ДВС РОТОРНЫЙ EMDRIVE РАСКОКСОВКА HONDAВИДЫ
ГлавнаяДвигательКоллекторные двигатели универсальные

§ 29.10. Универсальные коллекторные двигатели. Коллекторные двигатели универсальные


принцип действия, характеристики и способы управления Однофазный двигатель

Имеет короткозамкнутый ротор и 1 фазу обмотки в статоре.

ОВ

~

Протекая по 1 фазе, переменный ток создает не вращающееся, а пульсирующее магнитное поле. Его можно разложить на два встречно вращающихся. В исходном состоянии (при неподвижном роторе) эти поля оказывают на него одинаковое воздействие, в результате чего ротор остается неподвижным. Если каким-либо образом привести ротор во вращение, то действие согласного вращающегося поля усилит движение, а противоположное – ослабеет. Поэтому ротор продолжит вращение в заданном направлении.

Пуск 1-фазного асинхронного двигателя осуществляется с помощью вспомогательной обмотки статора, подключенной к сети через вспомогательный конденсатор.

Пусковая обмотка подключается к сети только на время пуска. Емкость С подбирается так, чтобы токи в ПО и ВО были сдвинуты друг относительно друга на 90. Эти 2 обмотки создают первоначальный магнитный момент, который придает ротору первоначальное вращение. После разгона двигателя ПО отключается.

Недостатки:

  1. Большая величина требуемой мощности пускового конденсатора. (20-30 мКФ)

  2. Низкий КПД и cos.

  3. Плохие пусковые механические и рабочие характеристики

Достоинства: работа в 1-фазной сети.

Универсальные коллекторные двигатели

УКД – двигатель, способный работать от сети постоянного и переменного тога. Эти двигатели широко используются в устройствах автоматики и бытовых машинах (мощностью до 100 ВТ). Развивают высокий пусковой и вращающий момент. Могут выпускаться на очень высокие частоты вращения (до 30-40 000 об/мин).

Конструктивно и по принципу действия УКД представляют собой, фактически, двигатель постоянного тока с последующим возбуждением.

Если питать такой двигатель переменным напряжением, то, независимо от полупериода, вращающий момент будет всегда положителен.

П

~

I_

ри работе на переменном токе ток якоря и ток возбуждения будут меньше, чем соответствующие токи на постоянном токе. Это происходит, т.к. помимо активного сопротивления действует индуктивное. Поэтому в УКД обычно делают две обмотки возбуждения.

0

Основные характеристики УКД при работе на постоянном и переменном токе практически одинаковы, т.е. практически такие же, как и для двигателей с последовательным возбуждением.

Основной недостаток УКД: они являются источником сильных радиопомех за счет искрения в счеточно-коллекторном узле.

Для борьбы с помехами используют следующие способы:

  1. Экранирование.

    1. Корпус выполняется металлическим и заземляется.

    2. Достаточно часто на тот торец двигателя, где размещается коллектор, надевается дополнительный экранирующий колпак.

    3. Внутренние соединения в машине выполняют с помощью экранированного провода.

      1. Фильтрация: применение фильтров по питанию.

    1. Симметрирование ОВ

    16. Шаговые двигатели

    В современных САУ с цифровой реализацией очень широко используются шаговые двигатели. Причина – наилучшая совместимость с цифровой техникой (принтеры, дисководы и т.д.)

    Шаговый двигатель имеет статор и ротор. Параметры обмотки выбирают так, чтобы создаваемая электромагнитная сила тяги в 2 раза была больше постоянной силы магнита.

    Ротор выполняется из магнитомягкого материала. В исходном состоянии сердечник расположен как на рис. Ротор двигается против часовой стрелки. Увеличивая количество магнитов можно уменьшать угол поворота двигателя.

    Достоинства:

    + Отсутствие потребляемого тока в состоянии покоя.

    Недостатки:

    Частота подачи импульса – сотни кГц.

    Против часовой По часовой

    Ig

    Ig

    studfiles.net

    § 29.10. Универсальные коллекторные двигатели

    Универсальными называют коллекторные двигатели, которые могут работать как от сети постоянного, так и от сети однофазного переменного тока.

    Коллекторный двигатель постоянного тока в принципе может работать от сети переменного тока, так как при переходе от поло­жительного полупериода переменного напряжения к отрицатель­ному направление электромагнитного момента сохраняется неиз­менным. Объясняется это тем, что при переходе к отрицательному полупериоду почти одновременно с изменением направления тока в обмотке якоря меняется направление тока в обмотке возбужде­ния, т. е. меняется полярность полюсов.

    Рис. 29.16. К принципу работы универсального коллекторно­го двигателя

    Однофазные коллекторные двигатели имеют преимуществен­но последовательное возбуждение. Применение параллельного возбуждения (рис. 29.14,

    ) в данном случае ограничивается значительной индуктивностью параллельной обмотки возбуждения, имеющей большое число витков. Это создает значительный фазо­вый сдвиг между током якоря и током возбужденияна угол (рис. 29.14, б). Среднее значение электромагнитного момента в этом случае определяется выражением, аналогичным выражению (25.24), но учитывающим угол сдвига между током якоря и маг­нитным потоком:

    , (29.34)

    где — максимальное значение магнитного потока;

    — угол сдвига фаз между током якоря и током возбуждения; — уголсдвига фаз между током возбуждения и магнитным потоком, обу­словленный наличием магнитных потерь в машине [,а следовательно, ].

