paralēli un tiek baroti no viena avota. Sērijas un jauktās ierosmes motoros ir ierosmes tinums, kas virknē savienots ar armatūras tinumu. Mazjaudas motoros ierosmes plūsmu var izveidot, izmantojot pastāvīgie magnēti. Paralēlās un jauktās ierosmes motori atrod vislielāko pielietojumu.
Dzinējus raksturojošie pamatvienādojumi un lielumi. Šīs vērtības ir: mehāniskā jauda uz vārpstas P 2 barošanas spriegums U, no tīkla I patērētā strāva, armatūras strāva I I, ierosmes strāva I in, griešanās ātrums n, elektromagnētiskais moments M em. Attiecības starp šiem daudzumiem ir aprakstītas:
Ø elektromagnētiskā griezes momenta vienādojums:
M em \u003d C m I I F;
Ø vienādojums elektriskais stāvoklis enkuru ķēdes:
U \u003d E pr + R i I i; (1.4)
E pr \u003d C E nФ;
Ø momenta vienādojums:
M em \u003d M s + M sviedri + M d,
kur M s ir slodzes radītais pretestības moments uz vārpstas; M sviedri - zaudējumu moments, ko rada visa veida zudumi dzinējā; M d - dinamisks moments, ko rada inerciālie spēki;
Dzinēju raksturojums. Svarīgākais no raksturlielumiem ir mehāniskais n (M s) - griešanās ātruma n atkarība no momenta uz vārpstas (turpmāk indekss "c" tiek izlaists) pie U = const, I в = const. Tas parāda mehāniskās slodzes (griezes momenta) ietekmi uz motora vārpstu uz ātrumu, kas ir īpaši svarīgi zināt, izvēloties un darbinot motorus. Citi motora raksturlielumi: regulēšana n (I c), ātrgaitas n (I i), darba M, R 1, n, I, h (R 2) - šeit nav sīkāk aplūkoti.
Mehāniskās īpašības var būt dabiskas vai mākslīgas. Zem dabisks ar raksturlielumiem saprot raksturlielumus, kas ņemti, ja ķēdē nav papildu pretestības, piemēram, reostati armatūras vai ierosmes ķēdēs, mākslīgs- šādu pretestību klātbūtnē.
Mehāniskais vienādojumsdzinēja īpašības. To var iegūt no (1.1). Mēs aizstājam E vietā tā vērtību (1.4), tad
n \u003d (U - R i I i) / C E F. (1,5)
Aizstājot I i ar tā vērtību no (1.2), iegūstam vienādojumu mehāniskās īpašības:
n= 
(1.6)
Mehānisko raksturlielumu veidu nosaka plūsmas atkarības raksturs no motora slodzes, kas savukārt ir atkarīgs no ķēdes ierosmes tinuma ieslēgšanai.
Dzinēja maiņa. Dzinēja apgriešana tiek saprasta kā tā armatūras griešanās virziena maiņa. Iespējamie apvērsuma veidi izriet no attiecības (1.2). Ja maināt armatūras strāvas vai mašīnas plūsmas virzienu, mainās zīme un līdz ar to arī griezes momenta virziens. Praksē to panāk, pārslēdzot vadus vai armatūras tinumu, vai ierosmes tinumu. Tomēr vienlaicīga abu tinumu izeju pārslēgšana vai motoru barojošā sprieguma polaritātes maiņa (izņemot neatkarīgu ierosmes motoru) neizraisa griezes momenta zīmes izmaiņas un līdz ar to arī sprieguma izmaiņas. griešanās virzienu.
Dzinēju iedarbināšanalīdzstrāva. Dzinēju iedarbināšanai ir divas galvenās prasības: nodrošināt enkura iedarbināšanai un paātrināšanai nepieciešamo griezes momentu un palaišanas laikā novērst pārmērīgu plūsmu caur enkuru. liela strāva bīstams dzinējam. Praktiski ir iespējamas trīs palaišanas metodes: tiešā palaišana, palaišana, kad reostats ir pievienots armatūras ķēdei, un sākt ar zemspriegums enkura ķēdē.
