1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Характеристика двигатели постоянного тока для станков

Характеристика двигатели постоянного тока для станков

Двигатели постоянного тока типа Д808Б предназначены для комплектации буровых станков и других механизмов с особо тяжелыми условиями работы.

Структура условного обозначения

Д808Б ХХХ1:
Д — двигатель;
808 — условный габарит двигателя;
Б — для буровых установок;
ХХХ1 — климатическое исполнение У, УХЛ, Т и категория
размещения по ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543.1-89.

Номинальные значения климатических факторов по ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543.1-89.
Окружающая среда невзрывоопасная, без агрессивных паров и газов;
концентрация пыли в окружающей среде до 20 мг/м 3 .
Группа механического исполнения М18 по ГОСТ 17516.1-90.
Исполнение по способу монтажа IМ4013 и IМ9704 по ГОСТ 2479-79.
Наклон относительно поперечной оси для двигателей исполнения IМ9704 до 15° продолжительно и до 30° кратковременно в течение не более 30 мин.
Наклон относительно вертикали для двигателей исполнения IМ4013 до 30° длительно.
Условия эксплуатации в части коррозийной активности атмосферы для двигателей климатического исполнения Т по группе Ж5 ГОСТ 15150-69.
Возможность работы двигателей в условиях, отличающихся от указанных, их технические характеристики и правила эксплуатации согласовываются заказчиком или потребителем с предприятием-держателем подлинников технической документации на двигатель.
Условия транспортирования двигателей в части воздействия механических факторов по группе С для внутригосударственных и экспортных поставок в районы с умеренным климатом и Ж — в районы с холодным климатом; в части воздействия климатических факторов по группе условий хранения 8(Ж3) для внутригосударственных и экспортных поставок в районы с умеренным климатом, 5(ОЖ4) для внутригосударственных поставок в районы с холодным климатом и 6(ОЖ2) для экспортных поставок в районы с тропическим климатом.
Условия хранения двигателей по группе 2(С) для внутригосударственных и экспортных поставок в районы с умеренным и холодным климатом и 3(Ж3) для экспортных поставок в районы с тропическим климатом.
Требование техники безопасности по ГОСТ 12.2.007.0-75 и ГОСТ 12.2.007.1-75.
Двигатели отвечают требованиям ГОСТ 183-74 и ТУ 16-94 ИРФШ.527512.016 ТУ.
Двигатели, выпускаемые на экспорт, дополнительно отвечают требованиям ГОСТ 15963-79 и РД 16.01.007-88.

