Электродвигатели неизменного тока используют в тех электроприводах, где требуется большой спектр регулирования скорости, большая точность поддержания скорости вращения привода, регулирования скорости ввысь от номинальной.

Как устроены электродвигатели неизменного тока

Работа электронного мотора неизменного тока базирована на явлении электрической индукции. Из основ электротехники понятно, что на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила, определяемая по правилу левой руки:

F = BIL,

где I — ток, протекающий по проводнику, В — индукция магнитного поля; L — длина проводника.

При скрещении проводником магнитных силовых линий машины в нем наводится электродвижущая сила, которая по отношению к току в проводнике ориентирована против него, потому она именуется оборотной либо противодействующей (противо-э. д. с). Электронная мощность в движке преобразуется в механическую и отчасти тратится на нагревание проводника.

Конструктивно все электронные движки неизменного тока состоят из индуктора и якоря, разбитых воздушным зазором.

Индуктор электродвигателя неизменного тока служит для сотворения недвижного магнитного поля машины и состоит из станины, основных и дополнительных полюсов. Станина служит для крепления главных и дополнительных полюсов и является элементом магнитной цепи машины. На основных полюсах размещены обмотки возбуждения, созданные для сотворения магнитного поля машины, на дополнительных полюсах — особая обмотка, служащая для улучшения критерий коммутации.

Якорь электродвигателя неизменного тока состоит из магнитной системы, собранной из отдельных листов, рабочей обмотки, уложенной в пазы, и коллектора служащего для подвода к рабочей обмотке неизменноготока.

Коллектор представляет собой цилиндр, насаженный на вал мотора и избранный из изолированных друг от друга медных пластинок. На коллекторе имеются выступы-петушки, к которым припаяны концы секций обмотки якоря. Съем тока с коллектора осуществляется при помощи щеток, обеспечивающих скользящий контакт с коллектором. Щетки закреплены в щеткодержателях, которые задерживают их в определенном положении и обеспечивают нужное нажатие щетки на поверхность коллектора. Щетки и щеткодержатели закреплены на траверсе, связанной с корпусом электродвигателя.

Коммутация в электродвигателях неизменного тока

В процессе работы электродвигателя неизменного тока щетки, скользя по поверхности вращающегося коллектора, поочередно перебегают с одной коллекторной пластинки на другую. При всем этом происходит переключение параллельных секций обмотки якоря и изменение тока в их. Изменение тока происходит в то время, когда виток обмотки замкнут щеткой накоротко. Этот процесс переключения и явления, связанные с ним, именуются коммутацией.

В момент коммутации в короткозамкнутой секции обмотки под воздействием собственного магнитного поля наводится э. д. с. самоиндукции. Результирующая э. д. с. вызывает в короткозамкнутой секции дополнительный ток, который делает неравномерное рассредотачивание плотности тока на контактной поверхности щеток. Это событие считается основной предпосылкой искрения коллектора под щеткой. Качество коммутации оценивается по степени искрения под сбегающим краем щетки и определяется по шкале степеней искрения.

Методы возбуждения электродвигателей неизменного тока

Под возбуждением электронных машин понимают создание в их магнитного поля, нужного для работы электродвигателя. Схемы возбуждения электродвигателей неизменного тока показаны на рисунке.

Схемы возбуждения электродвигателей неизменного тока: а — независящее, б — параллельное, в — последовательное, г — смешанное

По методу возбуждения электронные движки неизменного тока делят на четыре группы:

1. С независящим возбуждением, у каких обмотка возбуждения НОВ питается от стороннего источника неизменного тока.

2. С параллельным возбуждением (шунтовые), у каких обмотка возбуждения ШОВ врубается параллельно источнику питания обмотки якоря.

3. С поочередным возбуждением (сериесные), у каких обмотка возбуждения СОВ включена поочередно с якорной обмоткой.

4. Движки со смешаным возбуждением (компаундные), у каких имеется поочередная СОВ и параллельная ШОВ обмотки возбуждения.

Запуск движков неизменного тока

В исходный момент запуска мотора якорь неподвижен и противо-э. д. с. инапряжение в якоре равна нулю, потому Iп = U / Rя.

Сопротивление цепи якоря невелико, потому пусковой ток превосходит в 10 — 20 раз и поболее номинальный. Это может вызвать значимые электродинамические усилия в обмотке якоря и лишний ее перегрев, потому запуск мотора создают при помощи пусковых реостатов — активных сопротивлений, включаемых в цепь якоря.

Движки мощностью до 1 кВт допускают прямой запуск.

Величина сопротивления пускового реостата выбирается по допустимому пусковому току мотора. Реостат делают ступенчатым для улучшения плавности запуска электродвигателя.