Ar tiešo palaišanu armatūras ķēde nekavējoties tiek ieslēgta uz pilnu spriegumu. Tā kā pirmajā palaišanas brīdī armatūra ir nekustīga (n = 0), tad nav back-emf (E pr = C E nF). Tad no (1.4) izriet, ka armatūras palaišanas strāva I i, p \u003d U / R i.
Tā kā R i \u003d 0,02 ¸ 1,10 omi, tad I i, n \u003d (50 ¸ 100) I nom, kas ir nepieņemami. Tāpēc tiešā iedarbināšana iespējama tikai mazjaudas motoriem, kur I i, n (4¸6) I nom un motora paātrinājums ilgst mazāk par 1 s.
Iedarbināšana, kad starta reostats R p ir ieslēgts virknē ar armatūru, tiks apskatīts, izmantojot shēmas piemēru attēlā. 1.25. Starta strāva šajā gadījumā ir:
I i, p \u003d U / (R i + R p). (1,7)
Pretestība R p \u003d U / I i, p - R i ir izvēlēta tā, lai sākotnējā palaišanas brīdī, kad E pr \u003d 0, I i, p \u003d (1,4¸2,5) I nom (lielāks skaitlis mazākas jaudas dzinējiem).
Armatūrai paātrinoties, E pr palielinās, kas samazina spriegumu pie armatūras (t.i., samazinās skaitītājs (1.7)), un tiek izvadīta reostata R p pretestība.
Pirms palaišanas tiek parādīts reostats R p, kas nepieciešams, lai nodrošinātu maksimālu plūsmu un līdz ar to arī griezes momentu palaišanas laikā (M p \u003d C m I I, p F). Armatūrai paātrinoties, tiek ievadīts reostats R p, līdz tiek sasniegts vajadzīgais ātrums.
Iedarbināšana ar ierobežotu palaišanas strāvu ir iespējama, ja motora armatūra tiek darbināta no atsevišķa avota (ģeneratora, taisngrieža) ar regulējamu spriegumu. Ierobežojums sākuma strāva un vienmērīgu dzinēja paātrinājumu nodrošina pakāpenisks armatūras sprieguma pieaugums no nulles līdz vajadzīgajai vērtībai.
Apskatāmā metode ir pielietojama jaudīgu līdzstrāvas motoru vadības un regulēšanas sistēmās (sk. 1.14.3. punktu).
§ 115. DC MOTORU RAKSTUROJUMS
Dzinēju darba īpašības nosaka to darbības raksturlielumi, kas ir apgriezienu skaita t, griezes momenta Me, patērētās strāvas I, jaudas P1 un lietderības η atkarības no vārpstas lietderīgās jaudas P2- Šīs atkarības atbilst dabiskajam. dzinēja apstākļi, t.i., iekārta netiek regulēta un tīkla spriegums paliek nemainīgs. Tātad
tāpat kā mainoties lietderīgajai jaudai P2 (t.i., slodzei uz vārpstas), mainās arī strāva enkurā.
iekārtām, veiktspējas raksturlielumi bieži tiek attēloti kā armatūras strāvas funkcija. Griezes momenta un griešanās ātruma atkarības no strāvas armatūras paralēlās ierosmes motoram parādītas att. 152, un simts diagramma ir parādīta iepriekš (sk. 151. att.).
Motora apgriezienu skaitu nosaka ar šādu izteiksmi:
> Palielinoties slodzei uz motora vārpstu, palielinās arī strāva enkurā. Tas izraisa sprieguma krituma palielināšanos armatūras tinuma pretestībā un birstes kontaktiem.