ТУ 16-94 ИРФШ.527512.016 ТУ,ГОСТ 15963-79, РД 16.01.007-88

Номинальная мощность, кВт — 90 Номинальный ток якоря, А, при напряжении: 220 В — 454 440 В — 230 Частота вращения, мин -1 : номинальная — 1500 максимальная рабочая при напряжении: 220 В — 2300 440 В — 3000 КПД, % — 91 Номинальный вращающий момент, Н·м — 570 Ммаксном — 2,4 Момент инерции кг·м 2 , при напряжении: 220 В — 2,1 440 В — 2,0 Способ возбуждения — Независимый Напряжение возбуждения, В — 220 Номинальный ток обмотки возбуждения, А — 5,2 Количество вентилирующего воздуха при способах охлаждения 1С06 и 1С17, м 3 /мин — 15 Статический напор на выходе в коллекторную камеру, Па — 150
Режим работы продолжительный (S1) по ГОСТ 183-74.
Степень защиты двигателей IР23, коробки выводов IР56, подшипниковых узлов IР44 по ГОСТ 17494-87.
Способы охлаждения 1С01, 1С06 и 1С17 по ГОСТ 20459-87. Охлаждение по способу 1С06 и 1С17 осуществляет изготовитель буровых станков и других механизмов.
Изоляция класса нагревостойкости Н для якоря и Н или F для катушек главных и добавочных полюсов по ГОСТ Р 50324-92.
Направление вращения любое.
Биение конца вала двигателя не превышает 0,06 мм; коллектора в нагретом состоянии — 0,05 мм.
Класс вибрации двигателей 4,5 по ГОСТ 16921-83, уровень шума не превышает 89 дБА.
Степень искрения двигателя в номинальном режиме работы не превышает 1 1/2 по ГОСТ 183-74.
Двигатель по коммутации при номинальном напряжении в течение 60 с выдерживает ток, превышающий в 2,4 раза номинальный.
Допускаемое отклонение сопротивления обмоток якоря и добавочных полюсов не превышает ±6%, независимой обмотки — ±7% номинального значения.
Допустимое отклонение частоты вращения двигателей не превышает ±5% номинального значения.
Разность между частотами вращения в одну и другую сторону при номинальном возбуждении и токе, соответствующем номинальной мощности, не превышает 2,5% среднего арифметического обеих частот вращения.
Двигатели допускают регулирование частоты вращения в диапазоне от 1500 до 2300 мин -1 путем уменьшения тока в независимой обмотке. Максимальный вращающий момент, развиваемый двигателем при частоте вращения 2300 мин -1 , составляет не менее 400 Н·м.
Двигатели с номинальным напряжением 220 В обеспечивают регулирование частоты вращения в диапазоне от 1500 до 2300 мин -1 путем повышения напряжения. В этом случае максимальный вращающий момент, развиваемый двигателем при частоте вращения 2300 мин -1 , составляет не менее 600 Н·м.
Допускается регулирование частоты вращения одновременно обоими указанными выше способами. Продолжительность работ в этих режимах определяется исходя из номинальной тепломощности.
Двигатели со способом охлаждения 1С01 допускают работу в режиме S1 с частотой вращения ниже номинальной. При этом мощность двигателя должна согласовываться с заводом-держателем подлинников конструкторской документации.
В режиме холостого хода в течение 2 мин двигатели выдерживают частоту вращения на 15% выше максимальной рабочей.
Превышение температуры над температурой окружающего воздуха должно быть не более 160°С для обмотки якоря, 155°С при классе нагревостойкости F и 180°С при классе нагревостойкости Н для катушек главных и добавочных полюсов, 130°С для коллектора и 95°С для подшипников.
Обмотки независимого возбуждения допускают работу в продолжительном режиме при стоянках двигателя с отключенной вентиляцией. При этом допустимо превышение их температуры до 200°С.
Сопротивление изоляции относительно корпуса и между обмотками составляет не менее:
10 МОм — в холодном состоянии;
5 МОм — в нагретом состоянии при верхнем значении рабочей температуры;
1 МОм — в конце циклов испытаний на влагоустойчивость.
Изоляция обмоток между смежными витками якоря выдерживает в течение 3 мин испытательное напряжение, превышающее номинальное на 100% для двигателей на 220 В и на 50% для двигателей на 440 В.
Изоляция обмоток относительно корпуса и между собой в течение 1 мин выдерживает испытательное напряжение переменного тока частотой 50 Гц:
2000 В — в номинальных климатических условиях;
1000 В — после испытаний на влагостойкость.
Установленная безотказная наработка — 4000 ч.
Средний срок службы — 6 лет.
Гарантийный срок — 2 года со дня ввода в эксплуатацию, но не более 2,5 лет со дня получения его потребителем (для внутригосударственных поставок); 1 год со дня ввода в эксплуатацию, но не более 2 лет со дня проследования их через государственную границу.

Конструкция и принцип действия

Исполнение по способу монтажа IМ4013 и IМ9704 по ГОСТ 2479-79.
Станина двигателя неразъемная, цилиндрическая, сварная из стали. К станине прикреплены главные и добавочные полюса с катушками. Катушки плотно зажаты сердечниками полюсов и станиной при помощи пружинных фланцев.
Якорь состоит из сердечника, собранного из листов электротехнической стали, коллектора и обмоток, состоящих из отдельных катушек, подсоединенных к пластинам коллектора.
Коллектор собирается из отдельных пластин, изготовленных из коллекторной меди. Пластины коллектора изолированы друг от друга изолирующими прокладками.
Якорь вращается в роликовых подшипниках, установленных в подшипниковых щитах. На подшипниковом щите со стороны коллектора укреплен щеточный механизм, состоящий из суппорта, щеткодержателей и щеток. Правильная установка суппорта на щите определяется положением риски. Для осмотра коллектора в станине двигателя имеются два люка, закрывающиеся крышками с уплотнительными прокладками из резины.

Габаритные, установочные и присоединительные размеры
электродвигателей типа Д808 Б исполнения IM4013, вариант I:
I, II и С — отверстия для входа, выхода воздуха и смазочного
материала соответственно;
З — болт заземления. Масса 840 кг
Двигатели исполнения IМ4013 имеют два конструктивных варианта.
Габаритные, установочные и присоединительные размеры двигателя приведены на рис. 1-3.

