Разработка и производство сервоприводов,
бесколлекторных и вентильных двигателей, движитель (трастер) для телеуправляемого необитаемого подводного аппарата (ТНПА, ROV)

Адрес: Москва, ул.Большая Переяславская, д.9+7(985)928-61-99
Литье пластика на заказ
ДОКУМЕНТАЦИЯ

Содержание  Главная (библиотека)
Предыдущий § Следущий


§ 2.9. УНИВЕРСАЛЬНЫЕ КОЛЛЕКТОРНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Общие сведения. Универсальным двигателем называется однофазный коллекторный двигатель последовательного возбуждения, предназначенный для работы от сети переменного или постоянного тока. В режиме номинальной нагрузки двигатель имеет одинаковую скорость вращения при работе на переменном и постоянном токах.

Машина постоянного тока с самовозбуждением принципиально может работать от сети переменного тока, так как при изменении направления тока якоря изменяется направление потока обмотки возбуждения, вследствие чего вращающий момент действует в ту же сторону. Однако такая машина имела бы большие магнитные потери и малый вращающий момент. Для получения меньшего сдвига по фазе между током якоря и потоком возбуждения универсальный коллекторный двигатель выполняется только с последовательным возбуждением.

Якорь универсального двигателя идентичен якорю машин постоянного тока. Для уменьшения магнитных потерь вся магнитная система универсального двигателя, включая полюса и ярмо, набирается из изолированных листов электротехнической стали. Обычно обмотка возбуждения ОВ имеет отпайку (рис. 2.78), позволяющую при работе от сети переменного тока уменьшать число витков. Двигатели не имеют дополнительных полюсов и компенсационной обмотки. Для подавления радиопомех предусматриваются фильтры, обычно в виде конденсаторов, включаемых между токопроводящими зажимами и корпусом машины.

Универсальные двигатели дают возможность при питании от сети переменного тока получить весьма высокую скорость вращения и позволяют плавно ее регулировать. Двигатели выполняются на скорости вращения до 40 000 об/мин. Вследствие быстроходности


они имеют малые размеры и вес. Пусковой момент двигателей большой, так как их обмотка возбуждения является последовательной.

Векторная диаграмма при работе от сети переменного тока. Временная векторная диаграмма показывает значение и фазу синусоидально изменяющихся во времени величин, характеризующих установившийся рабочий процесс. Модуль вектора диаграммы численно равен амплитуде величины, которую он представляет. Принято считать, что все векторы диаграммы вращаются против часовой стрелки с угловой скоростью ω. Проекция вектора на вертикальную

part5-144.jpg

Рис. 2.78. Схема универсального коллекторного двигателя

part5-145.jpg

Рис. 2.79. Векторная диаграмма коллекторного двигателя: а — векторы приведены к началу координат; б — собственно векторная диаграмма

ось дает мгновенное значение синусоидальной величины, которую изображает вектор. В некоторых случаях удобно считать векторы неподвижными, а ось вращающейся.

Углы расположения векторов на временной диаграмме показывают не пространственное направление действия, а временную фазу. На диаграмме 360 геометрических градусов соответствует полному периоду времени. Величины, отстающие по фазе на полпериода, изображаются параллельными, противоположно направленными векторами.

При работе универсального двигателя на переменном токе поток Фв, создаваемый обмоткой возбуждения, пульсирует с частотой сети. Так как в стали магнитопровода имеются потери, то поток Фв отстает от тока I на угол β (рис. 2.79, а).

part5-146.jpg
part5-147.jpg

Подставляя эти равенства в формулу (2.5), находим выражение Вращающего момента универсального коллекторного двигателя при питании его от сети переменного тока:

part5-148.jpg

Из (2.44) следует, что момент М коллекторного двигателя складывается из постоянной составляющей Мср и периодической составляющей Мпер, которая пульсирует во времени с двойной частотой сети (рис. 2.80). Момент имеет положительное значение на отрезке времени, соответствующем углу π — β, и отрицательное — на отрезке, соответствующем углу β. Вследствие механической инерции якорь вращается практически равномерно.

Величина постоянной составляющей пропорциональна косинусу угла β между потоком и током ротора. Для уменьшения угла β универсальных двигателях применяют последовательное возбуждение В этом случае токи обмоток возбуждения и якоря находятся в фазе.

