8. 9. Исполнительные двигатели постоянного тока. Якорное управление. Полюсное управление.

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 Uв , а на другую (обмотку управления) подают напряжение управления Uy 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 Uy подают на обмотку якоря; обмотка главных полюсов присоединена к сети постоянного тока с неизменным напряжением Uв . Следовательно, коэффициент сигнала α = Uy /Uв . Для двигателей с постоянными магнитами α = Uy /Uном .

Когда напряжение Uy = 0, ток в обмотке якоря Iу и вращающий момент двигателя М равны нулю, и, следовательно, самоход двигателя исключается. Изменяя напряжение Uy , можно регулировать частоту вращения двигателя. Магнитная цепь исполнительных двигателей выполняется ненасыщенной, поэто­му при Uв = const магнитный поток Ф = kфUв , где kф - 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)

Iу = (Uy - E)/Ry = (αUв - сe kфUв n)/ΣRa,

где Е = сеФn = сe kфUв n - ЭДС, индуцированная в обмотке якоря; Ry = ΣRa — сопротивление цепи якоря. Следовательно, вращающий момент двигателя М = cM kфUв Iy или с учетом (9.5)

(9.6)

М = (cM kф αUв2 - cM се kфUв2п)/ΣRa.

Примем за базовую единицу момент Мк , развиваемый двигателем при n = 0 и α = 1: Мк = cM kфUв2/ΣRa . Тогда относительное значение момента

(9.7)

m = М/Мк = α - се kф n.

Частота вращения при холостом ходе двигателя и α = 1

(9.8)

n01 = Uв /сеФ = Uв /(се kфUв) = 1/(се kф),

а относительная частота вращения

(9.9)

v= п/п01 = се kф п.

Таким образом, уравнение механической характеристики принимает вид

(9.10)

m = α - v.

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)

v = α - m.

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 Uy подают на обмотку главных полюсов. Обмотка якоря постоянно включена на напряжение сети Uв и по ней проходит ток Iв . 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 Rдоб . Регулирование частоты вращения осуществляют путем изменения напряжения управления Uy = αUв , 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.