Габаритные, установочные и присоединительные размеры
электродвигателей типа Д808 Б исполнения IM4013, вариант II:
I, II и С — отверстия для входа, выхода оздуха и смазочного
материала соответственно. Масса 835 кг

Читать еще:  Что такое динамика двигателя автомобиля

Габаритные, установочные, присоединительные размеры
электродвигателей типа Д808 Б исполнения IM9704:
I, II и С — отверстия для входа, выхода воздуха и
смазочного материала соответственно. Масса 890 кг ¦

В комплект поставки входят: двигатель, одиночный комплект запасных частей (щеток 8 шт.), паспорт, техническое описание и инструкция по эксплуатации в 1 экз. на партию двигателей, оформленных одним заказом, если иное не оговорено в заказе.

Электроприводы станков с ЧПУ

Современные многофункциональные станки и промышленные роботы оснащены многодвигательными электроприводами, осуществляющие перемещение исполнительных органов по нескольким координатным осям (рис. 1).

Управление работой станка с ЧПУ выполняется с использованием типовых систем, вырабатывающих команды в соответствии с заданной в цифровой форме программой. Создание высокопроизводительных микроконтроллеров и однокристальных микроЭВМ, составляющих программируемое ядро ЧПУ дало возможность с их помощью автоматически выполнять множество геометрических и технологических операций, а также осуществлять прямое цифровое управление системой электроприводов и электроавтоматикой.

Рис. 1. Система приводов фрезерного станка с ЧПУ

Разновидности электроприводов станков с ЧПУ и требования к ним

Процесс металлообработки резанием осуществляется посредством взаимного перемещения обрабатываемой заготовки и лезвии режущего инструмента. Электроприводы являются частью станочного оборудования, которое предназначено для осуществления и регулирования процессов металлообработки посредством системы ЧПУ.

При обработке принято выделять основные движения, обеспечивающие управляемые процессы резания при взаимном движении инструмента и заготовки, а также вспомогательные перемещения, способствующие процедурам автоматической работы оборудования (подвод и отвод приборов для осуществления контроля, замену инструмента и т. п.).

К основным относят главное движение резания, имеющее наибольшую скорость и мощность, которые обеспечиваю] необходимое усилие резания, а также движение подачи, необходимое для перемещения рабочего органа по пространственной траектории с заданной скоростью. Для получения поверхности изделия заданной формы рабочие органы станка сообщают заготовке и инструменту движения нужной траектории с установленной скоростью и силой. Электроприводы сообщают рабочим органам вращательное и поступательное движения, сочетания которых кинематической структурой станков обеспечивают требуемые взаимные перемещения.

Назначение и тип металлообрабатывающего станка во многом зависит от формы изготавливаемой детали (корпус, вал, диск). Возможности многооперационного станка по формированию требуемых при обработке траекторий перемещений инструментов и заготовки определяется количеством координатных осей, а, следовательно, числом взаимосвязанных электроприводов и структурой системы управления.

В настоящее время приводы преимущественно выполняют на базе надежных электродвигателей переменного тока с частотным управлением, осуществляемым цифровыми регуляторами. Различные типы электроприводов реализуют с применением типовых промышленных модулей (рис. 2).

Рис. 2. Типовая функциональная схема электропривода

Минимальный состав блоков электропривода составляют следующие функциональные блоки:

исполнительный электродвигатель (ЭД);

силовом преобразователь частоты (СПЧ), преобразующий электроэнергию промышленной сети в трехфазное напряжение питания двигателя с требуемом амплитудой и частотой;

микроконтроллер (МК), выполняющий функции управляющею устройства (УУ) и формирователя задания (ФЗ).

Промышленный блок силового преобразователя частоты содержит выпрямитель и силовой инвертор, вырабатывающий с использованием микропроцессорного управления выходным ШИМ коммутатором синусоидальное напряжение с требуемыми параметрами, определяемые сигналами устройства управления.

Алгоритм управления работой электропривода осуществляется микроконтроллером посредством выработки команд, полученных в результате сопоставления сигналов формирователя задания и данных, получаемых с информационно-вычислительного комплекса (ИВК) на основе обработки и анализа сигналов с совокупности датчиков.

Электропривод главного движения в большинстве приложений содержит асинхронный электродвигатель с короткозамкнутой обмоткой ротора и редуктор в качестве механической передачи вращения на шпиндель станка. Редуктор часто выполняется в виде коробки скоростей с электромеханическим дистанционным переключением передач. Электропривод главного движения обеспечивает необходимое усилие резания при определенной скорости вращения и поэтому целью регулирования скорости является поддержание постоянной мощности.

