2 Тахогенератори постійного струму
Тахогенератори постійного струму – машини невеликої потужності, що служать для перетворення механічної величини в електричний сигнал – вихідну напругу. Зокрема, їх використовують для контролю і вимірювання кутової швидкості вала виконавчого пристрою, із яким з’єднаний вал тахогенератора, затискачі якоря якого з’єднані з вимірювальним приладом. Крім цього, тахогенератори застосовують в електромеханічних лічильно-вирішальних пристроях для виконання обчислювальних операцій, а також у засобах автоматичного відпрацьовування генерованих сигналів, які є прискорюючи ми і заспокоюючими.
Тахогенератори бувають магнітоелектричні із збудження основного магнітного поля за допомогою постійних магнітів і електродинамічні з електромагнітним збудженням, обумовленим МРС обмотки збудження, що дивиться від незалежного джерела електричної енергії постійної напруги.
Вихідна напруга
тахогенератора в режимі холостого ходу
змінюється лінійно в залежності від
кутової швидкості якоря, а при навантаженні
ця лінійність дещо порушується, причому
тим більше, ніж менший опір має
вимірювальний прилад, приєднаний до
затискачів якоря. Усе-таки для кожного
тахогенератора існує відносно невеликий
діапазон вимірюваних кутових швидкостей,
у межах якого при певному досить великому
опорі вимірювального приладу і незмінних
умовах кола збудження вихідну
характеристику
можна вважати практично лінійною.
Істотний недолік тахогенераторів постійного струму – пульсація вихідної напруги через незначну періодичну зміну магнітного потоку внаслідок нерівномірності повітряного зазору й нерівності магнітних провідностей якоря в різних радіальних напрямках, обумовлених у тому числі зубцюватою конструкцією його магнітопроводу, а також унаслідок вібрації щіток, нерівностей і еліптичності колектора і комутаційних процесів – значною мірою усунутий у тахогенераторі з порожнім якорем, що улаштований так само, як мало інерційний виконавчий двигун постійного струму з аналогічним якорем.
Неточність установки щіток по геометричній нейтралі колектора тахогенератора приводить до асиметрії вихідної напруги, тобто до генерування двох різних напруг в обмотці якоря при протилежних напрямках його обертання з однаковою кутовою швидкістю. При правильному розташуванні щіток асиметрія напруг перебуває в межах від 0,3 до 1% номінальної напруги тахогенератора.
3 Універсальні колекторні двигуни
Універсальні колекторні двигуни – машини малої потужності послідовного збудження із секційованою обмоткою збудження, завдяки чому вони можуть працювати як на постійній, так і на змінній стандартних напругах приблизно з однаковими властивостями й характеристиками. Такі машини використовують для привода малопотужних швидкохідних пристроїв і багатьох побутових приладів. Вони допускають
п
росте,
широке і плавне регулювання кутової
швидкості якоря. За своєю будовою
колекторні двигуни відрізняються від
машин постійного струму загального
застосування конструкцією Рисунок 2 –
Схема з’єднання обмоток нерухомої
частини – статора, магнітну систему
універсального колекторного двигуна. якого
збирають з тонких ізольованих один від
одного листів електротехнічної
сталі з виступаючими полюсами. На цих
полюсах розміщають по дві секції обмотки
збудження, що з’єднують послідовно з
обмоткою якоря і розташовують по обидві
сторони від її виводів (рисунок 2). Це
знижує радіоперешкоди від іскроутворення
на колекторі під щітками, яке при живленні
двигуна від мережі змінної напруги
особливо підсилюється через істотне
погіршення умов комутації. Поряд з таким
симетруванням обмотки збудження в
корпуси двигунів вбудовують конденсатори
ємністю 0,1…1 мкФ, що є фільтрами, усуваючими
перешкоди, котрі включають між затискачами
машини і її корпусом.
