Двигателях постоянного

Последнее во многих случаях является весьма нежелательным, так как приводит к увеличению габаритных размеров обмотки, потребляемой индуктивной мощности и к ухудшению энергетических показателей электромагнитных устройств. Поэтому, например, в трансформаторах, магнитных усилителях и двигателях переменного тока стремятся воздушные зазоры свести к минимуму. У электромагнитов различных электротехнических аппаратов, у которых воздушный зазор необходим, исходя из принципа их действия (тормозные электромагниты, контакторы, реле и др.), приходится специально рассчитывать обмотку по нагреванию с учетом повышенных значений начальных токов, возникающих в момент подключения обмотки к источнику, когда подвижная часть магнитопровода — якорь — еще не притянулась к неподвижной части магнитопровода и воздушный зазор не ликвидирован. Для таких устройств в справочной литературе указывается обычно наибольшее допустимое число включений в час, на которое рассчитана обмотка, исходя из ее дополнительного нагревания начальными токами.

Двигатели постоянного тока обладают хорошими регулировочными свойствами: изменение их частоты вращения достигается более простыми средствами, чем в двигателях переменного тока. Поэтому двигатели постоянного тока широко применяются в сложных системах электропривода, где требуется регулирование скорости. В связи с интенсивной автоматизацией промышленности и транспорта потребность в двигателях постоянного тока увеличивается и темп роста их выпуска выше, чем в среднем по электрическим машинам.

Коммутация при пульсирующем токе якоря. Двигатель, питающийся от выпрямителя, имеет пульсирующий ток якоря, дополнительных полюсов и компенсационной обмотки, но постоянный магнитный поток. Поэтому коммутация в двигателях пульсирующего тока протекает легче, чем в коллекторных двигателях переменного тока, где переменные и ток якоря, и ток возбуждения, следовательно, и магнитный поток. Переменный магнитный поток индуцирует в короткозамкнутой секции, находящейся в процессе коммутации, трансформаторную ЭДС et, амплитуда которой

Режим работы главных 'приводов характеризуется резкими толчками нагрузки: длительностью от секунд до нескольких минут и величиной до 2—2,5-кратной от номинальной -мощности двигателей при двигателях постоянного тока и до 4—4,5 при двигателях переменного тока, перемежающимися с холостым ходом. Так, на металлургическом заводе при средней нагрузке в 75 Мет пики при работе блюминга и широкополосного стана достигают 111 Мет при длительности пика около 30 сек с интервалами между 'пиками в 2—2,5 мин.

Коллекторные машины переменного тока подсоединяются к сети переменнго тока ( 6.1). Неизменная частота сети fc преобразователем частоты ПЧ преобразуется в изменяющуюся частоту /=var. За счет изменения частоты в коллекторных двигателях переменного тока обеспечивается регулирование частоты вращения в широких пределах.

Коммутация в коллекторных двигателях переменного тока отличается от коммутации машин постоянного тока, так как наряду с реактивной ЭДС в коммутируемых секциях наводится трансформаторная ЭДС вследствие изменения основного потока. Трансформаторная ЭДС зависит от нагрузки и сдвинута по фазе относительно реактивной ЭДС.

Как и во всех асинхронных двигателях, в коллекторных двигателях переменного тока электрическая мощность, забираемая из сети, передается вращающимся полем на ротор. Часть этой мощности РЭм (1—s) преобразуется в механическую мощность. В асинхронных двигателях мощность PaMs преобразуется в тепло. В коллекторных двигателях переменного тока эта часть мощности через коллектор, преобразующий частоту скольжения в частоту сети, снова отдается в сеть. Таким образом введение в конструкцию машины механического преобразователя частоты — коллектора обеспечивает экономичную работу машины за счет отдачи энергии скольжения в сеть.

Двигатели небольшой мощности выполняются без добавочных полюсов. Для улучшения коммутации коллекторные двигатели выполняются с компенсационной обмоткой КО и добавочными полюсами ДП ( 6.12). Добавочные полюсы в коллекторных машинах не могут скомпенсировать е, и ет во всех режимах работы, и коммутация в коллекторных двигателях переменного тока хуже, чем в машинах постоянного тока.

В наиболее распространенных двигателях переменного тока (асинхронных) cosq> зависит от их нагрузки. При холостом ходе двигателя коэффициент мощности составляет 0,2—0,3, при номинальной нагрузке 0,83—0,85. Для повышения cos ф параллельно двигателю присоединяют конденсаторы. В этом случае двигатель, например, в первую и третью четверти периода запасает энергию в магнитном поле, а во вторую и четвертую четверти периода отдает ее, в то время как конденсатор, наоборот, в первую и третью четверти периода отдает запасенную им энергию, а во вторую и четвертую четверти периода получает ее. Следовательно, энергия в магнитном поле двигателя частично или полностью накапливается за счет энергии электрического поля конденсатора и наоборот, а генератор (станция) разгружается (частично или полностью) от обменной энергии.

Повышение совф электрических установок является важнейшей народнохозяйственной задачей и в масштабах всей страны означает значительную экономию электрической энергии за счет уменьшения потерь в генераторах, трансформаторах, двигателях переменного тока и в линиях электропередачи. Для поощрения промышленных предприятий за повышенный созф в нашей стране введен дифференцированный тариф на оплату за электроэнергию, т. е. ее стоимость понижается с повышением значения совф.