Требуемый диапазон регулирования скорости вращения зависит от диаметров обрабатываемых изделий, их материалов и многих других факторов. В современных автоматизированных станках с ЧПУ привод главного движения выполняет усложненные функции, связанные с нарезанием резьбы, обработкой деталей разного диаметра и многие другие. Это приводит к необходимости обеспечения весьма большого диапазона регулирования скорости, а также применения реверсивного привода. В многооперационных станках требуемый диапазон изменения скорости вращения может составлять тысячи и более.

В приводах подач также требуются весьма большие диапазоны изменения скорости. Так при контурном фрезеровании теоретически надо иметь бесконечный диапазон скорости, т. к. минимальное значение в некоторых точках стремится к нулю. Часто быстрое перемещение рабочих органов в зону обработки также осуществляется посредством привода подач, что значительно увеличивает диапазон изменения скорости и усложняет системы управления приводами.

В приводах подач нашли применение синхронные двигатели и бесконтактные двигатели постоянною тока, а также в ряде случаев асинхронные двигатели. К ним предъявляются следующие основные требования:

широкий диапазон регулирования скорости;

высокая максимальная скорость;

высокая перегрузочная способность;

высокое быстродействие при разгоне и торможении в режиме позиционирования;

большая точность позиционирования.

Стабильность характеристик приводов должна обеспечиваться при вариациях нагрузки, изменении температуры окружающей среды, напряжения электропитания и множества других причин. Этому способствует разработка рациональной адаптируемой системы автоматического управления.

Механическая часть станочного привода

Механическая часть привода может представлять сложную кинематическую конструкцию, содержащую множество вращающихся с разными скоростями частей. Обычно выделяют следующие элементы:

ротор электродвигателя, создающий момент (вращающий или тормозной);

механическую передачу, т, с. систему, определяющий характер движения (вращательное, поступательное) и изменяющую скорость перемещения (редуктор);

рабочий орган, преобразующий энергию движения в полезную работу.

Следящий асинхронный привод главного движения металлорежущего станка

Современный регулируемый электропривод главного движения металлообрабатывающих станков с ЧПУ преимущественно выполняется на базе асинхронных двигателей с короткозамкнутой обмоткой ротора, чему способствовало множество факторов, среди которых следует отметить совершенствование элементной базы информационной и силовой электроники.

Регулирование режимов двигателей переменного тока осуществляется посредством изменения частоты питающего напряжения с помощью силового преобразователя, осуществляющего наряду с регулированием частоты изменение и других параметров.

Характеристики следящего электропривода в значительной степени зависят от эффективности встроенной САУ. Применение высокопроизводительных микроконтроллеров предоставило широкие возможности организации систем управления электроприводом.

Рис. 3. Типовая структура управления асинхронным двигателем с использованием преобразователя частоты

Контроллер привода генерирует числовые последовательности для силового коммутатора, осуществляющего регулирование режима работы электродвигателя. Контроллер автоматики обеспечивает требуемые характеристики в режимах пуска и торможения, а также автоматическую настройку и защиту оборудования.

Аппаратная часть вычислительной системы также содержит: — аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи для ввода сигналов с датчиков и управления их работой;

модули ввода и вывода аналоговых и цифровых сигналов, оснащенные интерфейсным оборудованием и кабельными разъемами;

интерфейсные блоки, осуществляющие внутренние межмодульные передачи данных и связи с внешним оборудованием.

Большое количество вводимых разработчиком параметров настройки преобразователя частоты с учетом подробных данных конкретною электродвигателя обеспечивают заданные процедуры управления, среди которых можно отметить:

многоступенчатое регулирование скорости,

верхнее и нижнее ограничение частоты,

ограничение крутящего момента,

осуществление торможения с использованием подачи постоянного тока в одну из фаз двигателя,

защита от перегрузки но току и от перегрева, обеспечение режим экономии электроэнергии.

Привод на основе бесконтактных двигателей постоянного тока

К приводам подач металлорежущих станков предъявляются высокие требования к диапазону регулирования частоты вращения, линейности регулировочных характеристик и быстродействия, поскольку они определяют точность взаимного позиционирования инструмента и детали, а также скорость их перемещения.

Приводы подач преимущественно были реализованы на основе двигателей постоянного тока, которые обладали необходимыми характеристиками управления, но в то же время наличие механического щеточно-коллекторного узла было сопряжено с низкой надежностью, сложностью обслуживания, высоким уровнем электромагнитных помех.

Развитие средств силовой электроники и цифровой вычислительной техники способствовало их замене в электроприводах бесконтактными двигателями постоянного тока, что позволило улучшить энергетические показатели и повысить надежность станочного оборудования. Однако бесконтактные двигатели отличает сравнительно высокая стоимость вследствие сложности системы управления.