Tā kā ierosmes strāva paliek nemainīga (mašīna ir neregulēta), arī magnētiskā plūsma ir nemainīga. Tomēr, palielinoties strāvai enkurā, palielinās armatūras reakcijas plūsmas demagnetizējošais efekts un nedaudz samazinās magnētiskā plūsma Ф. Iarya palielināšanās izraisa dzinēja ātruma samazināšanos, un Ф samazināšanās palielina ātrumu. Parasti sprieguma kritums ietekmē ātruma izmaiņas nedaudz lielākā mērā nekā armatūras reakcija, tāpēc, palielinoties armatūras strāvai, ātrums samazinās. Apgriezienu skaita izmaiņas šāda veida motoriem ir nenozīmīgas un nepārsniedz 5%, kad slodze mainās no nulles uz nominālo, t.i., paralēlās ierosmes motoriem ir stingrs ātruma raksturlielums.
Ar pastāvīgu magnētisko plūsmu griezes momenta atkarība no strāvas enkurā tiks attēlota ar taisnu līniju. Bet reibumā
Armatūras reakcijas motora griezes moments, palielinoties slodzei, ir neliels magnētiskās plūsmas samazinājums, un momenta atkarība būs nedaudz zem taisnes.
Secīgās ierosmes motora diagramma ir parādīta attēlā. 153. Šī dzinēja palaišanas reostatam ir tikai divas skavas, jo ierosmes tinums un armatūra veido vienu virknes ķēdi. Dzinēja raksturlielumi ir parādīti attēlā. 154. Secīgās ierosmes dzinēja apgriezienu skaitu nosaka ar šādu izteiksmi:
kur rc ir virknes ierosmes tinuma pretestība. Sērijveida ierosmes motorā magnētiskā plūsma nepaliek nemainīga, bet gan krasi mainās, mainoties slodzei, kas izraisa ievērojamas ātruma izmaiņas. Tā kā sprieguma kritums armatūras pretestībā un lauka tinumā ir ļoti mazs, salīdzinot ar pielietoto spriegumu, apgriezienu skaitu var aptuveni noteikt ar šādu izteiksmi:
Ja mēs neņemam vērā tērauda piesātinājumu, tad magnētisko plūsmu varam uzskatīt par proporcionālu strāvai lauka tinumā, kas ir vienāda ar strāvu enkurā. Līdz ar to virknes ierosmes motoram griešanās ātrums ir apgriezti proporcionāls strāvai enkurā un, palielinoties slodzei, apgriezienu skaits strauji samazinās, t.i., motoram ir mīksts ātruma raksturlielums. Samazinoties slodzei, dzinēja apgriezieni palielinās. Plkst tukšgaita(Iа=0) dzinēja apgriezienu skaits bezgalīgi palielinās, t.i., dzinējs pāriet uz pārdziņu.
Tādējādi sērijveida ierosmes motoru raksturīga īpašība ir slodzes atlaišanas nepieļaujamība, t.i., tukšgaitā vai zemā slodzē. Motora minimālā pieļaujamā slodze ir 25-30% no nominālās slodzes. Kad slodze ir mazāka par minimālo pieļaujamo dzinēja apgriezienu skaitu, strauji palielinās, kas var izraisīt tā iznīcināšanu. Tāpēc, ja ir iespējama slodzes samazināšanās vai pēkšņa samazināšanās, virknes ierosmes motoru izmantošana ir nepieņemama.
Ļoti mazjaudas motoros slodzes atlaišana neizraisa bēgšanu, jo motora mehāniskie zudumi tam būs pietiekami liela slodze.
Sērijas ierosmes motora griezes momentu, ņemot vērā proporcionālo attiecību starp magnētisko plūsmu un strāvu enkurā (F \u003d C "Ia), var noteikt ar šādu izteiksmi:
kur K'=KC'
tie. griezes moments ir proporcionāls strāvas kvadrātam. Tomēr pie lielām strāvām tērauda piesātinājums ietekmē un momenta atkarība tuvojas taisnei. Tādējādi šāda veida dzinēji pie maziem apgriezieniem attīsta lielus griezes momentus, kas ir būtiski, iedarbinot lielu inerciālo masu un pārslodzes. Šos motorus plaši izmanto transporta un celšanas lietojumos.
