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

Рис. 2.78. Схема универсального коллекторного двигателя

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 Ф_в, создаваемый обмоткой возбуждения, пульсирует с частотой сети. Так как в стали магнитопровода имеются потери, то поток Ф_в отстает от тока I на угол β (рис. 2.79, а).

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

Из (2.44) следует, что момент М коллекторного двигателя складывается из постоянной составляющей М_ср и периодической составляющей М_пер, 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-

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

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 i_a параллельной цепи (рис. 2.81). Реактивная э. д. с. зависит от величины, которую имеет ток i_a в момент перехода секции из одной параллельной ветви в другую. В момент, когда ток i_a параллельной ветви имеет амплитудное значение, реактивная э. д. с. достигает максимума и равна нулю при i_a = 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.

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