1-48 / 21 ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
.doc
§ 11.3. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
В исполнительных двигателях постоянного тока обмотки якоря и главных полюсов питаются от двух независимых
Рис. 11.9. Схемы включения исполнительных двигателей постоянного тока при якорном (а)
и полюсном (б) управлении
источников тока. Одна из них (условно называемая обмоткой возбуждения) подключена постоянно к источнику с неизменным напряжением Uв, а на другую (обмотку управления) подают напряжение управления Uy только при необходимости вращения вала двигателя. В зависимости от того, на какую обмотку подают управляющий сигнал, различают два способа управления исполнительными двигателями (рис. 11.9): якорное и полюсное.
В некоторых случаях применяют исполнительные двигатели с постоянными магнитами, в которых управляющий сигнал подают на обмотку якоря.
Исполнительные двигатели работают в переходном режиме; для них характерны частые пуски, остановы и реверсы.
Двигатель с якорным управлением. В этом двигателе (рис. 11.9, а) напряжение управления Uy подают на обмотку якоря; обмотка главных полюсов присоединена к сети постоянного тока с неизменным напряжением UB. Следовательно, коэффициент сигнала α=Uy/UB. Для двигателей с постоянными магнитами α=Uy/UHOM.
Когда напряжение Uy = 0, ток в обмотке якоря Iу и вращающий момент двигателя Μ равны нулю, и, следовательно, самоход двигателя исключается. Изменяя напряжение Uy, можно регулировать частоту вращения двигателя. Магнитная цепь исполнительных двигателей выполняется ненасыщенной, поэтому при UB = const магнитный поток Ф = kфUв, где kф— постоянная, зависящая от параметров обмотки возбуждения (сопротивления и числа витков) и сопротивления магнитной цепи машины.
Ток якоря
(11.5)
где Е=сеФп = сеkфUвп — ЭДС, индуцированная в обмотке якоря; Ry = ΣRa—сопротивление якоря.
Следовательно, вращающий момент двигателя М= = смkфUв1у или, с учетом (11.5),
(11.6)
Причем за базовую единицу момент Мк, развиваемый двигателем при n = 0 и α = 1: Μκ = смkфU2B/ΣRa. Тогда относительное значение момента
(11.7)
Частота вращения при холостом ходе двигателя и α = 1
(11.8)
а относительная частота вращения
(11.9)
Таким образом, уравнение механической характеристики принимает вид
(11.10)
Из (11.10) следует, что механические характеристики двигателя при различных значениях α прямолинейны и параллельны (рис. 11.10, л). Решая (11.10) относительно ν, получаем уравнение регулировочной характеристики
(11.11)
Регулировочные характеристики при различных значениях т также прямолинейны и параллельны (рис. 11.10,б). Мощность управления
(11.12)
Приняв за базовую единицу мощность управления при коротком замыкании и α=1, т.е. Py.K=U2в/ΣRa, получим мощность управления в относительных единицах
(11.13)
Следовательно, мощность управления ру резко возрастает с увеличением коэффициента сигнала (рис. 11.11, а).
Мощность возбуждения PB=UBIB=U2в/RB при якорном управлении постоянна и не зависит от α и ν.
Механическая мощность исполнительного двигателя в относительных единицах представляет собой произведение относительной частоты вращения на относительный момент:
(11.14)
Максимальную механическую мощность рмехтах и соответствующую частоту вращения νκρ можно определить, положив dpMex/dv = 0. При этом получим
PмехтаХ = α2/4; νκρ = 0,5α = 0,5νο. (11.15)
На рис. 11.11,6 показаны зависимости PMex=f(v) при различных значениях коэффициента сигнала. Максимум механической мощности пропорционален α2, поэтому работа при малых α приводит к плохому использованию номинальной мощности двигателя. Следовательно, при якорном управлении управляющее устройство, подающее на двигатель
Рис. 11.10. Механические (а) и регулировочные (б) характеристики
двигателя с якорным управлением
сигнал управления Uy, должно иметь достаточно большую мощность.