    В двигателе последовательного возбуждения (рис. 29.14, в) ток якоря и ток возбуждения совпадают по фазе:

    = 0 (рис. 29.14, г). Поэтому среднее значение электромагнитного вращаю­щего момента в двигателе последовательного возбуждения больше, чем в двигателе параллельного возбуждения:

    . (29.35)

    Электромагнитный момент двигателя последовательного воз­буждения при работе от сети переменного тока имеет постоянную составляющую (рис. 29.14, д) и переменную составляющую , изменяющуюся с частотой, равной удвоенной частоте сети (рис. 29.14, е). Результирующий момент этого двигателя является пульсирующим M~

    (рис. 29.14,ж): M~ =.Небольшие участки графика с отрицательным (тормозя­щим) моментом обусловлены фазовым сдвигом между векторамимагнитного потока и током(рис. 29.14,г). Пульсации мо­мента M~ практически не нарушают работу двигателя, включенно­го в сеть переменного тока, так как сглаживаются за счет момента инерции вращающегося якоря.

    По своей конструкции универсальные коллекторные двигате­ли отличаются от двигателей постоянного тока тем, что их станина и главные полюсы делаются шихтованными из листовой электро­технической стали. Это дает возможность сократить магнитные потери, которые при работе двигателя от сети переменного тока повышаются, так как переменный ток в обмотке возбуждения вы­зывает перемагничивание всей магнитной цепи, включая станину и сердечники полюсов.

    Основной недостаток однофазных коллекторных двигате­лей — тяжелые условия коммутации. Дело в том, что в коммути­рующих секциях помимо реактивной ЭДС и ЭДС внешнего поля (см. § 27.3) наводится трансформаторная ЭДС , действующее значение которой

    . (29.36)

    Эта ЭДС наводится переменным магнитным потоком возбуж­дения, сцепленным с коммутирующими секциями. Для уменьше­ния трансформаторной ЭДС необходимо уменьшить поток , ачтобы мощность двигателя при этом осталась прежней, следует увеличить число полюсов в двигателе.

    Применение в обмотке якоря двигателя одновитковых секций

    также способствует ограничению , но при этом увели­чивается количество пластин в коллекторе, а следовательно, воз­растают его размеры. Применение добавочных полюсов с обмот­кой, включенной последовательно в цепь якоря, позволяет добиться полной взаимной компенсации трансформаторной ЭДС только при определенных значениях тока якоря и частоты враще­ния. При других режимах работы двигателя условия коммутации остаются тяжелыми. Регулировка частоты вращения и реверсиро­вание однофазного коллекторного двигателя выполняются так же, как и в двигателях постоянного тока последовательного возбуждения.

    В универсальном коллекторном двигателе стремятся получить примерно одинаковые частоты вращения при номинальной на­грузке, как на постоянном, так и на переменном токе. Достигается это тем, что обмотку возбуждения двигателя выполняют с ответв­лениями: при работе двигателя от сети постоянного тока обмотка возбуждения используется полностью, а при работе от сети пере­менного тока — частично (рис. 29.15, ).

    Расхождения в характеристиках двигателя на постоянном и переменном токе объясняются тем, что при работе от сети пере­менного тока на величину и фазу тока оказывают влияние индук­тивные сопротивления обмоток якоря и возбуждения.

    Рис. 29.17. Схема соединений и рабочие характеристики универсального коллекторного двигателя

    Однако уменьшение числа витков обмотки возбуждения обеспечивает сближение характеристик лишь при нагрузке, близкой к номи­нальной. На рис. 29.15, б приведены рабочие характеристики уни­версального коллекторного двигателя типа УМТ-22 (55 Вт, 200 об/мин, 110/127 В). Потребляемый двигателем ток при работе от сети переменного тока больше, чем при работе этого же электро­двигателя от сети постоянного тока, так как переменный ток по­мимо активной имеет еще и реактивную составляющую. Коэффи­циент полезного действия универсальных двигателей при переменном токе ниже, чем при постоянном, что вызвано повы­шенными магнитными потерями. Области применения универ­сальных коллекторных двигателей достаточно широки: их приме­няют в автоматике, для привода различного электроинструмента, бытовых электроприборов и др.

    Контрольные вопросы

    1. Какие способы ограничения пускового тока применяются в двигателях постоянного тока?

    2. С какой целью при пуске двигателя параллельного возбуждения сопротивле­ние реостата в цепи возбуждения устанавливают минимальным?

    3. Сравните двигатели параллельного и последовательного возбуждения по их регулировочным свойствам.

    4. Какова разница в конструкции коллекторных двигателей постоянного и пе­ременного тока?

    studfiles.net

    Универсальные коллекторные двигатели

    ⇐ ПредыдущаяСтр 82 из 85Следующая ⇒

     

    Универсальными называют коллекторные двигатели, которые могут работать как от сети постоянного, так и от сети однофазного переменного тока.

    Коллекторный двигатель постоянного тока в принципе может работать от сети переменного тока, так как при переходе от поло­жительного полупериода переменного напряжения к отрицатель­ному направление электромагнитного момента сохраняется неиз­менным. Объясняется это тем, что при переходе к отрицательному полупериоду почти одновременно с изменением направления тока в обмотке якоря меняется направление тока в обмотке возбужде­ния, т. е. меняется полярность полюсов.

