Дадим краткую характеристику двигателю постоянного тока.

 

ДПТ включает якорную обмотку (ротор с якорной обмоткой), статор, щеточный узел. Такой двигатель представляют собой обратимые электрические машины, т. е.  в определенных условиях способные функционировать как генераторы.

Статор

 

В зависимости от конструктивных особенностей, на статоре ДПТ могут располагаться различные элементы.

Постоянные магниты обмотки возбуждения — специальные катушки, служащие для наведения магнитного потока возбуждения.

ДПТ классифицируются по тому, каким способом коммутируют обмотки возбуждения. На тяговые и электрические параметры электродвигателя оказывает существенное влияние тип подключения обмоток возбуждения. Имеются независимые, параллельные, последовательные и смешанные способы коммутации  обмоток возбуждения.

Ротор

 

Ротор ДПТ включает многочисленные катушки, одна из которых запитывается, что зависит  от угла, на который повернут ротор относительно статора. Использование большого количества (несколько десятков штук) катушек требуется для обеспечения нормального взаимодействия магнитных полей статора и  ротора – для создания на роторе максимального момента.

Выводы на всех катушках объединяют в коллекторный узел, который, как правило, является кольцом изолированных пластин-контактов, располагающихся по оси ротора. Разработаны и конструктивно другие коллекторные узлы.

Щеточный (коллекторно-щеточный) узел

 

Щеточный узел требуется на вращающемся роторе при подводе электроэнергии к катушкам. Щетка представляет собой неподвижный контакт, как правило, выполненный из графита или медно-графитовый.

Щетки нередко размыкают/замыкают коллекторные пластины-контакты на роторе, в итоге при работе ДПТ в обмотках ротора возникают переходные процессы. При данных процессах появляется искрение на коллекторе, что существенно снижает ресурс двигателя. От искрения избавляются посредством  выбора оптимального положения полюсов ротора к статору (снижением тока коммутации), и присоединением реактивных элементов внешнего типа (конденсаторов).

Если токи большие, в роторе ДПТ появляются мощные переходные процессы, в итоге искрение может непрерывно охватывать пластины коллектора, и положение щеток на это не влияет. Такое явление носит название  кольцевого искрения коллектора. Данное искрение является опасным, поскольку происходит одновременное выгорание всех пластин коллектора, что существенно сокращает срок его службы. Внешне кольцевое искрение проявляется как светящееся кольцо около коллектора. Появление такого эффекта недопустимо. Во избежание этого при создании проекта приводов ставятся определенные ограничения на токи в роторе (максимальные моменты двигателя).

Принцип функционирования.

Рамка с током, находящаяся под действием магнитного поля возбуждения статора, подвергается воздействию сил, создающих момент на роторе.

Управление ДПТ.

Механическая характеристика ДПТ.

Показатель, определяющий, как частота зависит от момента на валу двигателя. Отражается в виде графика, где ось абсцисс (горизонтальная) показывает момент на валу ротора, а ось ординат (вертикальная) — частоту вращения ротора. Механической  характеристикой ДПТ является прямая, которая идет с отрицательным наклоном. Данная прямая строится при заданном напряжении питания обмоток ротора. При необходимости построения механических характеристик с применением нескольких показателей напряжения питания следует говорить о семействе мех. характеристик ДПТ.

Регулировочная характеристика ДПТ

Показатель зависимости частоты от момента на вале двигателя. Отражается на графике, где ось абсцисс показывает напряжение питания обмоток ротора, а ось ординат — частоту вращения ротора. Это прямая, которая идет с положительным наклоном.

Построение данной характеристики ведется при определенном моменте, который развивает двигатель. Если необходимо построить регулировочные характеристики для ряда показателей напряжения питания, следует говорить о семействе регулировочных хар-к ДПТ.

Управление ДПТ

Приводы на основе ДПТ управляемого типа применяют в целях управления идеей ШИМ.

Управление двигателем ведется по току в моторной обмотке, который является пропорциональным напряжению, приложенному к данной обмотке. Реакция двигателя на такое напряжение при определенном внешнем моменте видима на соответствующей регулировочной характеристике. Данная мех.  характеристика определяет скорость, достигаемую двигателем в установившемся режиме.

Формулы, применяемые при управлении ДПТ:

Момент, который способен развить двигатель, пропорционален току обмотки  якоря (ротора):

M = kmI, где km — коэффициент момента двигателя.

ПротивоЭДС в якорных обмотках пропорциональна угловой частоте вращения ротора:

E = kew, где ke — коэффициент ЭДС ДПТ

Закон Ома (обмотка ротора):

U = RI, где R — сопротивление обмотки ротора, I и U — ток в обмотке и напряжение, которое подается на роторную обмотку

Плюсы и минусы ДПТ.

Положительными моментами ДПТ являются простота конструкции и управления, а также практически линейные характеристики двигателя (механическая и регулировочная).

К недостаткам можно отнести необходимость профилактики коллекторно-щеточных узлов, ограничение срока службы износом коллектора.