Особенности коммутации при работе универсального двигателя, на переменном токе. При работе универсального двигателя на пе-


ременном токе процесс коммутации значительно усложняется тем, что, кроме реактивной э. д. с, в коммутируемой секции индуктируется трансформаторная э. д. с, возникающая в результате трансформаторного воздействия обмотки возбуждения на якорную. Величина трансформаторной э. д. с. зависит от положения щеток и не зависит от скорости вращения, якоря. Обычно щетки универсального коллекторного двигателя устанавливают на геометрической нейтрали. В этом случае стороны коммутируемой секции находятся на нейтрали, секция охватывает весь поток возбуж-

part5-149.jpg

Рис. 2.80. Момент коллекторного двигателя при питании от сети переменного тока

part5-150.jpg

Рис. 2.81. Изменение тока при коммутации универсального двигателя, работающего от сети переменного тока

дения, и трансформаторная э. д. с. имеет максимальное значение. Все это весьма затрудняет коммутацию.

Если скорость вращения якоря отлична от синхронной, то коммутация происходит при различных значениях тока ia параллельной цепи (рис. 2.81). Реактивная э. д. с. зависит от величины, которую имеет ток ia в момент перехода секции из одной параллельной ветви в другую. В момент, когда ток ia параллельной ветви имеет амплитудное значение, реактивная э. д. с. достигает максимума и равна нулю при ia = 0.

Реактивная э. д. с. находится в фазе с током двигателя. Трансформаторная э. д. с. отстает от потока возбуждения на четверть периода. Таким образом трансформаторная и реактивная э. д. с. сдвинуты по фазе почти на четверть периода.

Для получения удовлетворительной коммутации ограничивают значение трансформаторной э. д. с, которая не должна превышать 3 в. С целью ограничения тока в коммутируемой секции применяют твердые щетки, имеющие большое переходное сопротивление.

Рабочие характеристики. Рабочие характеристики определяют зависимость скорости вращения п, тока I, к. п. д. η и коэффициента мощности cos φ от момента М двигателя, т. е.

п, I, η, cos φ = f(M).

На рис. 2.82 представлены рабочие характеристики универсального двигателя при питании его от сети переменного и постоянного


токов. Характеристики показывают, что при номинальном моменте на валу двигатель развивает одинаковую скорость вращения при питании его от сети переменного и постоянного токов. Механическая характеристика п = f(M) при работе на переменном токе имеет бóльший наклон. Это объясняется увеличением cos φ при увеличении скорости вращения. Коэффициент полезного действия η при работе двигателя на переменном токе ниже, а потребляемый из

сети ток I больше. Активная составляющая переменного тока больше полного тока при работе на постоянном токе на величину составляющей, вызванной потерями в стали машины.

part5-151.jpg

Рис. 2.82. Рабочие характеристики универсального двигателя:

----- при работе на переменном токе;

- - - при работе на постоянном токе

Ухудшение характеристик двигателя при его питании от сети переменного тока связано с влиянием индуктивного сопротиления Σx обмоток якоря и возбуждения. При бóльшей скорости вращения двигатель имеет большую величину э. д. с. вращения и меньшее относительное значение падения напряжения в индуктивных сопротивлениях Σx, поэтому чем выше скорость вращения, тем ближе друг к другу характеристики на переменном и постоянном токах. С целью сближения характеристик уменьшают число витков обмотки возбуждения при работе двигателя на переменном токе, что уменьшает Σx.

Искрение под щетками, радиопомехи и шум универсального двигателя при работе на переменном токе значительно больше.

ВОПРОСЫ

1.   Какие особенности характеризуют процессы в универсальном двигателе при работе от сети переменного тока?

2.   При каких условиях момент универсального двигателя в течение всего периода изменения переменного тока имел бы положительное значение?

3.   Почему в универсальных двигателях не применяют параллельного возбуждения?

4.   Чем осложняется процесс коммутации при работе двигателя на переменном токе?

5.   Почему универсальный коллекторный двигатель нельзя пускать без нагрузки?


Содержание  Главная (библиотека)
Предыдущий § Следущий

+7(985)928-61-99 Москва, ул.Большая Переяславская, д.9