     

     

    Рис. 29.16. К принципу работы универсального коллекторно­го двигателя

     

    Однофазные коллекторные двигатели имеют преимуществен­но последовательное возбуждение. Применение параллельного возбуждения (рис. 29.14, ) в данном случае ограничивается значительной индуктивностью параллельной обмотки возбуждения, имеющей большое число витков. Это создает значительный фазо­вый сдвиг между током якоря и током возбуждения на угол (рис. 29.14, б). Среднее значение электромагнитного момента в этом случае определяется выражением, аналогичным выражению (25.24), но учитывающим угол сдвига между током якоря и маг­нитным потоком:

    , (29.34)

    где — максимальное значение магнитного потока; — угол сдвига фаз между током якоря и током возбуждения; — угол сдвига фаз между током возбуждения и магнитным потоком, обу­словленный наличием магнитных потерь в машине [ , а следовательно, ].

    В двигателе последовательного возбуждения (рис. 29.14, в) ток якоря и ток возбуждения совпадают по фазе: = 0 (рис. 29.14, г). Поэтому среднее значение электромагнитного вращаю­щего момента в двигателе последовательного возбуждения больше, чем в двигателе параллельного возбуждения:

    . (29.35)

    Электромагнитный момент двигателя последовательного воз­буждения при работе от сети переменного тока имеет постоянную составляющую (рис. 29.14, д) и переменную составляющую , изменяющуюся с частотой, равной удвоенной частоте сети (рис. 29.14, е). Результирующий момент этого двигателя является пульсирующим M~ (рис. 29.14, ж): M~ = . Небольшие участки графика с отрицательным (тормозя­щим) моментом обусловлены фазовым сдвигом между векторами магнитного потока и током (рис. 29.14, г). Пульсации мо­мента M~практически не нарушают работу двигателя, включенно­го в сеть переменного тока, так как сглаживаются за счет момента инерции вращающегося якоря.

    По своей конструкции универсальные коллекторные двигате­ли отличаются от двигателей постоянного тока тем, что их станина и главные полюсы делаются шихтованными из листовой электро­технической стали. Это дает возможность сократить магнитные потери, которые при работе двигателя от сети переменного тока повышаются, так как переменный ток в обмотке возбуждения вы­зывает перемагничивание всей магнитной цепи, включая станину и сердечники полюсов.

    Основной недостаток однофазных коллекторных двигате­лей — тяжелые условия коммутации. Дело в том, что в коммути­рующих секциях помимо реактивной ЭДС и ЭДС внешнего поля (см. § 27.3) наводится трансформаторная ЭДС ,действующее значение которой

    . (29.36)

    Эта ЭДС наводится переменным магнитным потоком возбуж­дения, сцепленным с коммутирующими секциями. Для уменьше­ния трансформаторной ЭДС необходимо уменьшить поток , а чтобы мощность двигателя при этом осталась прежней, следует увеличить число полюсов в двигателе.

    Применение в обмотке якоря двигателя одновитковых секций также способствует ограничению ,но при этом увели­чивается количество пластин в коллекторе, а следовательно, воз­растают его размеры. Применение добавочных полюсов с обмот­кой, включенной последовательно в цепь якоря, позволяет добиться полной взаимной компенсации трансформаторной ЭДС только при определенных значениях тока якоря и частоты враще­ния. При других режимах работы двигателя условия коммутации остаются тяжелыми. Регулировка частоты вращения и реверсиро­вание однофазного коллекторного двигателя выполняются так же, как и в двигателях постоянного тока последовательного возбуждения.

    В универсальном коллекторном двигателе стремятся получить примерно одинаковые частоты вращения при номинальной на­грузке, как на постоянном, так и на переменном токе. Достигается это тем, что обмотку возбуждения двигателя выполняют с ответв­лениями: при работе двигателя от сети постоянного тока обмотка возбуждения используется полностью, а при работе от сети пере­менного тока — частично (рис. 29.15, ).

    Расхождения в характеристиках двигателя на постоянном и переменном токе объясняются тем, что при работе от сети пере­менного тока на величину и фазу тока оказывают влияние индук­тивные сопротивления обмоток якоря и возбуждения.

     

    Рис. 29.17. Схема соединений и рабочие характеристики универсального коллекторного двигателя

     

    Однако уменьшение числа витков обмотки возбуждения обеспечивает сближение характеристик лишь при нагрузке, близкой к номи­нальной. На рис. 29.15, б приведены рабочие характеристики уни­версального коллекторного двигателя типа УМТ-22 (55 Вт, 200 об/мин, 110/127 В). Потребляемый двигателем ток при работе от сети переменного тока больше, чем при работе этого же электро­двигателя от сети постоянного тока, так как переменный ток по­мимо активной имеет еще и реактивную составляющую. Коэффи­циент полезного действия универсальных двигателей при переменном токе ниже, чем при постоянном, что вызвано повы­шенными магнитными потерями. Области применения универ­сальных коллекторных двигателей достаточно широки: их приме­няют в автоматике, для привода различного электроинструмента, бытовых электроприборов и др.

    Контрольные вопросы

    1. Какие способы ограничения пускового тока применяются в двигателях постоянного тока?

    2. С какой целью при пуске двигателя параллельного возбуждения сопротивле­ние реостата в цепи возбуждения устанавливают минимальным?

