Представительство компании Sicme Motori S.r.l. [Сикме Мотори] в России, странах ТС и СНГ
+ 7 (812) 313-41-70

Двигатель постоянного тока (ДПТ)

Электродвигатель постоянного тока

Подобные электроприводы применяются для оборудования, которое требует высокой точности регулирования количества оборотов с большим диапазоном значений, стабильной поддержкой постоянного количества оборотов и максимального превышение номинальной скорости вращения. Кроме того, машина постоянного тока может работать как в качестве двигателя, так и генерировать электрический ток.

Конструкция двигателей постоянного тока и ее особенности

В основе работы подобного привода лежит явление индукции. Проводящий элемент в магнитном поле подвергается воздействию силы. Для определения ее значения служит правило обратного винта:

F = B * I * L

В которой: B – показатель индукции магнитного поля, I – сила тока в проводящем элементе, L – протяженность проводника.

Проводник, пересекающий магнитное поле, подвергается воздействию электродвижущей силы, направленной в обратную от тока в проводнике сторону. Подобная сила называется противодействующей электродвижущей силой (обратная э.д.с). Большая часть мощности привода расходуется на преобразование в механическую. Некоторая часть уходит на нагрев проводника.

В конструкции любого двигателя постоянного тока есть три основных элемента: якорь (движущаяся часть) и индуктор (генератор магнитного поля) и коллектора (переключатель тока на якоре). Между якорем и индуктором всегда имеется воздушный зазор.

Индуктор (статор)

Данная часть машины постоянного тока предназначена для генерации постоянного магнитного поля. Главный конструктивный элемент – станина. На ней крепятся основные и добавочные полюса.

Чаще всего в качестве основных полюсов выступают магниты, добавочные устраиваются из дополнительной обмотки. Использование одной пары полюсов не распространено. Дополнительные полюса повышают коммутационные свойства коллектора.

Якорь (ротор)

Ротор – подвижная часть машины постоянного тока. На нем расположены катушки, к которым коллектор подводит электрический ток. Ток катушек провоцирует возникновение обратной электродвижущей силы.

Коллектор

Это цилиндр, насаженный на основной вал ротора. Коллектор набирается из тонких медных пластин с изоляцией. С их помощью графитовые или медно-графитовые щетки снимают ток с вращающегося вала Сами щетки укреплены в специальных держателях, создающих необходимое давление на графита на цилиндр коллектора.

Коммутация в двигателе постоянного тока

Коммутацией двигателя постоянного тока зовется процесс переключения контактов при помощи щеток. Изолированные сектора медного цилиндра коллектора вращаются, и щетки периодически замыкают определенный контур цепи машины, что провоцирует изменение движения тока в обмотках якоря.

Качество коммутации определяется при помощи специальной шкалы искрения скользящих по поверхности коллектора щеток. Искры появляются из-за тока, возникающего в обмотках якоря, контур которых замыкается щетками. Замыкание провоцирует возникновение дополнительного тока, который вызывает электродвижущую силу самоиндукции, что приводит к неравномерному распределению тока по поверхности щетки.

Создание стартового электромагнитного поля

Процесс создания стартового электромагнитного поля двигателя постоянного тока называется возбуждением. Есть несколько способов возбуждения двигателей постоянного тока:

  • с независимой обмоткой возбуждения (НОВ), которая получает питание от обособленного источника питания;
  • с параллельным подключением обмотки (ШОВ), которая подключается параллельно в основную цепь;
  • сериесные (СОВ) с последовательным подключением к обмоткам якоря;
  • комбинированные, с последовательным и параллельным подключением обмоток (возможны варианты с преобладанием одного из двух типов обмотки).

Старт двигателя постоянного тока

В момент старта работы машины обратная электродвижущая сила не воздействует на якорь, а напряжение в нем отсутствует. Сопротивление цепи якоря мизерно, что приводит к необходимости увеличивать ток пуска в 10-20 раз больше номинального. В таком случае единовременная подача все мощности пускового тока привела бы к перегреву контура якоря. Поэтому в цепь включается реостат активного сопротивления. Исключение составляют машины мощность до 1 кВт.

В более мощных двигателях устанавливается ступенчатый реостат. Выбор его сопротивление зависит от величины пускового тока. На начальной стадии пуска задействуется полное сопротивление. По мере роста противо-э.д.с, пусковые токи ограничиваются, а ступени реостата постепенно выводятся из сети, что позволяет нарастить обороты.

Регулировка оборотов двигателя постоянного тока

Есть три способа регулировки частоты вращения электродвигателя постоянного тока: изменение токов возбуждения, изменение подаваемого на машину напряжения или сопротивления цепи якоря. Чаще всего применяются два варианта. Изменение сопротивления цепи якоря – неэкономичный способ изменения количества оборотов. Кроме того, обладает высокой нестабильностью зависимости скорости от тока якоря.

Регулировка токов возбуждения

Для данного способа изменения скорости можно использовать любое устройство, сопротивление которого можно менять (реостат или транзистор). Увеличение сопротивления в контуре возбуждения уменьшает ток, что приводит к повышению количества оборотов. При таком способе регулирования повышение частоты вращения усиливает искрение контактной поверхности щеток, поэтому диапазон изменения скорости невелик – от 1.25 до 1.3 выше номинальной.

Изменение подаваемого напряжения

Наиболее распространенная схема, используемая в большинстве промышленных агрегатов. Такая схема требует наличия дополнительного источника питания. Есть несколько вариантов ее конструкции, в которых двигатель постоянного тока используется в паре с:

  • генератором (Г-ДПТ);
  • электромашинным усилителем (ЭМУ-ДПТ);
  • магнитным усилителем (МУ-ДПТ);
  • тиристорным преобразователем (Т-ДПТ).

Торможение и остановка двигателя постоянного тока

В подавляющем большинстве машин постоянного тока используется три способа торможения: противовключение, динамическое и рекуперативное. Наибольшее распространение получило рекуперативное торможение. Это наиболее экономичный и эффективный способ, который применяется, к примеру, на металлорежущих станках.

Рекуперативное торможение

Рекуперативное торможение основывается на изменения напряжения в обмотке двигателя во время вращения вала на скорости, превышающей идеальный холостой ход. Машина переходит в режим генератора, а на валу якоря возникает тормозной момент.

Динамическое торможение

Этот способ базируется на замыкании контура якоря. Замыкание при этом может быть коротким или с использованием резистора. Машина преобразует механическую энергию в электрическую, выделяя тепло в сопротивлении обмотки якоря. Такой способ обеспечивает точную остановку вращения.

Противовключение

Данные метод заключается в изменении полярности тока в обмотке якоря. Направление противо-э.д.с меняется и на валу возникает тормозной момент. Однако, если в момент полной остановки якоря не произойдет прекращение подачи тока, то машина станет набирать обороты в противоположном направлении.

Электродвигатели постоянного тока до 2700 кВт
Наверх