Исполнительные двигатели постоянного тока

Несмотря на ряд существенных недостатков, связанных с наличием скользящего контакта между щеткой и коллектором, исполнительные двигатели постоянного тока широко используются в системах автоматического управления, регулирования и контроля, поскольку обладают и рядом положительных качеств, в частности такими как: плавное, широкое и экономичное регулирование частоты вращения; практическое отсутствие ограничений на максимальную и минимальную частоту вращения; большие пусковые моменты; хорошая линейность механических, а при якорном управлении и регулировочных характеристик.

Как и любые исполнительные двигатели, эти имеют две обмотки: обмотку возбуждения и обмотку управления. При этом напряжение управления может подаваться либо на обмотку якоря, либо на обмотку возбуждения. Поэтому различают якорное и полюсное управление.

Якорное управление исполнительным двигателем

Рис. 4.1. Схема включения исполнительного двигателя при якорном управлении

Схема включения двигателя с якорным управлением показана на рис. 4.1. Напряжение возбуждения подается на обмотку полюсов, напряжение управления — на обмотку якоря.

Коэффициент сигнала a здесь равен.

.

Для двигателей с постоянными магнитами. Регулирование частоты вращения осуществляется изменением напряжения управления. При отсутствии насыщения, а поскольку, магнитный поток возбуждения также остается постоянным, т. е. .

Ток якоря.

.

где — ЭДС якоря; - сопротивление якорной цепи.

Вращающий момент двигателя.

Выразим момент в относительных единицах, приняв за базовый момент пусковой момент, развиваемый двигателем при и.

Тогда относительное значение момента.

(17.1).

Частота вращения при холостом ходе (и).

(17.2).

Откуда находим. Подставляя это значение в (2.1), получим где — относительная частота вращения двигателя.

Уравнение (2.3) есть уравнение механической характеристики исполнительного двигателя при якорном управлении.

Решив его относительно, получим уравнение регулировочной характеристики.

Механическая мощность в относительных единицах.

.

Угловую скорость, при которой наступает максимум мощности, найдем известным приемом, откуда, а максимальное значение механической мощности будет.

Мощность управления: Приняв за базовую единицу мощность управления при коротком замыкании.

.

Получим мощность управления в относительных единицах.

Мощность возбуждения На рис. 4.2,а представлены механические, на рис. 4.2,б — регулировочные характеристики, а на рис. 4.3 показана зависимость рмх = f (n) исполнительного двигателя.

Проанализируем свойства двигателя при якорном способе управления.

Механические характеристики линейные и параллельные, что означает независимость быстродействия от коэффициента сигнала. Пусковой момент и угловая скорость холостого хода пропорциональны коэффициенту сигнала.

Рис. 4.2. Механические (а) и регулировочные (б) характеристики исполнительного двигателя постоянного тока при якорном управлении

Регулировочные характеристики линейные. Напряжение трогания пропорционально моменту нагрузки. Линейность механических и регулировочных характеристик является важным достоинством якорного управления.

Мощность управления резко возрастает с увеличением коэффициента сигнала. Кроме того, она доходит до 95% полной потребляемой мощности двигателя, поскольку является мощностью якорной цепи, что характерно для двигателей постоянного тока. В данном случае это является существенным недостатком якорного управления, ибо предполагает наличие мощных и дорогих усилителей. Мощность возбуждения остается величиной постоянной, независящей ни от коэффициента сигнала, ни от частоты вращения. К тому же — она небольшая по величине, что также характерно для машин постоянного тока. Максимум механической мощности в сильной степени зависит от коэффициента сигнала и даже при не превышает ¼ базовой мощности.

асинхронный пьезоэлектрический двигатель якорь.