    3. Сравните двигатели параллельного и последовательного возбуждения по их регулировочным свойствам.

    4. Какова разница в конструкции коллекторных двигателей постоянного и пе­ременного тока?

     

     

    Глава 30

    Читайте также:

    lektsia.com

    § 29.10. Универсальные коллекторные двигатели

    Универсальными называют коллекторные двигатели, которые могут работать как от сети постоянного, так и от сети однофазного переменного тока.

    Коллекторный двигатель постоянного тока в принципе может работать от сети переменного тока, так как при переходе от поло­жительного полупериода переменного напряжения к отрицатель­ному направление электромагнитного момента сохраняется неиз­менным. Объясняется это тем, что при переходе к отрицательному полупериоду почти одновременно с изменением направления тока в обмотке якоря меняется направление тока в обмотке возбужде­ния, т. е. меняется полярность полюсов.

    Рис. 29.16. К принципу работы универсального коллекторно­го двигателя

    Однофазные коллекторные двигатели имеют преимуществен­но последовательное возбуждение. Применение параллельного возбуждения (рис. 29.14, ) в данном случае ограничивается значительной индуктивностью параллельной обмотки возбуждения, имеющей большое число витков. Это создает значительный фазо­вый сдвиг между током якоря и током возбужденияна угол (рис. 29.14, б). Среднее значение электромагнитного момента в этом случае определяется выражением, аналогичным выражению (25.24), но учитывающим угол сдвига между током якоря и маг­нитным потоком:

    , (29.34)

    где — максимальное значение магнитного потока; — угол сдвига фаз между током якоря и током возбуждения; — уголсдвига фаз между током возбуждения и магнитным потоком, обу­словленный наличием магнитных потерь в машине [,а следовательно, ].

    В двигателе последовательного возбуждения (рис. 29.14, в) ток якоря и ток возбуждения совпадают по фазе: = 0 (рис. 29.14, г). Поэтому среднее значение электромагнитного вращаю­щего момента в двигателе последовательного возбуждения больше, чем в двигателе параллельного возбуждения:

    . (29.35)

    Электромагнитный момент двигателя последовательного воз­буждения при работе от сети переменного тока имеет постоянную составляющую (рис. 29.14, д) и переменную составляющую , изменяющуюся с частотой, равной удвоенной частоте сети (рис. 29.14, е). Результирующий момент этого двигателя является пульсирующим M~ (рис. 29.14,ж): M~ =.Небольшие участки графика с отрицательным (тормозя­щим) моментом обусловлены фазовым сдвигом между векторамимагнитного потока и током(рис. 29.14,г). Пульсации мо­мента M~ практически не нарушают работу двигателя, включенно­го в сеть переменного тока, так как сглаживаются за счет момента инерции вращающегося якоря.

    По своей конструкции универсальные коллекторные двигате­ли отличаются от двигателей постоянного тока тем, что их станина и главные полюсы делаются шихтованными из листовой электро­технической стали. Это дает возможность сократить магнитные потери, которые при работе двигателя от сети переменного тока повышаются, так как переменный ток в обмотке возбуждения вы­зывает перемагничивание всей магнитной цепи, включая станину и сердечники полюсов.

    Основной недостаток однофазных коллекторных двигате­лей — тяжелые условия коммутации. Дело в том, что в коммути­рующих секциях помимо реактивной ЭДС и ЭДС внешнего поля (см. § 27.3) наводится трансформаторная ЭДС , действующее значение которой

    . (29.36)

    Эта ЭДС наводится переменным магнитным потоком возбуж­дения, сцепленным с коммутирующими секциями. Для уменьше­ния трансформаторной ЭДС необходимо уменьшить поток , ачтобы мощность двигателя при этом осталась прежней, следует увеличить число полюсов в двигателе.

    Применение в обмотке якоря двигателя одновитковых секций также способствует ограничению , но при этом увели­чивается количество пластин в коллекторе, а следовательно, воз­растают его размеры. Применение добавочных полюсов с обмот­кой, включенной последовательно в цепь якоря, позволяет добиться полной взаимной компенсации трансформаторной ЭДС только при определенных значениях тока якоря и частоты враще­ния. При других режимах работы двигателя условия коммутации остаются тяжелыми. Регулировка частоты вращения и реверсиро­вание однофазного коллекторного двигателя выполняются так же, как и в двигателях постоянного тока последовательного возбуждения.

    В универсальном коллекторном двигателе стремятся получить примерно одинаковые частоты вращения при номинальной на­грузке, как на постоянном, так и на переменном токе. Достигается это тем, что обмотку возбуждения двигателя выполняют с ответв­лениями: при работе двигателя от сети постоянного тока обмотка возбуждения используется полностью, а при работе от сети пере­менного тока — частично (рис. 29.15, ).

    Расхождения в характеристиках двигателя на постоянном и переменном токе объясняются тем, что при работе от сети пере­менного тока на величину и фазу тока оказывают влияние индук­тивные сопротивления обмоток якоря и возбуждения.

