Изменение напряжения на якоре

Для осуществления данного способа, двигатель должен получать питание от источника постоянного тока с регулируемым напряжением.

Например, генератор постоянного тока (система генератор-двигатель). Напряжение на выводах генератора изменяется за счет изменения тока возбуждения генератора.

Более современной системой является управляемый выпрямитель-двигатель (УВД). Управляемый выпрямитель выполняется на тиристорах.

Этот способ позволяет получить самый большой диапазон регулирования – десятки-сотни-тысячи.

Регулирование идет в сторону уменьшения частоты вращения.

.

На всем диапазоне регулирования характеристика остается жесткой.

Иногда совместно применяют несколько способов регулирования для увеличения диапазона регулирования.

Импульсный способ регулирования частоты вращения

Способ заключается в том, что на двигатель подается импульсное напряжение. При подаче напряжения двигатель разгоняется за счет электромагнитного момента, при снятии напряжения двигатель под действием момента сопротивления уменьшает свою частоту вращения. Можно ввести понятие средней скорости.

Обычно период следования импульсов T = t _и + t _п оставляют неизменным, а изменяют длительность импульса t _и.

Реверсирование и торможение двигателя постоянного тока

Реверс – изменение направления вращения.

Для изменения направления вращающего момента и соответственно скорости необходимо изменить направление или тока якоря или тока возбуждения. Изменение направления тока у обмотки возбуждения проще, поскольку он меньше, но возникает сложность из-за большой индуктивности. Чаще применяют реверс за счет тока якоря.

При отключении двигателя от источника питания он продолжает вращаться по инерции. Для быстрой останова применяют динамическое торможение. Якорь отключается от источника питания и включается добавочное сопротивление. Двигатель вращаясь по инерции и переходит в режим генератора. В таком режиме электромагнитный момент является тормозным.

КПД двигателя постоянного тока

КПД двигателя постоянного тока определяется по формуле:

.

В двигателях постоянного тока различают следующие виды потерь:

· потери в обмотках якоря и возбуждения;

· потери в щётках;

· потери в стали якоря;

· механические потери.

Вращающееся магнитное поле

Вращающимся называется магнитное поле направление которого вращается в пространстве с угловой скоростью ω₁ или с частотой n ₁.

В первом приближении можно представить вращающееся магнитное поле как поле вращающегося постоянного магнита.

В электрических машинах вращающееся магнитное поле получается с помощью неподвижных катушек, оси которых смещены в пространстве на некоторый угол при питании этих катушек многофазным током. В электрических машинах применяется вращающееся магнитное поле двухфазного тока и трехфазного тока.

Рассмотрим получение вращающегося магнитного поля с помощью двухфазного тока.. Для создания вращающегося магнитного поля двухфазного тока необходимо иметь две неподвижные катушки, оси которых смещены в пространстве на угол 90° и питать эти катушки двухфазным током, т.е. двумя токами, которые сдвинуты по фазе на ¼ периода или на угол 90°, амплитуда и частота этих токов одинакова.

;

.

Предположим, что в пазах неподвижной части машины – статора расположены две катушки, каждая из которых состоит из двух витков, оси этих катушек смещены на 90°. Положительным будет считаться ток, который проходит от начала катушки.

Определим направление результирующего магнитного поля в моменты времени t ₁, t ₂, t ₃, t ₄:

где  – вектор магнитной индукции результирующего магнитного поля;

 – вектор магнитной индукции катушки A, направленный вдоль оси катушки A;

 – вектор магнитной индукции катушки B, направленный вдоль оси катушки B.

В момент времени t ₂

Ток i _A положительный (от A к X). Ток i_B отрицательный (от Y к B). Вектор  повернулся на 135°.

В момент времени t ₃

Момент времени t ₄ такой же как и момент времени t ₁

Как видим результирующее магнитное поле перемещается по окружности, т.е. его полюса как бы вращаются. Определим величину и направление магнитного поля с помощью векторной диаграммы. Векторы  и  перпендикулярны друг другу из-за смещения осей катушек.

;

;

;

;

.

Величина результирующего магнитного поля:

.

Величина результирующего магнитного поля постоянна во времени, не изменяется. По величине это магнитное поле равно амплитуде магнитного поля одной из катушек.

Определим направление результирующего магнитного поля. Будем характеризовать направление углом α. Определим тангенс этого угла:

.

Угол α изменяется со временем. Вектор  б удет вращаться по окружности. Направление магнитного поля будет изменяться во времени.

Определим угловую скорость вращающегося магнитного поля (ω₁):

.

Угловая скорость вращающегося магнитного поля равна угловой частоте тока. Направление вращения магнитного поля – в сторону катушки с отстающим по фазе током.

Для создания вращающегося магнитного поля трехфазного тока необходимо иметь 3 неподвижные катушки, оси которых смещены в пространстве (по окружности) на угол 120° и питать эти катушки трехфазным током.

;

;

.

Каждая катушка создает свое магнитное поле направленное вдоль оси этой катушки.

;

;

;

;

.

Магнитная индукция результирующего магнитного поля не изменяется во времени и остается постоянной. Направление вектора результирующего магнитного поля изменяется во времени α = ω· t.

Угловая скорость вращающегося магнитного поля:

.

Поле трехфазного тока получается в 1,5 раза больше, чем двухфазного. Магнитное поле трехфазного тока вращается с той же скоростью, что и магнитное поле двухфазного тока.

ω₁ = ω соответствует тому случаю, когда магнитное поле имеет один северный плюс и один южный p = 1, где p – число пар полюсов.

В случае p = 2 северный полюс займет место северного после поворота на 180° или через пол оборота. При увеличении числа полюсов скорость магнитного поля уменьшается.

;

;

.

Число пар полюсов может быть только целым.

n 1, об./мин	3000	1500	1000	750
p, шт.	1	2	3	4

В машинах переменного тока скорость вращающегося магнитного поля называется синхронной скоростью.