Ar jauktu ierosmi ir iespējama ierosmes tinumu līdzskaņu un pretskaņu ieslēgšanās.
Motori ar pretējiem tinumiem netiek plaši izmantoti, jo tiem ir sliktas palaišanas īpašības un tie ir nestabili.
Jauktas ierosmes motoru ātruma raksturlielumi ieņem starpstāvokli starp paralēlo un virknes ierosmes motoru raksturlielumiem.
Palielinoties strāvai enkurā, armatūras apgriezienu skaits samazinās lielākā mērā nekā paralēlās ierosmes motoriem, jo palielinās magnētiskā plūsma, ko izraisa strāvas palielināšanās virknes lauka tinumā. Tukšgaitā jauktas ierosmes motors nedarbojas savvaļā, jo paralēlā lauka tinuma klātbūtnes dēļ magnētiskā plūsma nesamazinās līdz nullei.
Palielinoties slodzei jauktās ierosmes motoros, magnētiskā plūsma palielinās un griezes moments palielinās lielākā mērā nekā paralēlās ierosmes motoros, bet mazākā mērā nekā virknes ierosmes motoros.
1. Līdzstrāvas iekārtu ierīce.
Līdzstrāvas iekārtām, kuras var darboties gan kā motors, gan kā ģenerators, ir vairākas priekšrocības. Iedarbinot dzinēju, tiek radīts liels palaišanas griezes moments. Tāpēc šādus dzinējus iroko izmanto kā vilci elektriskajos transportlīdzekļos. Plašas ātruma kontroles robežas un vienmērīgums nosaka līdzstrāvas motoru izmantošanu dažādās automātiskās vadības sistēmās.
Līdzstrāvas ģeneratori tiek izmantoti dažādu spēka agregātu (īpaši augstas kvalitātes metināšanas iekārtu) darbināšanai. Līdzstrāvas iekārtu jauda ir ļoti atšķirīga:
no dažiem vatiem līdz desmitiem kilovatu. Transportā tiek izmantoti dzinēji ar spriegumu 550 V un jaudu 40 - 45 kW (tramvaji), ar spriegumu 1500 V un jaudu līdz 12 000 kW (elektriskās lokomotīves). Līdzstrāvas iekārtu efektivitāte ir augstāka, jo lielāka ir jauda. Ar jaudu līdz 100 W efektivitāte = 62%, ar jaudu līdz 100 kW efektivitāte sasniedz 91%. Līdzstrāvas iekārtu trūkums ir birstes un kolektora komplekta klātbūtne, kas ir viena no neuzticamākajām mašīnas sastāvdaļām. Apsveriet vienkāršākās līdzstrāvas iekārtas ierīci:
1 - stabi, kas parasti attēlo spoli ar serdi,
2 - armatūra (vai rotors) - rotējoša daļa,
3 - vadītāji armatūras rievās.
Fiksēto daļu, uz kuras ir piestiprināti stabi, sauc par statoru vai induktors. Induktors kalpo, lai izveidotu galveno magnētiskais lauks automašīnas. GN - ģeometrisks neitrāls, līnija, kas iet pa vidu starp blakus esošajiem poliem.
Līdzstrāvas iekārtu vissvarīgākā konstrukcijas iezīme ir otas-kolektora komplekta klātbūtne: 1 - suka, 2 - kolektora plāksne. Armatūras tinuma atsevišķu sekciju izejas ir piemērotas kolektora plāksnēm. Birstes savācēja bloks veic:
Bīdošs kontakts starp fiksētajiem ārējiem vadiem un armatūras tinuma rotējošām sekcijām,
Strāvas iztaisnošana ģeneratora režīmā,
Līdzstrāvas pārveidošana maiņstrāvā (invertēšana) motora režīmā.