    Рис. 29.17. Схема соединений и рабочие характеристики универсального коллекторного двигателя

    Однако уменьшение числа витков обмотки возбуждения обеспечивает сближение характеристик лишь при нагрузке, близкой к номи­нальной. На рис. 29.15, б приведены рабочие характеристики уни­версального коллекторного двигателя типа УМТ-22 (55 Вт, 200 об/мин, 110/127 В). Потребляемый двигателем ток при работе от сети переменного тока больше, чем при работе этого же электро­двигателя от сети постоянного тока, так как переменный ток по­мимо активной имеет еще и реактивную составляющую. Коэффи­циент полезного действия универсальных двигателей при переменном токе ниже, чем при постоянном, что вызвано повы­шенными магнитными потерями. Области применения универ­сальных коллекторных двигателей достаточно широки: их приме­няют в автоматике, для привода различного электроинструмента, бытовых электроприборов и др.

    Контрольные вопросы

    1. Какие способы ограничения пускового тока применяются в двигателях постоянного тока?

    2. С какой целью при пуске двигателя параллельного возбуждения сопротивле­ние реостата в цепи возбуждения устанавливают минимальным?

    3. Сравните двигатели параллельного и последовательного возбуждения по их регулировочным свойствам.

    4. Какова разница в конструкции коллекторных двигателей постоянного и пе­ременного тока?

    studfiles.net

    Универсальный коллекторный двигатель - это... Что такое Универсальный коллекторный двигатель?

    Схема одного из вариантов УКД. Допускается работа и от постоянного, и от переменного тока

    Универсальный коллекторный двигатель (УКД) — разновидность коллекторной машины постоянного тока, которая может работать и на постоянном, и на переменном токе. Получил большое распространение в ручном электроинструменте и в некоторых видах бытовой техники из-за малых размеров, малого веса, лёгкости регулирования оборотов, относительно низкой цены.

    Особенности конструкции

    Строго говоря, универсальный коллекторный двигатель является коллекторным электродвигателем постоянного тока с последовательно включенными обмотками возбуждения (статора), оптимизированным для работы на переменном токе бытовой электрической сети. Такой тип двигателя независимо от полярности подаваемого напряжения вращается в одну сторону, так как за счёт последовательного соединения обмоток статора и ротора смена полюсов их магнитных полей происходит одновременно и результирующий момент остаётся направленным в одну сторону.

    Для возможности работы на переменном токе применяется статор из магнитно-мягкого материала, имеющего малый гистерезис (сопротивление перемагничиванию). Для уменьшения потерь на вихревые токи статор выполняют наборным из изолированных пластин.

    Особенностью (в большинстве случаев — достоинством) работы такого двигателя именно на переменном токе (а не на постоянном такого же напряжения) является то, что в режиме малых оборотов (пуск и перегрузка) индуктивное сопротивление обмоток статора ограничивает потребляемый ток и соответственно максимальный момент двигателя (оценочно) до 3—5 от номинального (против 5—10 при питании того же двигателя постоянным током). Для сближения механических характеристик у двигателей общего назначения может применяться секционирование обмоток статора — отдельные выводы (и меньшее число витков обмотки статора) для подключения переменного тока.

    Реверсирование УКД осуществляется переключением полярности включения обмоток только статора или только ротора.

    Достоинства и недостатки

    Сравнение приведено для случая подключения к бытовой однофазной электрической сети 220 вольт и одинаковой мощности двигателей. Разница в механических характеристиках двигателей («мягкость-жёсткость», максимальный момент) может быть как достоинством, так и недостатком в зависимости от требований к приводу.

    Достоинства в сравнении с коллекторным двигателем постоянного тока:

    Недостатки в сравнении с коллекторным двигателем постоянного тока:

    Достоинства в сравнении асинхронным двигателем:

    Недостатки в сравнении с асинхронным двигателем:

    Следует отметить, что в современных бытовых устройствах ресурс электродвигателя (щёточно-коллекторного узла) сопоставим с ресурсом рабочих органов и механических передач.

    Сравнение с асинхронным двигателем

    Двигатели (УКД и асинхронный) одной и той же мощности, независимо от номинальной частоты асинхронного двигателя, имеют разную механическую характеристику:

    Механическая характеристика в первую очередь и обуславливает (разные) области применения данных типов двигателей.

    Из-за малых оборотов, ограниченных частотой сети переменного тока, асинхронные двигатели той же мощности имеют значительно бо́льшие вес и размеры, чем УКД. Если асинхронный двигатель запитывается от преобразователя (инвертора) с высокой частотой, то вес и размеры обеих машин становятся соизмеримы. При этом остаётся жёсткость механической характеристики, добавляются потери на преобразование тока и, как следствие увеличения частоты, повышаются индуктивные и магнитные потери (снижается общий КПД).

    Аналоги без коллекторного узла

    Ближайшим аналогом УКД по механической харатеристике является бесколлекторный электродвигатель (вентильный электродвигатель, в котором электронным аналогом щёточно-коллекторного узла является инвертор с датчиком положения ротора (ДПР).

    Электронным аналогом универсального коллекторного двигателя является система: выпрямитель (мост), синхронный электродвигатель с датчиком углового положения ротора (датчик угла) и инвертором (другими словами — вентильный электродвигатель с выпрямителем).

    Однако из-за применения постоянных магнитов в роторе максимальный момент вентильного двигателя при тех же габаритах будет меньше.