У залежності від конструкції двигуна обмотка збудження з’єднана з обмоткою якоря усередині машини або має самостійні зовнішні затискачі, що є зручнішим для зміни напрямку обертання якоря шляхом зміни місць проводів, що підходять до затискачів обмотки якоря або до затискачів обмотки збудження. Якір універсальних колекторних двигунів влаштований так само, як і якір машин постійного струму, а обмотка його приєднана до колекторних пластин, до яких притиснуті щітки.
Пуск цих двигунів виконують безпосереднім включенням у мережу постійної або змінної напруги, що відповідає номінальній напрузі, зазначеній у їхній табличці.
Кутова швидкість
якоря універсального колекторного
двигуна послідовного збудження прямо
пропорційна напрузі на його затисках
U
і
обернено пропорційна амплітуді магнітного
потоку
,
що залежить від навантаження на валу
машини, тобто
,
де к – постійний коефіцієнт для даної машини.
Тому механічні
характеристики
- м’які і зображуються різко спадаючими
кривими, що відрізняються одна від одної
при номінальних постійних і змінній
напругах на затискачах двигуна, унаслідок
того, що при живленні від мережі постійної
напруги має місце тільки спад напруги,
обумовлений опорами обмоток збудження
і якоря постійному струму, тоді як при
приєднанні до мережі змінної напруги
виникає значний індуктивний Рисунок 3
– Механічні характеристики спад
напруги на цих же обмотках. Крім того,
на універсального колекторного двигуна
змінному струмі при малій кутовій
швидкості приєднаного до мережі: а)
постійної якоря відбувається значний
зсув фаз між напруги; б) змінної напруги.
напругою і струмом, а це різко знижує
момент на валу двигуна. Для одержання
приблизно однакових механічних
характеристик (рисунок 3) включають
секційовану обмотку збудження на
постійний струм цілком, а при включенні
на змінний струм – частково, для чого
двигун приєднують до відповідної мережі
затискачами з позначеннями «+» і «-» або
затискачами з позначеннями «
».
При номінальних режимах, що відповідають живленню від мережі постійної або змінної напруг, номінальна кутова швидкість якоря однакова. Одна при перевантаженні двигуна, приєднаного до мережі змінної напруги, кутова швидкість якоря зменшується сильніше, а при розвантаженні зростає швидше, ніж при роботі його від мережі постійної напруги.
При холостому ході кутова швидкість якоря може перевищувати номінальну в 2,5…4 рази і вище, а це неприпустимо внаслідок значних відцентрових сил, що можуть зруйнувати якір. З цієї причини режим холостого ходу допустимий тільки для двигунів малої номінальної потужності з відносно великими механічними втратами, що обмежують кутова швидкість якоря. Двигуни з незначними механічними втратами завжди повинні нести навантаження не менше 25% номінальної.
Регулювання кутової швидкості якоря здійснюють зміною напруги на затисках машини, а також шунтуванням за допомогою резистора обмотки збудження або обмотки якоря. З цих способів полюсне регулювання, здійснюване рівнобіжним включенням обмотки збудження регульованого резистора, є найбільш економічним.
Основною перевагою універсальних колекторних двигунів у порівнянні з асинхронними і синхронними двигунами є те, що вони розвивають значний початковий пусковий момент завдяки наявності послідовної обмотки збудження і дозволяють без застосування підвищувального редуктора одержати кутову швидкість якоря значно вище синхронної:
,
де p – число пар полюсів, яке у найбільш розповсюджених двигунах номінальної потужності до 150…200 Вт звичайно дорівнює одиниці і тільки при переходи до більш потужних машин воно буває рівним двом.
Швидкохідність універсальних колекторних двигунів обмежує їхні розміри й масу. Номінальний ККД цих машин залежить від їхньої номінальної потужності, швидкохідності й роду струму.
Так, у двигунів номінальною потужністю від 5 до 100 Вт він складає від 0,25 до 0,55, а у машин номінальною потужністю до 600 Вт його значення доходить до 0,70 і вище, причому робота двигунів на змінному струмі завжди супроводжується зниженим ККД, що зумовлене підвищеними магнітними й електричними втратами. Номінальний коефіцієнт потужності універсальних колекторних двигунів складає 0,70…0,90.