В настоящее время начинают получать распространение силовые тиристорные преобразователи частоты, позволяющие плавно регулировать частоту переменного тока, а следовательно, плавно регулировать частоту вращения вращающегося магнитного поля в двигателях переменного тока и, следовательно, частоту их вращения. Однако в ряде случаев, когда требуется в процессе работы двигателя изменять частоту вращения в широких пределах, отдается предпочтение двигателям постоянного тока.

В исполнительных двигателях постоянного тока, для которых характерны частые пуски, остановки и реверсы, различают два способа управления — якорное и полюсное (потоком возбуждения двигателя) ( 9.42).

В исполнительных двигателях постоянного тока магнитная цепь не насыщена, в связи с чем реакция якоря практически не оказывает влияния на их рабочие характеристики. Построение механических характеристик для микродвигателей принято осуществлять в относительных единицах на основе следующих уравнений:

В машинах, предназначенных для тяжелых режимов работы, например в используемых во вспомогательных устройствах металлургической промышленности двигателях постоянного тока с Л^355 мм, применяют сдвоенные радиально-упорные шариковые подшипники по ГОСТ 832—78,- которые воспринимают на себя нагрузку от силы тяжести якоря и осевую составляющую нагрузки от передачи момента.

Потери, возникающие в электрических машинах при их работе, переходят в теплоту, которую необходимо отводить для того, чтобы температура активных частей не превысила допустимых пределов, указанных в ГОСТ 183—74. Как правило, для усиления отвода теплоты в машинах применяют искусственную вентиляцию, осуществляемую соответствующими устройствами, и только лишь в закрытых двигателях постоянного тока мощностью до 10— 15 кВт, выпускаемых в небольших количествах, достаточным оказывается естественное охлаждение.

В двигателях постоянного тока применяют также независимую вентиляцию. У машин большой мощности независимая вентиляция осуществляется от постороннего источника с подводом воздуха по трубам (способ охлаждения IC17 или IC37). В машинах меньшей мощности распространено охлаждение от независимого электровентилятора, расположенного на общей оси в одном блоке с регулируемым двигателем. Такое исполнение в новых разработках используют для двигателей со степенью защиты как IP22 (способ охлаждения IC06), так и IP44 (способ охлаждения IC0641).

Двигатели постоянного тока обладают хорошими регулировочными свойствами: изменение их частоты вращения достигается более простыми средствами, чем в двигателях переменного тока. Поэтому двигатели постоянного тока широко применяются в сложных системах электропривода, где требуется регулирование скорости. В связи с интенсивной автоматизацией промышленности и транспорта потребность в двигателях постоянного тока увеличивается и темп роста их выпуска выше, чем в среднем по электрическим машинам.

Прямой пуск. Обычно в двигателях постоянного тока падение напряжения /Ном2/? во внутреннем сопротивлении цепи якоря составляет 5... 10% от f/ном, поэтому при прямом пуске ток якоря /п = = ?Дшм/2Я= (Ю... 20)/ном, что создает опасность поломки вала машины и вызывает сильное искрение под щетками. По этой причине прямой пуск применяют в основном для двигателей малой мощности .(до нескольких сотен ватт), в которых 2/? относительно велико, и лишь в отдельных случаях — для двигателей с последовательным возбуждением мощностью в несколько киловатт. При прямом пуске таких двигателей /„= (4 ... 6) /Н0м.

Режим работы главных 'приводов характеризуется резкими толчками нагрузки: длительностью от секунд до нескольких минут и величиной до 2—2,5-кратной от номинальной -мощности двигателей при двигателях постоянного тока и до 4—4,5 при двигателях переменного тока, перемежающимися с холостым ходом. Так, на металлургическом заводе при средней нагрузке в 75 Мет пики при работе блюминга и широкополосного стана достигают 111 Мет при длительности пика около 30 сек с интервалами между 'пиками в 2—2,5 мин.

Прямой пуск. Обычно в двигателях постоянного тока падение напряжения /ном2/?а во внутреннем сопротивлении цепи якоря составляет 5—10% от (/„ом, поэтому при прямом пуске ток якоря /п =

Способы управления. В исполнительных двигателях постоянного тока обмотки якоря и главных полюсов питаются от двух независимых источников тока. Одна из них (условно называемая обмоткой возбуждения) подключена постоянно к источнику с неизменным напряжением U в, а на другую (обмотку управления) подается напряжение управления U7 только при необходимости вращения вала двигателя. В зависимости от того, на какую обмотку подается управляющий сигнал, различают два способа управления исполнительными двигателями ( 12.11): якорное и полюсное.

В машинах, предназначенных для тяжелых режимов работы, •например в используемых во вспомогательных устройствах метал-^лургической промышленности двигателях постоянного тока с 'Л^355 мм, применяют сдвоенные радиально-упорные шариковые подшипники по ГОСТ 832—78, которые воспринимают на себя •нагрузку от силы тяжести якоря и осевую составляющую нагруз-жи от передачи момента.