Но принципу действия бесколлекторный двигатель представляет собой электрическую машину постоянного тока с магнитоэлектрическим индуктором на роторе и обмотками якоря на статоре. Количество статорных обмоток и число полюсов магнитов ротора выбирается в зависимости от требуемых характеристик двигателя. Их увеличение способствует улучшению плавности хода и управляемости, однако приводит к усложнению конструкции двигателя.

Читать еще:  Что происходит при клине двигателя

В станочном электроприводе преимущественно применяется структура с тремя якорными обмотками, выполненными в виде нескольких соединенных секций, и системы возбуждения от постоянных магнитов с несколькими парами полюсов (рис. 4).

Рис. 4. Функциональная схема бесконтактного двигателя постоянного тока

Вращающий момент образуется за счет взаимодействия магнитных потоков, создаваемым токами в обмотках статора, и постоянными магнитами ротора. Неизменное направление электромагнитного момента обеспечивается соответствующей коммутацией подводимою к обмоткам статора постоянного тока. Последовательность подключения обмоток статора к источнику U о осуществляется силовыми полупроводниковыми ключами, которые переключаются под действием сигналов распределителя импульсов при подаче напряжений с датчиков положения ротора.

В задаче регулирования режимов работы электропривода на бесконтактных двигателях постоянною тока выделяют следующие взаимосвязанные вопросы:

разработка алгоритмов, способов и средств управления электромеханическим преобразователем посредством воздействия на доступные для измерения физические величины;

создание системы автоматического управления привода с помощью теории и методов автоматического регулирования.

Электрогидропривод на основе шагового двигателя

В современных станках полупили распространение совместные электрогидроприводы (ЭГП), в которых поступающие от электронной системы ЧПУ дискретные электрические сигналы преобразуются посредством синхронных электродвигателей во вращение вала. Развиваемый под действием сигналов контроллера привода (KП) системы ЧПУ электродвигателем (ЭД) вращающий момент служит входной величиной для гидроусилителя, связанное механической передачей (МП) с исполнительным органом (ИО) станка (рис. 5).

Рис. 5. Функциональная схема электрогидропривода

Управляемое вращение ротора электродвигателя посредством входного преобразования (ВП) и гидрораспределителя (ГР) приводит к вращению вала гидромотора (ГМ). С целью стабилизации параметров гидроусилителя обычно используется внутренняя обратная связь.

В электроприводах механизмов со стартстопным характером движения пли непрерывного перемещения нашли применение шаговые двигатели (ШД), которые относить к разновидности синхронных электродвигателей. Шаговые двигатели с импульсным возбуждением наиболее приспособлены для используемого в СЧПУ прямого цифрового управления.

Прерывистое (пошаговое) перемещение ротора на определенный угол поворота на каждый импульс предоставляет возможность получения достаточно высокой точности позиционирования очень большим диапазоном изменения скорости практически от нулевою значения.

При использовании шагового двигателя в электроприводе управление им осуществляется с помощью устройства, содержащего логический контроллер и коммутатор (рис. 6).

Рис. 6. Устройство управления шаговым электродвигателем

Под действием управляющей команды выбора n -ю канала контроллер привода СЧПУ вырабатывает цифровые сигналы для управления силовым транзисторным коммутатором, который в требуемой последовательности подключает постоянное напряжение к статорным обмоткам. Для получения малых значений углового перемещения за один шаг α = π/p на роторе помещают постоянный магнит с большим количеством пар полюсов р.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Ранее на эту тему: Электропривод

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Двигатели постоянного тока серии П51, П52

Общие технические характеристики электродвигателей постоянного тока П51, П52

Электрические машины охватывают электродвигатели и генераторы. Двигатели используются для работы в электроприводах постоянного тока различных механизмов с питанием, как от полупроводниковых преобразователей, так и от генераторов. Электродвигатели постоянного тока серии П51, П52 выпускаются со смешанным возбуждением. По требованию заказчика возможно изготовление двигателей постоянного тока с независимым возбуждением, для напряжения 110 В или 220 В.

Условные обозначения двигателей постоянного тока серии П.

П Х1 Х2 Х3 М
П – машина постоянного тока;
Х1 – исполнение по степени защиты и способу охлаждения. Без буквы – брызгозащищенный с самовентиляцией 1-6 габарит. Б – закрытое исполнение с естественным охлаждением 1-4 габарит;
Х2 – габарит электрической машины. 1-1 габарит, 2-2 габарит, 3-3 габарит, 4-4 габарит, 5-5 габарит, 6-6 габарит;
Х3 – условная длина сердечника якоря. 1 – первая длина, 2 – вторая длина;
М – морское исполнение;

По способу монтажа электродвигатели постоянного тока имеют конструктивное исполнение — IM1001, IM2101, IM2111, IM2131, IM3601, IM3631, IM3611. Двигатели постоянного тока могут быть изготовлены с присоединенным тахогенератором.

