Постоянного тока

Машины постоянного тока используются в промышленности так же широко, как и машины переменного тока. Несмотря на то, что стоимость их выше, чем машин переменного тока, они обладают лучшими эксплуатационными характеристиками в отношении регулирования частоты вращения, пуска и допускают более высокие перегрузки. В основном машины постоянного тока используются в качестве двигателей. В связи с широким применением автоматизированного электропривода и применением тиристорных преобразователей, позволяющих питать электродвигатели постоянного тока регулируемым напряжением от сети переменного тока, эти двигатели наиболее удобны в эксплуатации. Номинальные мощности машин постоянного тока составляют от долей ватт до 12 Мвт, а номинальные напряжения не превышают 1500 В. Частота вращения таких машин колеблется в широких пределах – от нескольких оборотов до нескольких тысяч оборотов в минуту. Эти устройства используются для привода различных механизмов на транспорте (электровозы, тепловозы, поезда, электромобили, на морских и речных судах), в черной металлургии (прокатные станы, транспортеры), станкостроении, в системах автоматического регулирования и т. д. Основной конструктивной особенностью, отличающей машины постоянного тока, является наличие щеточно-коллекторного аппарата, который требует тщательного ухода в эксплуатации и снижает надежность работы машины.

Двигатели постоянного тока классифицируются по способу включения обмотки возбуждения: независимого возбуждения, параллельного (шунтового) возбуждения, последовательного (сериесного) возбуждения и смешанного (компаундного) возбуждения. Принципиальные схемы этих двигателей представлены на рис. 7.

В машинах с параллельным возбуждением обмотка возбуждения присоединяется параллельно к зажимам якоря. Ток возбуждения при нормальных условиях работы составляет по отношению к току якоря от 5% у машин малой мощности, до 1% у машин большой мощности. Так как обмотка возбуждения включается непосредственно под напряжение , а ее ток во много раз меньше тока якоря, то сопротивление обмотки возбуждения должно быть относительно велико. Для регулирования тока в обмотке возбуждения последовательно с ней включается реостат – так называемый шунтовой регулятор. Для машин параллельного возбуждения характерным является относительное постоянство основного магнитного потока и его малая зависимость от нагрузки машины.

В машинах последовательного возбуждения весь ток якоря проходит через обмотку возбуждения. Последняя поэтому выполняется проводом относительно большого сечения и имеет небольшое сопротивление. В этих машинах магнитный поток изменяется в широких пределах в зависимости от изменения нагрузки.

Машины смешанного возбуждения имеют две обмотки последовательно соединенную с якорем и параллельную. В зависимости от назначения такой машины одна из обмоток является основной, имеющей относительно большой полный ток, а вторая служит лишь для относительно слабого дополнительного воздействия на главное поле машины. Таким образом, машина смешанного возбуждения может быть по своим характеристикам в основном машиной параллельного возбуждения с небольшой последовательной обмоткой или же машиной последовательного возбуждения с небольшой параллельной обмоткой (например, двигатель смешанного возбуждения с мягкой механической характеристикой). В случае смешанного возбуждения обмотки машины могут иметь согласное соединение, если оба магнитных потока от двух обмоток складываются, или встречное соединение, если их магнитные потоки вычитаются.

В машинах независимого возбуждения ток возбуждения не зависит от напряжения на зажимах якоря машины, поскольку обмотка возбуждения получает ток от независимого источника возбуждения.

Рис. 7. Схемы двигателей постоянного тока: а) с независимым; б) параллельным; в) последовательным; с) смешанным возбуждением.

По ряду свойств машины с независимым возбуждением весьма мало отличаются от машин с параллельным возбуждением. К преимуществам машин с независимым возбуждением относится возможность регулирования частоты вращения изменением питающего напряжения при фиксированном токе возбуждения.

Ток якоря в двигателях независимого и последовательного возбуждения равен току , потребляемому двигателем из сети, а в двигателях параллельного и смешанного возбуждения ( — ток, протекающий в обмотке возбуждения).

Основные серии машин постоянного тока общего назначения — 2П и 4П. Помимо этих серий выпускаются серии краново-металлургических двигателей и серии специального назначения.

Серия 2П включает двигатели мощностью от 0, 13 до 200 кВт с высотой оси вращения 90-135 мм. Для замены серии П габаритов 12-26 выпускается серия П2. Двигатели серий 2П и 4П выпускаются на напряжение 110, 220, 340 и 440 В, на номинальные частоты вращения 750, 1000, 1500, 2200 и 3000 об/мин. Машины выполняются в защищенном исполнении с самовентиляцией и независимой вентиляцией от постороннего вентилятора; в закрытом исполнении – с естественным охлаждением и наружным обдувом от постороннего вентилятора.

Двигатели серии 2П имеют независимое возбуждение и компенсационную обмотку, обеспечивающую большие кратковременные перегрузки и широкий диапазон изменения частоты вращения. А общее число модификаций двигателей постоянного тока с каждым годом возрастает. Перечислим лишь некоторые из них. Для металлургических, крановых, экскаваторных и других приводов выпускаются двигатели серии Д. Они имеют мощности от 2, 5 до 185 кВт, напряжением 220 и 440 В, номинальные частоты вращения 400–1440 об/мин. Эти двигатели обладают малым моментом инерции и обеспечивают регулирование частоты вращения в широких пределах. Для электроприводов шагающих экскаваторов выпускаются двигатели типа МПВЭ-450-29; для привода механизма подъема и тяги – двигатель типа МПЭ-1000-630 УХЛЗ; для буровых установок – двигатель типа ДЭВ-808; для морских буровых установок в морском взрывозащищенном исполнении – двигатель типа ММП-1000-1000МЗ; серия ПЛ включает двигатели независимого возбуждения мощностью от 30 до 600 Вт, напряжением 110 и 220 В и частотой вращения 1400 и 2700 об/мин; микродвигатели постоянного тока с постоянными магнитами имеют серию ДПМ от долей ватта до десятков ватт, напряжением 12, 14 и 27 В; малоинерционные исполнительные микродвигатели постоянного тока имеют якорь, выполненный в виде полого цилиндра или диска, и относятся к серии ДПР.