    Применение

    Ручной электроинструмент:

    Бытовая техника:

    См. также

    Ссылки

    dik.academic.ru

    Универсальные коллекторные двигатели

    Поиск Лекций

    Машины постоянного тока серии 2П

    Общие сведения

     

     

    Серия 2П машин постоянного тока охватывает высоты осей вращения от 90 до 315 мм и диапазон мощностей от 0,37 до 200 кВт. Машины этой серии предназначены для работы в широкорегулируемых электроприводах. Машины с высотами оси вращения 90 — 200 мм соответствуют ТУ

    16-514.211-75, машины с высотами оси вращения 225-315 мм-ТУ 16-514.230-77.

    Электрические машины серии 2П заменяют машины серии П, а также специализированные машины серий ПС(Т), ПБС(Т), ПР.

    По сравнению с предшествующими сериями у машин серии 2П повышена перегрузочная способность, расширены диапазон регулирования частоты вращения, улучшены динамические свойства, уменьшены шум и вибрации, повышена мощность на единицу массы, увеличены надежность и ресурс работы.

    Условия эксплуатации машин серии 2П: высота над уровнем моря — до 1000 м, температура окружающего воздуха — от 5 до 40 °С, относительная влажность воздуха до 80 % при температуре 25 °С и при более низких температурах без конденсации влаги. Окружающая среда — невзрывоопасная, не содержащая токопроводящей пыли, агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию. Воздействие механических факторов внешней среды - по группе Ml ГОСТ 17516-72.

     

    Универсальные коллекторные двигатели

    Универсальными называют коллекторные двигатели, которые могут работать как от сети постоянного, так и от сети однофазного переменного тока.

    Коллекторный двигатель постоянного тока в принципе может работать от сети переменного тока, так как при переходе от поло­жительного полупериода переменного напряжения к отрицатель­ному направление электромагнитного момента сохраняется неиз­менным. Объясняется это тем, что при переходе к отрицательному полупериоду почти одновременно с изменением направления тока в обмотке якоря меняется направление тока в обмотке возбужде­ния, т. е. меняется полярность полюсов.

     

     

    Рис. 29.16. К принципу работы универсального коллекторно­го двигателя

     

    Однофазные коллекторные двигатели имеют преимуществен­но последовательное возбуждение. Применение параллельного возбуждения (рис. 29.14, ) в данном случае ограничивается значительной индуктивностью параллельной обмотки возбуждения, имеющей большое число витков. Это создает значительный фазо­вый сдвиг между током якоря и током возбуждения на угол (рис. 29.14, б). Среднее значение электромагнитного момента в этом случае определяется выражением, аналогичным выражению (25.24), но учитывающим угол сдвига между током якоря и маг­нитным потоком:

    , (29.34)

    где — максимальное значение магнитного потока; — угол сдвига фаз между током якоря и током возбуждения; — угол сдвига фаз между током возбуждения и магнитным потоком, обу­словленный наличием магнитных потерь в машине [ , а следовательно, ].

    В двигателе последовательного возбуждения (рис. 29.14, в) ток якоря и ток возбуждения совпадают по фазе: = 0 (рис. 29.14, г). Поэтому среднее значение электромагнитного вращаю­щего момента в двигателе последовательного возбуждения больше, чем в двигателе параллельного возбуждения:

    . (29.35)

    Электромагнитный момент двигателя последовательного воз­буждения при работе от сети переменного тока имеет постоянную составляющую (рис. 29.14, д) и переменную составляющую , изменяющуюся с частотой, равной удвоенной частоте сети (рис. 29.14, е). Результирующий момент этого двигателя является пульсирующим M~ (рис. 29.14, ж): M~ = . Небольшие участки графика с отрицательным (тормозя­щим) моментом обусловлены фазовым сдвигом между векторами магнитного потока и током (рис. 29.14, г). Пульсации мо­мента M~практически не нарушают работу двигателя, включенно­го в сеть переменного тока, так как сглаживаются за счет момента инерции вращающегося якоря.

    По своей конструкции универсальные коллекторные двигате­ли отличаются от двигателей постоянного тока тем, что их станина и главные полюсы делаются шихтованными из листовой электро­технической стали. Это дает возможность сократить магнитные потери, которые при работе двигателя от сети переменного тока повышаются, так как переменный ток в обмотке возбуждения вы­зывает перемагничивание всей магнитной цепи, включая станину и сердечники полюсов.

    Основной недостаток однофазных коллекторных двигате­лей — тяжелые условия коммутации. Дело в том, что в коммути­рующих секциях помимо реактивной ЭДС и ЭДС внешнего поля (см. § 27.3) наводится трансформаторная ЭДС ,действующее значение которой

    . (29.36)

    Эта ЭДС наводится переменным магнитным потоком возбуж­дения, сцепленным с коммутирующими секциями. Для уменьше­ния трансформаторной ЭДС необходимо уменьшить поток , а чтобы мощность двигателя при этом осталась прежней, следует увеличить число полюсов в двигателе.

    Применение в обмотке якоря двигателя одновитковых секций также способствует ограничению ,но при этом увели­чивается количество пластин в коллекторе, а следовательно, воз­растают его размеры. Применение добавочных полюсов с обмот­кой, включенной последовательно в цепь якоря, позволяет добиться полной взаимной компенсации трансформаторной ЭДС только при определенных значениях тока якоря и частоты враще­ния. При других режимах работы двигателя условия коммутации остаются тяжелыми. Регулировка частоты вращения и реверсиро­вание однофазного коллекторного двигателя выполняются так же, как и в двигателях постоянного тока последовательного возбуждения.

    В универсальном коллекторном двигателе стремятся получить примерно одинаковые частоты вращения при номинальной на­грузке, как на постоянном, так и на переменном токе. Достигается это тем, что обмотку возбуждения двигателя выполняют с ответв­лениями: при работе двигателя от сети постоянного тока обмотка возбуждения используется полностью, а при работе от сети пере­менного тока — частично (рис. 29.15, ).

    Расхождения в характеристиках двигателя на постоянном и переменном токе объясняются тем, что при работе от сети пере­менного тока на величину и фазу тока оказывают влияние индук­тивные сопротивления обмоток якоря и возбуждения.

     

    Рис. 29.17. Схема соединений и рабочие характеристики универсального коллекторного двигателя

     

    Однако уменьшение числа витков обмотки возбуждения обеспечивает сближение характеристик лишь при нагрузке, близкой к номи­нальной. На рис. 29.15, б приведены рабочие характеристики уни­версального коллекторного двигателя типа УМТ-22 (55 Вт, 200 об/мин, 110/127 В). Потребляемый двигателем ток при работе от сети переменного тока больше, чем при работе этого же электро­двигателя от сети постоянного тока, так как переменный ток по­мимо активной имеет еще и реактивную составляющую. Коэффи­циент полезного действия универсальных двигателей при переменном токе ниже, чем при постоянном, что вызвано повы­шенными магнитными потерями. Области применения универ­сальных коллекторных двигателей достаточно широки: их приме­няют в автоматике, для привода различного электроинструмента, бытовых электроприборов и др.

     

    4. Электромашинный усилитель

    Электромашинный усилитель (ЭМУ) представля­ет собой электрическую машину, работающую в гене­раторном режиме и предназначенную для усиления электрических сигналов. Электромашинные усилители применяются в системах автоматики. Простейший ЭМУ — это генератор постоянного тока независимого возбуждения (см. рис. 28.2, а). Так как напряжение на выходе генератора зависит от тока возбуждения (см. рис. 28.2, б), то, изменяя ток возбуждения, можно управлять напряжением на выходе генератора. Следо­вательно, сравнительно небольшой мощностью в цепи обмотки возбуждения можно управлять значительной мощностью в цепи якоря.

    Электромашинные усилители, выполненные по принципу генератора независимого возбуждения, не нашли широкого применения, так как они не могут обеспечить достаточно большого коэффициента усиления по мощности (не более 80—100), представ­ляющего собой отношение мощности на выходе уси­лителя к мощности на входе обмотки управления.

    Наибольшее распространение в автоматике полу­чили электромашинные усилители поперечного поля. В отличие от обычного генератора постоянного тока в этом ЭМУ основным рабочим потоком является маг­нитный поток, создаваемый током обмотки якоря, — поперечный поток реакции якоря (см. рис. 26.4, б).

    На коллекторе ЭМУ установлено два комплекта щеток: один комплект — (рис. 30.1, а)— распо­ложен по поперечной оси главных полюсов, т. е. на геометрической нейтрали, а другой — по продольной оси главных, полюсов. Щетки замкнуты накоротко, а к щеткам подключена рабочая цепь ЭМУ.

    Помимо обмотки якоря усилитель имеет одну или несколько обмоток управления ,компен­сационную обмотку (ОК), поперечную подмагничивающую обмотку (ОП) и обмотку добавочных по­люсов (ОД). Якорь усилителя приводится во вращение электродвигателем.

    Если к одной из обмоток управления подвести напряжение , то в этой обмотке появится ток управления , который создает МДС обмотки управления . Эта МДС, в свою очередь, создает магнитный поток , который наведет в обмотке якоря в цепи щеток ЭДС . Электродвижущая сила невелика, но так как щетки замкнуты накоротко, то ЭДС вызовет зна­чительный ток . Ток в обмотке якоря создаст МДС и маг­нитный поток , который на­правлен по поперечной оси главных полюсов, т. е. по гео­метрической нейтрали, и непод­вижен в пространстве. В обмот­ке якоря, вращающейся в не­подвижном потоке ,наводит­ся ЭДС ,снимаемая с про­дольных щеток .

    Если к выходным зажимам ЭМУ подключить нагрузку ,то ЭДС создаст в цепи щеток рабочий ток .

    Таким образом, небольшая мощность обмотки управления проходит две ступени усиления: сначала эта мощность усилива­ется на ступени «цепь управле­ния — поперечная цепь», а затем на ступени «поперечная цепь — продольная (рабочая) цепь».

    Усиление мощности на ка­ждой ступени характеризуется коэффициентом усиления, ко­торый на ступени «цепь управ­ления — поперечная цепь» оп­ределяется отношением мощ­ности в поперечной цепи к мощности управления :

    . (30.1)

    Коэффициент усиления на ступени «поперечная цепь — про­дольная (рабочая) цепь» определяется отношением мощностей в этих цепях:

    , (30.2)

     

    где — мощность в рабочей цепи усилителя, т. е. в цепи щеток .

     

     

    Рис. 30.1 ЭМУ поперечного поля:

    — принципиальная схема;

    — внешние характеристики

     

    Общий коэффициент усиления ЭМУ равен произведению частных коэффициентов усиления:

    . (30.3)

     

    Коэффициент усиления электромашинных усилителей может достигать 2000—20 000.