Сначала запуска вводится все сопротивление реостата. По мере ускорения якоря появляется противо-э. д. с, которая ограничивает пусковые токи. Равномерно выводя ступень за ступенью сопротивление реостата из цепи якоря, наращивают подводимое к якорю напряжение.

Регулирование частоты вращения электродвигателя неизменного тока

Частота вращения мотора неизменного тока:

где U — напряжение питающей сети; Iя — ток якоря; Rя — сопротивление цепн якоря; kc — коэффициент, характеризующий магнитную систему; Ф — магнитный поток электродвигателя.

Из формулы видно, что частоту вращения электродвигателя неизменного тока можно регулировать 3-мя способами: конфигурацией потока возбуждения электродвигателя, конфигурацией подводимого к электродвигателю напряжения и конфигурацией сопротивления в цепи якоря.

Более обширное применение получили 1-ые два метода регулирования, 3-ий метод используют изредка: он неэкономичен, скорость мотора при всем этом существенно находится в зависимости от колебаний нагрузки. Механические свойства, которые при всем этом получаются, показаны на рисунке.

Механические свойства электродвигателя неизменного тока при разных методах регулирования частоты вращения

Жирная ровная — это естественная зависимость скорости от момента на валу, либо, что то же, от тока якоря. Ровная естественной механической свойства несколько отклоняется от горизонтальном штриховой полосы. Это отклонение именуют непостоянностью, нежесткостью, время от времени статизмом. Группа непаралельных прямых I соответствует регулированию скорости возбуждением, параллельные прямые II получаются в итоге конфигурации напряжения якоря, в конце концов, веер III — это итог введения в цепь якоря активного сопротивления.

Величину тока возбуждения мотора неизменного тока можно регулировать при помощи реостата либо хоть какого устройства, активное сопротивление которого можно изменять по величине, к примеру транзистора. При увеличении сопротивления в цепи ток возбуждения миниатюризируется, частота вращения мотора возрастает. При ослаблении магнитного потока механические свойства размещаются выше естественной (т. е. выше свойства при отсутствии реостата). Увеличение частоты вращения мотора вызывает усиление искрения под щетками. Не считая того, при работе электродвигателя с ослабленным потоком миниатюризируется устойчивость его работы, в особенности при переменных нагрузках на валу. Потому пределы регулирования скорости таким методом не превосходят 1,25 — 1,3 от номинальной.

Регулирование конфигурацией напряжения просит источника неизменного тока, к примеру генератора либо преобразователя. Такое регулирование употребляют во всех промышленных системах электропривода: генератор — двигатель неизменного тока (Г — ДПТ), электромашинный усилитель — движок неизменного тока (ЭМУ — ДПТ), магнитный усилитель — движок неизменного тока (МУ — ДПТ), тиристорный преобразователь — движок неизменного тока (Т — ДПТ).

Торможение электродвигателей неизменного тока

В электроприводах с электродвигателями неизменного тока используют три метода торможения: динамическое, рекуперативное и торможение противовключением.

Динамическое торможение электродвигателя неизменного тока осуществляется методом замыкания обмотки якоря мотора накоротко либо через резистор. При всем этом электродвигатель неизменного тока начинает работать как генератор, преобразуя запасенную им механическую энергию в электронную. Эта энергия выделяется в виде тепла в сопротивлении, на которое замкнута обмотка якоря. Динамическое торможение обеспечивает четкий останов электродвигателя.

Рекуперативное торможение электродвигателя неизменного тока осуществляется в этом случае, когда включенный в сеть электродвигатель крутится исполнительным механизмом со скоростью, превосходящей скорость безупречного холостого хода. Тогда э. д. с, наведенная в обмотке мотора, превзойдет значение напряжения сети, ток в обмотке мотора изменяет направление на обратное. Электродвигатель перебегает на работу в генераторном режиме, отдавая энергию в сеть. Сразу на его валу появляется тормозной момент. Таковой режим может быть получен в приводах подъемных устройств при опускании груза, также при регулировании скорости мотора и во время тормозных процессов в электроприводах неизменного тока.

Рекуперативное торможение мотора неизменного тока является более экономным методом, потому что в данном случае происходит возврат в сеть электроэнергии. В электроприводе металлорежущих станков этот метод используют при регулировании скорости в системах Г — ДПТ и ЭМУ — ДПТ.

Торможение противовключением электродвигателя неизменного тока осуществляется методом конфигурации полярности напряжения и тока в обмотке якоря. При содействии тока якоря с магнитным полем обмотки возбуждения создается тормозной момент, который миниатюризируется по мере уменьшения частоты вращения электродвигателя. При уменьшении частоты вращения электродвигателя до нуля электродвигатель должен быть отключен от сети, по другому он начнет разворачиваться в оборотную сторону.