Способы управления исполнительными двигателями постоянного тока

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) подают напряжение управления U _y только при необходимости вращения вала двигателя. В зависимости от того, на какую обмотку подают управляющий сигнал, различают два способа управления исполнительными двигателями (рис. 9.6): якорное и полюсное.

В некоторых случаях применяют исполнительные двигателя с постоянными магнитами, в которых управляющий сигнал подают на обмотку якоря.

Исполнительные двигатели работают в переходном режиме; для них характерны частые пуски, остановы и реверсы.

Двигатель с якорным управлением. В этом двигателе (рис. 9.6, а)

напряжение управления U _y подают на обмотку якоря; обмотка главных полюсов присоединена к сети постоянного тока с неизменным напряжением U _в. Следовательно, коэффициент сигнала α = U _y / U _в. Для двигателей с постоянными магнитами α = U _y / U _ном.

Когда напряжение U _y = 0, ток в обмотке якоря I _у и вращающий момент двигателя М равны нулю, и, следовательно, самоход двигателя исключается. Изменяя напряжение U _y, можно регулировать частоту вращения двигателя. Магнитная цепь исполнительных двигателей выполняется ненасыщенной, поэто­му при U _в = const магнитный поток Ф = k _ф U _в, где k _ф - постоянная, зависящая от параметров обмотки возбуждения (сопро­тивления и числа витков)

Рис. 9.6. Схемы включения исполнительных двигателей постоянного тока при якорном (о) и полюсном (б) управлении

и магнитного сопротивления цепи машины. Ток якоря

(9.5)

I _у = (U _y - E)/ R _y = (α U _в - с_e k _ф U _в n)/Σ R_a,

где Е = с_еФn = с_e k_фU_в n - ЭДС, индуцированная в обмотке якоря; R_y = Σ R_a — сопротивление цепи якоря. Следовательно, вращающий момент двигателя М = c_M k_фU_в I_y или с учетом (9.5)

(9.6)

М = (c_M k _ф α U _в² - c_M с_е k _ф U _в² п)/Σ R_a.

Примем за базовую единицу момент М_к, развиваемый двигателем при n = 0 и α = 1:
М_к = c_M k_фU_в²/Σ R_a. Тогда относительное значение момента

(9.7)

Частота вращения при холостом ходе двигателя и α = 1

(9.8)

n₀₁ = U_в /с_еФ = U_в /(с_е k_фU_в) = 1/(с_е k_ф),

а относительная частота вращения

(9.9)

Таким образом, уравнение механической характеристики принимает вид

(9.10)

Из (9.10) следует, что механические характеристики двигателя при различных значениях а прямолинейны и параллельны (рис. 9.7, а). Решая (9.9) относительно v, получаем уравнение регулировочной характеристики

(9.11)

Регулировочные характеристики при различных значениях m также прямолинейны и параллельны (рис. 9.7, б).

Двигатель с полюсным управлением. В этом двигателе (см. рис. 9.6, б) напряжение уравнения U _y подают на обмотку главных полюсов. Обмотка якоря постоянно включена на напряжение сети U _в и по ней проходит ток I _в . Чтобы ограничить

Рис. 9.7. Механические и регулировочные характеристики двигателя при якорном управлении

ток якоря при n = 0, в его цепь часто включают дополнительный резистор R _доб. Регулирование частоты вращения осуществляют путем изменения напряжения управления U _y = α U _в , т. е. изменения магнитного потока Ф двигателя.

Сравнение свойств двигателей при различных способах управления. Исполнительные двигатели постоянного тока имеют ряд преимуществ по сравнению с асинхронными исполнительными двигателями: большую линейность характеристик, высокое быстродействие и лучшее использование активных материалов двигателя. Недостатком их является наличие скользящего контакта между щетками и коллектором, который снижает надежность работы и создает радиопомехи, возникающие от коммутационного искрения.

Из исполнительных двигателей постоянного тока наилучшими свойствами обладает двигатель с якорным управлением. Для него характерны отсутствие самохода, высокая линейность механических и регулировочных характеристик, а также большая крутизна механических характеристик, что обеспечивает быстрый разгон двигателя; кроме того, ток в этом двигателе проходит через щеточный контакт только при отработке сигнала управления, предотвращая подгар коллектора при неподвижном якоре. Основным недостатком двигателя с якорным управлением является сравнительно большая мощность управления.

Свойства двигателя с полюсным управлением значительно хуже, чем двигателя с якорным управлением, поэтому в современных автоматических устройствах применяют главным образом исполнительные двигатели с якорным управлением.