3. Пуск магнітоелектричного двигуна

1.4.1. Аналіз рівняння рівноваги напруг, наведеного в (1), показує, що в момент вмикання двигуна, коли , прикладена до двигуна напруга U врівноважується лише спадами напруг за виразом

.

Досвід показує, що визначальним у рівнянні є спад напруги на активному опорі якоря . Він є невеликим, тому пусковий струм може сягати десятикратної, а то й більшої величини. Чим більший за потужністю двигун, тим більша кратність пускового струму. У зв’язку зі сказаним вдаються до таких способів зменшення кратності пускових струмів:

• пуск при введеному в коло якоря додатковому опорі (рис. 6, а);

• пуск за пониженої напруги живлення на затискачах двигуна (рис. 6, б).

а)	б )

Рис. 6. Способи пуску двигуна постійного струму:

а – введенням додаткового опору rд в коло якоря; б – за пониженої напруги

Належить відзначити, що мікро-МДПС, враховуючи їх незначні махові маси і, відповідно, незначний час розгону, допускають прямий пуск без обмеження пускового струму, очевидно, у випадку, якщо гальмівний момент на валу незначний і система живлення допускає такі короткочасні струмові перевантаження.

4. Робочі характеристики магнітоелектричного двигуна

1.5.1. Визначальними з точки зору техніко-економічних та експлуатаційних показників є такі залежності (ГОСТ 27471-81):

за ,

де - споживана потужність;

- струм двигуна;

- потужність на валу двигуна;

- момент на валу двигуна;

- колова частота обертання.

На рис. 7. наведено робочі характеристики МДПС.

а)

б)

Рис. 7. Робочі характеристики МДПС: а - ; б -

- струм неробочого ходу; - потужність, яка споживається при неробочому ході ( ).

5. Імпульсне регулювання частоти обертання магнітоелектричного двигуна

1.6.1. Розглянений вище спосіб керування МДПС зміною напруги на затискачах якоря називається аналоговим, або неперервним на відміну від імпульсного керування, яке розглядається нижче.

1.6.2. Ідея імпульсного регулювання частоти обертання двигуна полягає в подачі на його затискачі однополярних імпульсів певної частоти та ширини. Найпростіша схема, яка реалізує задум, наведена на рис. 8.

Сукупність імпульсного модулятора та транзисторного ключа VT1 називають імпульсним перетворювачем.

Рис. 8. Функціональна схема вмикання МДПС при імпульсному регулюванні:

- струм якоря; - імпульсний струм в колі живлення; ІП – імпульсний перетворювач

За час , коли транзистор відкритий, на якір двигуна подається повна напруга живлення (рис. 9, а) і його струм збільшується (рис. 9, б). Після того, як транзистор закрився, імпульсний струм кола живлення обривається, проте струм якоря , спадаючи, продовжує протікати по колу: обмотка якоря – діод за рахунок електромагнітної енергії нагромадженої в індуктивності обмотки якоря .

а)

б)

Рис. 9. Графіки зміни напруги на двигуні (а)

та струмів (б) у колі живлення та у колі якоря - .

- тривалість імпульсу; - тривалість циклу; - середнє значення

імпульсного струму в колі живлення; - середнє значення струму в якорі.

При частоті імпульсів Гц, як правило, період циклу імпульсів на порядок вищий, ніж електромагнітна стала часу обмотки якоря , тому струм в якорі за час не встигає надто вирости, а за час ( ) – сильно впасти. Як наслідок, по обмотці якоря протікає певний середній струм з мінімальними пульсаціями .

Якщо параметри схеми (це може бути ще й додаткова індуктивність в колі якоря (рис. 10) і частота імпульсів вибрані так, що пульсації струму в якорі складають %, то робота двигуна практично не відрізняється від роботи при постійній напрузі.

Рис. 10. Модифікована схема вмикання МДПС.

Оскільки середній струм в колі живлення суттєво менший ніж середній струм якоря , то енергетично імпульсний режим є вигідним. В режимі перемикання транзистора його електричні втрати і нагрів є мінімальні.

1.6.3. Механічні характеристики МДПС при імпульсному регулюванні, якщо не брати до уваги специфіку роботи при малих навантаженнях, співпадають з механічними характеристиками МДПС при неперервному регулюванні (див. рис. 4).

Позначимо - коефіцієнт регулювання напруги, що є відносною тривалістю вмикання ключа , його інакше називають коефіцієнтом шпаруватості. Тоді , що, доречі, відповідає постійній складовій при розкладі функції імпульсної напруги у ряд Фур’є.

При цьому вираз механічної характеристики цілком співпадає з виразом (5), а саме:

. (6)

При незначних навантаженнях (М_с → 0) частота обертання не залежить від тривалості імпульсу . Справді, при ідеальному неробочому ході, коли гальмівний момент і струм , розігнаний до частоти обертання неробочого ходу двигун продовжуватиме за інерцією підтримувати частоту незалежно від доти, поки зовнішні сили не виведуть його з цього стану.

Реально ( ) частота обертання відрізняється від і лежить в діапазоні (рис. 11). Критична частота обертання визначатися за формулою:

,

де ;

- електромагнітна стала кола обмотки якоря;

- опір діода в провідному напрямку.

Таку роботу називають режимом переривчастих струмів (рис. 11). Режим переривчастих струмів звичайно проявляється при частотах .

Рис. 11. Часова діаграма напруг и та струмів іа

при імпульсному керуванні в режимі переривчастих струмів.

Механічні характеристики МДПС при імпульсному регулюванні наведено на рис. 12; тут режим переривчастих струмів зображено штриховою лінією, а режим неперервних струмів – суцільною.

Рис. 12. Механічні характеристики МДПС

при імпульсному регулюванні з врахуванням режиму переривчастих струмів

1.6.4. Способи імпульсного регулювання частотою МДПС. Все залежить від того, яким чином отримують середню напругу , яка подається на двигун:

• якщо напруга регулюється шляхом зміни тривалості періоду циклу між імпульсами, що подаються на електронний ключ, за постійної тривалості імпульсу , то таке регулювання називають частотно-імпульсним.

• якщо напруга регулюється зміною за постійної тривалості пероду циклу , то таке регулювання називають широтно-імпульсним.