Условия эксплуатации электродвигателей постоянного тока П51, П52.
  • Двигатели постоянного тока П51, П52 выпускаются для работы при температуре окружающей среды от -40°С до +40°С.
  • При температуре окружающей среды 20° ± 5°С % относительная влажность 95°±3°С%.
  • Выдерживают — вибрацию, ударные сотрясения, долговременные наклоны оси электродвигателя постоянного тока от 45° в любую сторону и при качке до 45° с периодом качки 7-9 с.

Возбуждение двигателя постоянного тока последовательное, параллельное, смешанное, независимое. Класс нагревостойкости изоляция электродвигателя постоянного тока — Н. Общий уровень вибрации электродвигателей и уровня интенсивности воздушного шума соответствуют всем принятым нормам.

Габаритные и присоединительные размеры двигателей постоянного тока П51, П52, ПБ51, ПБ52

Двигатель постоянного тока группы исполнения IM1 (a — без тахогенератора, б — с тахогенератором).

Двигатель постоянного тока группы исполнения IM2 (a — без тахогенератора, б — с тахогенератором).

Двигатель постоянного тока группы исполнения IM3, IM4 (a — без тахогенератора, б — с тахогенератором).

Тип двигателей постоянного тока

Размеры, мм

Масса, кг при IM2101, IM2102, IM3601, IM2103, IM2104, IM3611, IM3631

Масса, кг при IM1001, IM1004

Двигатели постоянного тока

Главная > Документ

Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

Лабораторная работа 20 ( Lr 20)

ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Снять и построить механическую и рабочие характеристики элек­тро­дви­гателя постоянного тока (ДПТ). Изучить модель ДПТ параллельного возбуждения и исследовать её работу в переходных режимах.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ И РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ

1. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ДПТ

Двигатели постоянного тока до сих пор находят широкое применение, хотя они значительно дороже и менее надёжны, чем асинхронные и синхронные. Преимущество ДПТ  возможность плавного и экономичного регулирования в широком диапазоне частоты вращения вала и создания боль­шого пускового момента при относительно небольшом пусковом токе. Поэтому их широко используют в электротранспорте, для привода прокатных станов, металлорежущих станков и т. д. Двигатели небольшой мощности применяют во многих системах автоматики.

Недостаток ДПТ  наличие щёточно-коллекторного аппарата, который требует тщательного ухода в эксплуатации и снижает надежность машины.

Основными частями двигателя постоянного тока являются статор и якорь, отдалённые друг от друга воздушным зазором (0,3…0,5 мм).

С
татор  э то стальной ци­линдр 1 , внутри которого крепятся главные по­люса 2 с полюсными наконечниками 3 , образуя вместе с корпусом маг­нитопровод машины (рис. 20.1, а ). На главных полюсах расположены после­до­вательно соединённые катушки обмотки возбуждения 4 , предназначенные для создания неподвижного магнитного потока Ф в машины. Концы Ш1 и Ш2 обмотки возбуждения (ОВ) выводят на клем­мный щиток, расположенный на корпусе машины. Помимо основных полюсов внутри статора располагают дополнительные полюса 9 с обмотками 10 , которые служат для уменьшения искрения в скользящих контактах (между щётками и кол­лек­тором).

Якорь (подвижная часть машины)  это цилиндр 5 , набранный из лис­­­­тов электротехнической стали, снаружи которого имеются пазы, в которые уложена якорная обмотка 11 (рис. 20.1). Отводы обмотки якоря припа­ива­ют к пластинам коллектора 6 , расположенного на вращающемся в подшипни­ках валу 7 . Коллектор представляет собой цилиндр, набранный из медных пластин, изолированных друг от друга и от вала и закреплённых (по тех­но­логии «ласточкина хвоста») на стальной втулке. Коллектор играет роль механического выпрямителя переменной ЭДС, индуктируемой в обмотке якоря.

К коллектору с помощью пружин прижимаются неподвижные медно-графитовые щётки 8 , соединённые с клеммами Я1 и Я2 щитка. Образовавшиеся скользящие контакты дают возможность соединить вращающу­юся обмотку якоря (ОЯ) с электрической цепью (снять выпрямленное напряжение с коллектора (генераторный режим) или соединить якорную обмотку с источником постоянного напряжения и распределить токи в стер­жнях ОЯ таким образом, чтобы их направления под разноименными полюсами были бы противоположными (двигательный режим)).