Līdzstrāvas mašīnas, tāpat kā daudzas citas elektriskās mašīnas, ir atgriezeniskas, t.i. viena un tā pati mašīna var darboties gan kā ģenerators, gan kā dzinējs.
2. Ģeneratora un dzinēja darbības princips.
Ģeneratora režīmā mašīnas armatūra griežas ārēja momenta ietekmē. Starp statora poliem ir pastāvīga magnētiskā plūsma, kas iekļūst armatūrā. Armatūras tinumu vadītāji pārvietojas magnētiskajā laukā un līdz ar to tajos tiek inducēts EML, kura virzienu var noteikt pēc "labās rokas" likuma. Šajā gadījumā vienai sukai ir pozitīvs potenciāls attiecībā pret otro. Ja ģeneratora spailēm ir pievienota slodze, tajā plūst strāva. Pēc armatūras pagriešanas noteiktā leņķī birstes tiks savienotas ar citu plākšņu pāri, t.i. savienots ar citu armatūras tinuma pagriezienu, kurā EMF būs tāds pats virziens. Tādējādi ģenerators ģenerē
elektriskā strāva, un šīs strāvas virziens, kas plūst caur slodzi, nemainās.
Kad slodze ir pievienota ģeneratoram un līdz ar armatūras strāvas parādīšanos, uz vārpstas rodas elektromagnētiskais griezes moments, kas vērsts pret armatūras griešanās virzienu. Motora režīmā mašīnas skavas tiek piegādātas ar pastāvīgs spiediens, un strāva plūst caur armatūras tinumu. Armatūras tinuma vadītāji atrodas mašīnas magnētiskajā laukā, ko rada ierosmes strāva, un līdz ar to uz tiem saskaņā ar likumu
Ampere, spēki darbosies. Šo spēku kombinācija rada griezes momentu, kura ietekmē armatūra griezīsies. Armatūrai griežoties, tās tinumā tiek inducēts EML, kas ir vērsts pret strāvu, un tāpēc motoriem to sauc par atpakaļejošu EMF.
3. Armatūras emf un griezes momenta vienādojumi.
Apsveriet vienu no vadītājiem armatūras spraugā. Ļaujiet tai kustēties (armatūras rotācijas laikā) ar lineāro ātrumu V, tad šajā vadītājā tiek inducēts EML:
E \u003d V cf l i V sin 
,
kur \u003d 90, lа - armatūras aktīvās daļas garums, V cf - vidējā magnētiskā lauka indukcija spraugā.
Ar 2a apzīmē paralēlo zaru skaitu. Tā kā EML ir vienāds ar vienas filiāles EML, mēs varam rakstīt:
kur E i ir nepieciešamais armatūras EMF, N ir visu armatūras vadītāju skaits.
kur Ф ir viena pola magnētiskā plūsma un S ir šīs plūsmas caurlaidības laukums, tad
šeit p ir stabu pāru skaits (p = 1,2, ...).
Ātrumu V var izteikt ar armatūras ātrumu n:
Iegūto izteiksmju aizstāšana E i formulā:
tad beidzot saņemam:
E i \u003d C E F n.
Redzams, ka armatūras EMF ir proporcionāls armatūras griešanās biežumam un polu magnētiskajai plūsmai. Izmantojot Ampera likumu, mēs atrodam spēku, ar kādu ierosmes lauks iedarbojas uz vienu armatūras vadītāju:
F = V cf l i I grēku
,
šeit = 90 , I - strāva vadītājā.
Šis spēks rada griezes momentu:
kur D ir armatūras diametrs. Reizinot ar kopējo vadītāju skaitu N, iegūstam kopējo momentu:
Vidējā indukcija In cf, tāpat kā iepriekš, mēs iegūstam, dalot viena pola magnētisko plūsmu ar šīs plūsmas caurstrāvoto laukumu:
Tā kā armatūras strāva izplatās pa paralēliem zariem, strāvu vienā vadītājā nosaka pēc izteiksmes:
Aizvietojot B cf un I izteiksmes vispārējā momenta formulā, mēs iegūstam:
Ja ieviešam konstruktīvu koeficientu
tad beidzot varam rakstīt:
Kā redzat, līdzstrāvas mašīnas elektromagnētiskais moments ir proporcionāls polu magnētiskajai plūsmai un armatūras strāvai.
