Універсальні колекторні двигуни

Універсальні колекторні двигуни

Універсальний колекторний двигун працює як від мережі постійного струму, так і від мережі змінного струму.

Можливість роботи колекторного двигуна послідовного збудження від мережі змінного струму пояснюється тим, що при зміні полярності підведеної напруги змінюються напрямки струмів в обмотці якоря і в обмотці збудження. При цьому зміна полярності полюсів статора практично співпадає з зміною напрямку струму в обмотці якоря. В результаті напрямок електромагнітного обертального моменту не змінюється:

image002 (1.2.35)

В якості універсального використовують двигун послідовного збудження, у якого струм якоря є і струмом збудження, що забезпечує майже одночасну зміну напрямку струму в обмотці якоря Іа і магнітного потоку збудження Ф при переході від позитивного напівперіода напруги мережі до негативного.

Якщо двигун ввімкути до мережі синусоідального струму, то струм яко-ря іа і магнітний потік Ф будуть змінюватись за синусоїдальним законом:

image004 (1.2.36)

де d – кут зсуву фаз між струмом збудження і магнітним потоком, обумовлений магнітними втратами в двигуні.

Використовуючи вираз (1.2.36), отримаємо формулу електромагнітного моменту колекторного двигуна послідовного збудження, ввімкненого в мережу синусоідального змінного струму, Н×м:

image006 (1.2.37)

Перша частина виразу (1.2.37) являє собою постійну складову електромагнітного моменту Мпост (рис.1.2.11,а), а друга частина — змінну складову цього моменту Мзм (рис.1.2.11,б), що змінюється в часі з частотою, рівною под-воєній частоті напруги мережі.

Графік результуючого моменту М = f(t) (рис.1.2.10,в) отриманий додаванням графіків, його складових:

image008 (1.2.38)

image017

Рис.1.2.11.Графіки елек-

тромагнітного моменту і його складових при роботі колекторного двигуна від мережі змінного струму

Таким чином, результуючий електромагнітний момент при роботі двигуна від мережі змінного струму пульсує. Невеликі ділянки графіку М = f(t) з негативним гальмуючим значенням моменту обумовлені фазовим зсувом d між магнітним потоком і струмом в обмотці збудження. Чим менші магнітні втрати в магнітній системі двигуна, тим менший негативний момент. Пульсації електромагнітного моменту практично не порушують роботу двигуна. Пояснюється це тим, що при значній частоті пульсацій електромагнітного моменту (fм = 2f1) і більшому моменті інерції якоря обертання останнього є рівномірним.

При роботі універсального колекторного двигуна від мережі змінного струму перемагнічуванню підлягає вся магнітна система двигуна, включаючи станину і полюси. Це приводить до збільшення магнітних втрат, для зменшення яких станину і полюса статора доводиться робити шихтованими (див. рис.1.1.6,б).

Коефіцієнт корисної дії універсального двигуна при його роботі від мережі змінного струму більш низький, ніж при його роботі від мережі постійного струму. Другий недолік універсального двигуна — важкі умови комутації, що викликають інтенсивне іскріння на колекторі при вмиканні двигуна в мережу змінного струму. Цей недолік пояснюється наявністю трансформаторного зв’язку між обмотками збудження і якоря, що веде до наведення в комутуючих секціях трансформаторної ЕРС, яка погіршує процес комутації в двигуні.

Універсальні колекторні двигуни проектують таким чином, щоб отримати приблизно однакові частоти обертання при номінальному навантаженні як при живленні від мережі постійного, так і змінного струму.

Досягається це тим, що обмотка збудження двигуна виконана з розгалудженнями: при роботі двигуна від мережі постійного струму обмотка використовується повністю, а при роботі від мережі змінного струму – частково (рис.1.2.12,б). Але при навантаженнях, що відрізняються від номінальних, характеристики двигуна при його роботі від мережі постійного і змінного струму не співпадають через вплив індуктивних опорів обмоток якоря і збудження при живленні від мережі змінного струму. На рис.1.2.12,б приведені робочі характеристики універсального колекторного двигуна (пунктирними лініями при роботі двигуна від мережі змінного струму і суцільними – при роботі від мережі постійного струму). При однакових навантаженнях струм в обмотці якоря двигуна при його роботі від мережі змінного струму більший, ніж при роботі від мережі постійного струму, що пояснюється наявністю реактивної складової струму.

image018

Рис.1.2.12. Принципова схема (а) і робочі характеристики (б)

універсального колекторного двигуна

Частота обертання універсальних двигунів регулюється так, як і в двигунах постійного струму послідовного збудження.

Наявність щітково-колекторного вузла являється причиною ряду недоліків універсальних колекторних двигунів, особливо при їх роботі на змінному струмі. Але ці двигуни в порівнянні з асинхронними і синхронними при частоті напруги живлення f1 = 50 Гц дозволяють отримати частоту обертання до 10000 об/хв і більше.

Вітчизняною промисловістю виготовляється декілька серій універсаль-них колекторних двигунів, наприклад УВ, УЛ, МУН.

Васюра А.С. – книга “Електромашинні елементи та пристрої систем управління і автоматики”

Оставьте комментарий к статье