Суммарное сопротивление цепи якоря R я = 0,5…5 Ом.

Часть машины, в которой индуктируется ЭДС, принято называть яко­рем , а часть машины, создающей основное магнитное поле (магнитный поток) – индуктором . В машинах постоянного тока якорем является ротор, а индуктором – статор.

Читать еще:  Где смотреть температуру двигателя опель астра

В
зависимости от того, как обмотка возбуждения ОВ включена относительно сети и якоря, различают МПТ независимого возбуждения (ОВ к якорю не подключена) и МПТ с самовозбуждением , которое подразделяется на параллельное, последовательное и смешанное. На рис. 20.2 приведе­­ны электрические схемы возбуждения указанных типов МПТ.

При подаче постоянного напряжения U к зажимам ДПТ в обмотках возбуждения ОВ и якоря протекают токи I я и I в (рис. 20.3). В результате взаимодействия тока якоря с магнитным потоком, созданным магнитодвижущей силой (МДС) обмотки возбуждения, возникает электромагнитный момент двигателя, под действием которого якорь приходит во вращение. Средний электромагнитный момент (в Нм), действующий на якорь ДПТ, по обмотке которого протекает ток I я ,

(20.1)

где F с  среднее значение силы в ньютонах (Н), действующей на якорь, которая согласно закону Ампера возникает при взаимодействии тока якоря с магнитным потоком машины; d  диаметр якоря, м.

После преобразования выражения (20.1) получим

(20.2)

где р  число пар полюсов машины; а и N  число пар параллельных ветвей и число проводников обмотки якоря; Ф в  магнитный поток одного полюса статора, Вб; n  частота вращения якоря, об/мин; С М = pN /2  a  коэффициент момента, зависящий от конструктивных особенностей машины.

Из выражения (20.2) следует, что электромагнитный момент ДПТ пря­мо пропорционален произведению магнитного потока Ф в на ток якоря I я .

При вращении якоря проводники якорной обмотки пересекают магнитные силовые линии потока Ф в , вследствие чего в проводниках индуктируется противоэлектродви­жущая сила где n  час­тота вращения яко­ря, об/мин; С Е = pN /60 a – конструктивный коэффициент противоЭДС.

Для ДПТ параллельного возбуждения (рис. 20.2, б ) ток якоря

(20.3)

где U  напряжение, подводимое к элек­­тродвигателю, В; R я  соп­роти­в­ле­ние обмотки якоря, Ом.

В начальный момент пуска ДПТ частота вращения якоря n = 0, поэтому противоэлектродвижущая сила в (20.3) Е я = 0. Чтобы ограничить недопустимо большой пусковой ток I яп = = U / R я в обмотке якоря, последовательно с якорем включают пусковой реостат R п .

В этом случае пусковой ток якоря

По мере разгона двигателя ЭДС якоря Е я увеличивается и сопротивление пускового реостата уменьшают до нуля.

2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДПТ

Электромеханические свойства ДПТ определяются его скоростной харак­терис­тикой n ( I я ), представляющей зависимость частоты вращения n от тока якоря I я при U = const и I в = const .

Уравнение естественной скоростной характеристики получают из выражения (20.3), решив его относительно частоты вращения

(20.4)

С ростом нагрузки падение напряжения R я I я в цепи якоря возрастает, но при этом магнитный поток Ф в уменьшается вследствие реакции якоря, под которой понимают воздействие магнитного потока якоря Ф я на магнитный поток Ф в , создаваемый током возбуждения. Так как падение напряжения в цепи якоря R я I я обычно оказывает более сильное влияние на частоту вращения якоря n , чем реакция якоря, то скоростная характеристика n = ( I я ) имеет вид прямой падающей линии (см. рис. 20.5).

Важнейшей характеристикой ДПТ является механическая n ( M ), представляющая зависимость частоты вращения n якоря от развиваемого ДПТ мо­мен­та вращения М при условии постоянства напряжения и соп­ротив­лений в цепи якоря и в цепи воз­бу­ж­дения. Заменив ток I я в (20.4) значением из выражения вращающего момента М = С M Ф в I я , получим уравне­ние естественной механической характеристики

(20.5)

Естественная механическая характеристика n = ( M ) двигателя постоянного тока параллельного возбуждения выведена при условии, что момент холостого хода М 0 = 0, а электромагнитный момент примерно равен моменту на валу двигателя, т. е. М эм  М , где n 0  час­тота вращения якоря двигателя на холостом ходу при допущении, что падение нап­ряжения R я I я в якоре отсутствует;  n  уменьшение частоты вращения якоря дви­га­теля при соответствующем увеличении моме­нта вращения М ; С Е , С М  конструктивные коэффици­енты элек­тродвигателя.