    Следует помнить, что мощность на выходе ЭМУ представляет собой преобразованную механическую мощность приводного электродвигателя. Значение этой мощности, которое может дости­гать более 20 кВт, управляется небольшой мощностью управления (обычно 0,1—1,0 Вт).

    Обмотка добавочных полюсов (ОД) служит для улучшения коммутации на продольных щетках . Поперечная подмагничивающая обмотка (ОП) усиливает магнитный поток по попереч­ной оси, что позволяет уменьшить ток в цепи щеток ,следо­вательно, улучшить коммутацию на этих щетках (в ЭМУ малой мощности эта обмотка отсутствует).

    Компенсационная обмотка (ОК), наличие которой в ЭМУ обя­зательно, устраняет размагничивающее влияние реакции якоря по продольной оси. Дело в том, что ток рабочей цепи ЭМУ (ток на­грузки) создает МДС по продольной оси ,направленную на­встречу МДС обмотки управления . Эта МДС намного меньше МДС ,поэтому даже при небольшой нагрузке усилителя размаг­ничивающее влияние реакции якоря по продольной оси настолько велико, что усилитель размагничивается и напряжение на его вы­водах падает до нуля. Для устранения этого явления на статоре ЭМУ располагают компенсационную обмотку, включен­ную последовательно в рабочую цепь якоря. С появлением тока в рабочей цепи возникает МДС компенсационной обмотки ,на­правленная по продольной оси встречно МДС реакции якоря . Этим устраняется (компенсируется) размагничивающее влияние реакции якоря по продольной оси. Для полной компенсации необ­ходимо, чтобы МДС и были равны, так как недокомпенсация или перекомпенсация оказывает значительное влияние на магнитный поток , а следовательно, и на свойства ЭМУ. Однако рассчитать компенсационную обмотку с требуемой точностью практически невозможно, что ведет к необходимости опытной настройки требуемого значения МДС посредством реостата ,шунтирующего компенсационную обмотку.

    Электромашинные усилители поперечного поля выпол­няют двухполюсными, при этом каждый из главных полюсов расщепляют на две части 1, между которыми располагают до­бавочные полюса 2 (рис. 30.2). Обмотки управления 4 выпол­няют сосредоточенными в виде полюсных катушек, надетых на главные полюса, что же касается компенсационной обмот­ки 3, то ее делают распределенной, используя для этого пазы в полюсных наконечниках главных полюсов. Этим достигает­ся компенсация продольной реакции якоря по всему перимет­ру статора.

     

     

     

    Рис. 30.2. Расположение обмоток ЭМУ на статоре

     

     

    При мощности до нескольких киловатт ЭМУ выполняют в общем корпусе с приводным двигателем постоянного или переменного тока. При значительной мощности ЭМУ и двигатель вы­полняют раздельно и монтируют на общей раме.

    Рабочие свойства ЭМУ в значительной степени определяются его внешней характеристикой при и . Напряжение на выходе усилителя

    , (30-4)

    где сумма электрических сопротивлений в продольной цепи якоря, Ом, включающая в себя сопротивления обмотки якоря ,добавочных полюсов , компен­сационной обмотки и щеточно­го контакта .

    Ввиду того, что магнитная цепь усилителя не насыщена, на­пряжение является линейной функцией тока нагрузки , т. е. внешняя характеристика ЭМУ представляет собой практически прямую линию (рис. 30.1, б).

    Угол наклона внешней харак­теристики к оси абсцисс (жест­кость характеристики) зависит от степени компенсации реакции якоря. При полной компенсации МДС компенсационной обмотки равна МДС реакции якоря по продольной оси . В этом случае внешняя характеристика получается достаточно жест­кой (кривая 3), так как уменьшение напряжения при увеличе­нии тока нагрузки происходит лишь за счет увеличения падения напряжения в цепи якоря по продольной оси .

    При недокомпенсации внешняя характеристика получается менее жесткой (кривая 4). Объясняется это тем, что при недокомпенсации МДС ,возрастая с увеличением тока ,значительно ослабляет магнитный поток обмотки управления , что ведет к заметному уменьшению напряжения на выходе ЭМУ.

    Если в усилителе настроить небольшую перекомпен­сацию так, чтобы МДС полностью скомпенсировала не только реакцию якоря по продольной оси, но и падение на­пряжения , то внешняя характеристика усилителя становит­ся абсолютно жесткой и располагается параллельно оси абсцисс (кривая 2). В этом случае напряжение на выходе ЭМУ остается неизменным во всем диапазоне изменения нагрузки.

    При значительной перекомпенсации внешняя ха­рактеристика (кривая 1) приобретает восходящий характер, так как МДС не только компенсирует , но и создает дополни­тельный продольный поток, который, накладываясь на магнитный поток управления , вызывает увеличение ЭДС . Работа усили­теля с перекомпенсацией становится неустойчивой, так как возникает опасность произвольного самовозбуждения ЭМУ, при кото­ром увеличение напряжения на выходе усилителя вызывает рост тока нагрузки, что ведет к дальнейшему увеличению напряжения, т. е. происходит неограниченное увеличение тока нагрузки. Обыч­но в усилителе настраивают небольшую недокомпенсацию, при которой увеличение напряжения при уменьшении тока от номинального до нуля составляло бы 12—20%.

     

    poisk-ru.ru

    Смотрите также