Iepriekš iegūtā armatūras EML formula Ea dod kādu vidējo EML vērtību. Faktiski tā vērtība svārstās (impulsi) starp divām robežvērtībām - E min un E max. Armatūrai griežoties, daļa pagriezienu, kas tiek īssavienoti ar birstēm, tiek izslēgti no paralēlajiem zariem, un armatūras griešanās laikā par leņķi, kas atbilst vienai kolektora plāksnei, momentāno EML vērtību summa. ir laiks kaut ko mainīt. Iegūto EML pulsāciju maksimālā vērtība E = 0,5 (E max -E min) ir atkarīga no kolektora plākšņu skaita. Piemēram, palielinoties šim skaitlim no 8 līdz 40, E vērtība samazinās no 4 V līdz 0,16 V.
4. Armatūras reakcija līdzstrāvas mašīnās.
Kad līdzstrāvas iekārta darbojas tukšgaitā, magnētisko lauku rada tikai polu tinumi. Strāvas parādīšanos armatūras vadītājos zem slodzes pavada armatūras magnētiskā lauka parādīšanās. Tā kā strāvu virziens vadītājos starp sukām nemainās, rotējošās armatūras lauks ir fiksēts attiecībā pret sukām un ierosmes stabiem.
Armatūras tinums kļūst līdzīgs solenoīdam, kura ass sakrīt ar suku līniju, tāpēc, uzstādot sukas uz ģeometriskiem neitrāliem, armatūras plūsma ir šķērsvirziena ierosmes plūsmai, un tās ietekmi uz pēdējo sauc par šķērsvirziena armatūras reakciju. . Izveidojot iegūtās plūsmas vektoru, mēs redzam, ka tagad tas griežas ap galveno polu ģeometrisko asi. Mašīnas lauks kļūst asimetrisks, fiziskie neitrāli griežas attiecībā pret ģeometriskajiem. Ģeneratorā tie ir nobīdīti armatūras griešanās virzienā, dzinējā - pret armatūras griešanās virzienu.
Zem fiziskā neitrāla mēs sapratīsim līniju, kas iet caur armatūras centru un armatūras tinuma vadītāju, kurā iegūtās magnētiskās plūsmas izraisītais EML ir nulle. Armatūras sānu reakcijai ir maza ietekme uz mašīnas veiktspēju, šo efektu parasti neņem vērā. Taču, kad birstes tiek pārvietotas no ģeometriskā neitrāla, armatūras plūsmā parādās gareniskā komponente, kuras ietekmi uz polu plūsmu sauc par garenvirziena armatūras reakciju. Tam var būt gan magnetizējošs, gan demagnetizējošs raksturs. Kopumā armatūras reakcija izraisa lauka izkropļojumus zem stabiem un stabu plūsmas izmaiņām. Pirmais var izraisīt ievērojamu dzirksteļu palielināšanos zem sukām (līdz kolektorā parādās vispusīgs ugunsgrēks), bet otrais ģeneratorā maina spriegumu spailēs un dzinējā griezes momentu un armatūras ātrumu. .
Lai vājinātu armatūras reakciju, tiek palielināta gaisa sprauga starp statoru un armatūru, polu gabalu rievās tiek izmantoti speciāli īsslēgtie pagriezieni. Lieljaudas mašīnās šim nolūkam izmanto īpašu kompensācijas tinumu. Tas iekļaujas stabu gabalu rievās un ir virknē savienots ar armatūras ķēdi, tā plūsma līdzsvaro armatūras garenisko plūsmu.