Если принять магнитный поток машины постоянным, т. е. Ф в = const при токе возбуждения I вн = const , то естественная механическая харак­теристика представляет собой прямую линию (см. кривую 1 на рис. 20.4), наклон которой по отношению к оси абсцисс определяется отношением

При переходе двигателя от режима холостого хода к номинальной нагрузке частота вра­щения якоря n снижается всего лишь на 2…8%, т. е. двигатель постоянного тока параллельного возбуждения обладает жёсткой механической характеристикой.

При введение пускового реостата в цепь якоря уменьшается жесткость механической характеристики (см. реостатные механические характеристики 2 … 4 на рис. 20.4), что приводит к снижению частоты вращения при определенном моменте сопротивления М с на валу, создаваемом, например, определенным током электромагнитного тормоза ЭМТ (см. рис. 20.3).

Практическое значение имеют рабочие характеристики ДПТ.

Зависимость М = f ( I я ) называется моментной характеристикой двигателя. При установившемся режиме работы двигателя электромагнитный момент вращения М связан с током якоря I я выражением

М эм = С М I я Ф в = М 0 + М .

Момент холостого хода М 0 мало изменяется при нагрузке; он опре­деляется мощ­но­стью Р , потре­бляемой двигателем из сети в режиме холостого хода. Так как отноше­­ние М 0 /М н  3…8%, то, пренебрегая моментом М 0 , можно принять М эм  М = С М I я Ф в . При этом условии построение характеристики М = ( I я ) начинают из начала координат (рис. 20.5). С увеличением тока I я в якорной обмотке магнитный поток Ф в уменьшается за счет размагничивающего действия реакции якоря, а потому моментная характеристика растёт медленнее, чем ток I я , отклоняясь от прямой (пунк­тирной) линии (см. рис. 20.5).

Характеристика коэффициента по­лез­ного действия  = ( I я ) нара­стает очень быстро при росте нагрузки от нуля (режим холостого хода) до 0,5 I ян и достигает наибольшего значения в пределах от 0,5 до 0,8 номинальной нагрузки, а затем медленно падает вследствие роста переменных потерь (см. рис. 20.5).

В некоторых случаях удобнее пользоваться зависимостью частоты вращения n , электромагнитного момента М , тока якоря I я и КПД  двигателя от полезной мощности на валу Р 2 при U = const и I в = const .

3. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ МОДЕЛИ ДПТ

При программировании модели ДПТ параллельного возбуждения использовались каталожные параметры и следующие расчетные формулы:

момент холостого хода М 0 = (0,03…0,08) М н ; индуктивность обмотки яко­ря не учитывалась; сопротивление пускового реостата R n , где электро­маг­­нитный момент дви­гателя М эм = С М I я Ф в = М 0 + М ; установившаяся частота вращения якоря текущая частота п вычислялась (посредством численного мето­да Эйлера) из уравнения динамики ДПТ: М  вращающий момент двигателя; М с  момент сопротивления на валу двигателя, при­нятый независимым от угловой скорости  и от времени t ; J  суммарный момент инерции в кгм 2 , пере­считанный к валу двигателя.

В
соответствии с вариантом задания тип ДПТ параллельного возбуждения выбирается из приведенного в программе списка. Предусмотрен также ввод вручную параметров проектируемого двигателя. На рис. 20.6 представлены общий вид интерфейса, каталожные параметры и дина­мические характеристики двигателя типа 2ПН90М, выбранного из списка двигателей параллельного возбуждения. Пуск двигателя был выполнен при моменте сопротивления на валу М с = 3 Нм и введенном пусковом реостате R п (пусковой ток I п = 2,5 I ян , ток возбуждения I в = I вн = const ).

После вывода пускового реостата частота вращения якоря увеличилась до 3000 об/мин. Затем пусковой реостат был полностью введен в цепь якоря и медленно выведен. Далее, момент сопротивления М с был увеличен до 4 Нм, уменьшен сначала до 3 Нм, а затем до нуля и, наконец, увеличен до 3 Нм.

Анализ графиков частоты вращения n , вращающего момента М и тока якоря I я от времени, а также текущих параметров двигателя показывает, что расчетная модель адекватно отображает как статические, так и динамические электромагнитные процессы в двигателе.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector