Пуск и реверсирование двигателя постоянного тока

И его основные уравнения

Принцип действия двигателя постоянного тока

Постоянное напряжение подается на обмотку возбуждения статора и, через коллектор, на обмотку якоря. Ток, протекающий по обмотке возбуждения, создает между полюсами статора постоянный магнитный поток

возбуждения Ф (рис. 6.4.).

Рис. 6.4. Распределение магнитного поля в ненагруженном двигателе.

При взаимодействии этого потока с током обмотки якоря возникают электромагнитные силы F_ЭМ (рис. 6.5.).

Рис. 6.5. Принцип действия двигателя (а) и схема замещения цепи якоря (б).

Коллектор ДПТ выполняет роль переключателя, обеспечивающего неизменность направления тока в проводах обмотки якоря, находящихся под полюсами статора. На рис 6.5 (а) показано направление действия электромагнитных сил, в случае если под северным полюсом ток направлен к нам, а под южным – от нас.

Совокупность электромагнитных сил создают вращающий момент М_ВР = М, значение которого определяется по выражению (6.1) и двигатель начинает вращаться.

М = С_М ФI_Я (6.1)

где С_М – коэффициент, зависящий от конструкции обмотки якоря и числа пар полюсов двигателя;

Ф – магнитный поток главных полюсов двигателя;

I_Я – ток якоря двигателя.

При вращении якоря в его обмотке в результате пересечения магнитных силовых линий наводится ЭДС Е, направленная противоположно питающему напряжению. Ее величина определятся как

Е = С_eФ n (6.2)

где С_e – коэффициент, зависящий от конструкции двигателя;

n – частота вращения якоря двигателя;

Применяя к схеме замещения цепи якоря (рис. 6.5.б) второй закон Кирхгофа, получаем

U = E + I_ЯR_Я (6.3)

Используя выражение (6.3), с учетом (6.2), определяют ток якоря.

(6.4)

где U – напряжение, подводимое к якорю электродвигателя;

R_Я – сопротивление обмотки якоря.

В момент пуска двигателя n = 0 и пусковой ток якоря

I_{П Я} = U/R_Я = (10 – 30) I_{Я НОМ}, где I_{Я НОМ} – ток якоря в номинальном режиме работы двигателя.

Для ограничения пускового тока последовательно с обмоткой якоря включают пусковой реостат РП (рис. 6.6), полное сопротивление R_П которого рассчитывают из условия I_{П ДОП} = U/(R_Я + R_П) < 2I_{Я НОМ}.

Рис. 6.6. Электрическая схема двигателя с параллельным возбуждением.

По мере разгона ротора сопротивление пускового реостата постепенно уменьшают до нуля (вручную или автоматически).

Все электродвигатели обладают свойством автоматически создавать вращающий момент М_ВР, равный моменту сопротивленияна валу М_С. Это свойство двигателей называется саморегулированием. Так при увеличении нагрузки работающего двигателя частота вращения ротора n уменьшается. Тогда в соответствии с выражением (6.4) ток якоря будет увеличиваться и, в соответствии с выражением (6.3) будет возрастать вращающий момент до тех пор, пока не установится М_ВР = М_С при частоте вращения якоря меньше первоначальной.

Изменение направление вращения двигателя – реверсирование можно осуществить, изменив направление тока в обмотке якоря или обмотке возбуждения, переключив концы соответствующих обмоток.