Основные соотношения в двигателях постоянного тока.

Электродвигатели преобразуют электрическую энергию в механическую энергию вращения.

Механическая мощность Р определяется развиваемым двигателем вращающим моментом М и угловой скоростью.

Вращающий момент двигателя М = сФI_я определяется током якоря и , следовательно, зависит от способа возбуждения.

Механическая мощность Р и вращающий момент М рассчитываются по следующим формулам:

;

;

;

Соотношение между угловой скоростью ω (рад/с) и скоростью вращения n (об/мин):

Различают двигатели независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения.

Двигатели рассчитаны на длительную работу при токах, превышающих номинальные.

Многие эксплуатационные особенности двигателей зависят от того, постоянен или изменяется поток возбуждения при работе.

Электродвигателям присущи также общие свойства и процессы:

- свойство саморегулирования;

- процессы пуска и реверса;

- регулирования скорости вращения.

Пусковые характеристики двигателя.

Пуском называют процесс разгона якоря двигателя от неподвижного состояния до установившегося значения скорости. На рис. 23 можно наблюдать процесс пуска двигателя независимого возбуждения. Двигатель нагружен статистическим моментом.

При нажатии на клавишу <0> замыкается ключ S и на якорь двигателя подается напряжение от источника постоянного тока ИР. Происходит разгон двигателя.

Скорость двигателя измеряется с помощью датчика скорости, которым является тахогенератор (ТГ). Напряжение тахогенератора подается на прибор, показывающий величину скорости в об/мин.

С помощью осциллографа можно наблюдать изменение скорости и тока якоря.

В установившемся режиме верхняя кривая – скорость, нижняя - ток.

Процесс можно наблюдать неоднократно, нажимая на клавишу <0>.

При размыкании ключа S происходит торможение двигателя под действием момента статического сопротивления.

Рис.23. Процесс пуска двигателя независимого возбуждения.

Пусковые качества электродвигателя характеризуют кратностью (к номинальному) пускового тока и пускового момента.

Если не принимать специальных мер, то пуск двигателя постоянного тока может сопровождаться недопустимо большим броском тока якоря и резким толчком момента на валу.

Для предотвращения этого на время пуска в цепь якоря включают сопротивление либо обеспечивают постепенное плавное повышение напряжения.

Двигатели постоянного тока имеют хорошие пусковые качества.

При относительно небольшом пусковом токе (2-2,5)I_ном они могут создавать достаточно большой пусковой момент (2,5-4)М_ном.

Это обеспечивает быстрый разгон приводимых ими механизмов.

Свойство саморегулирования.

Все электродвигатели обладают свойством автоматически создавать вращающий момент М, равный моменту статистического сопротивления на валу М_с в установившемся режиме работы, когда скорость вращения устанавливается неизменной.

Это следует из известного уравнения движения привода

;

Здесь J – момент инерции вращающихся масс (якоря двигателя и механизма, приводимого двигателем во вращение), кгм²;

М_с – момент сопротивления на валу двигателя, Нм;

t – время, сек.

Из приведенного уравнения следует, что

1. при М > M_c , т.е. имеет место увеличение скорости;

2. при М < M_c , т.е. имеет место уменьшение скорости;

3. при М = M_c , т.е. якорь двигателя вращается с постоянной скоростью.

Если момент сопротивления увеличится, то скорость двигателя начнет уменьшаться. С уменьшением скорости будет уменьшаться противо-ЭДС(Е) двигателя , пропорциональная скорости вращения якоря, а ток якоря I_я =(U_я-Е)/R_я и вращающий момент М= сФI_я будут возрастать.

Когда вращающий момент станет равен возросшему моменту сопротивления, уменьшение скорости прекратится и установится значение n₂ < n₁.

В установившемся режиме работы, когда якорь вращается с постоянной скоростью, вращающий момент двигателя равен моменту сопротивления на его валу (М = М_с).

Следовательно, ток якоря Iя = М/(сФ) зависит только от момента сопротивления на валу и магнитного потока возбуждения и не зависит от приложенного к якорю напряжения.

На рис.24 можно наблюдать за процессами, происходящими в двигателе при изменении момента сопротивления на валу.

Для изменения нагрузки следует нажимать клавиши <3> и <4>.

Рис. 24. Процессы, происходящие в двигателе при изменении момента сопротивления на валу.