ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Общие сведения. Классификация электродвигателей

Авиационные электродвигатели представляют собой электриче­ские машины закрытого исполнения с естественным охлаждением. Они выполняются на мощности от долей ватта до десятков кило­ватт.

Электродвигатели применяются для длительной, повторно-крат­ковременной и кратковременной работы. Их перегрузочная способ­ность характеризуется отношением максимально допустимого мо­мента к номинальному и составляет

-■Имакс „ . „

ЛІ «3 “ От

Ми

Принцип действия и устройство авиационных электродвигате­лей аналогичны обычным электрическим машинам.

В авиационном электроприводе применяются следующие типы электродвигателей постоянного тока:

Рис. 33. Схе­ма электро­двигателя последова­тельного возбужде. ния

последовательного возбуждения с одной или двумя (для ревер­са) обмотками возбуждения (рис. 33);

параллельного возбуждения (рис. 34, а) с независимым воз­буждением (рис. 34, б), с возбуждением от постоянных магнитов (рис. 34, в);

смешанного возбуждения (рис. 35).

Свойства электродвигателей в основном определяются их ме­ханическими характеристиками, мощностью, к. п. д., а также электромеханической постоянной времени.

Механические характеристики электродвигателей — это зави­симость скорости вращения п от величины момента М на валу двигателя при постоянном напряжении питания

n = f(M). (1.10)

Проводимое к якорю электродвигателя напряжение И уравнове­шивается противо-э. д. с. Е и падением напряжения на сопротив­лении /?„ якоря, т. е.

£/ = £ + /«/?«, (1.11)

где /„ — ток в обмотке йкоря.

Противо-э. д. с. равна

" Е = спФ, (1.12)

где с — коэффициент, определяемый числом пар полюсов и обмо­точными данными якоря;

0) — магнитный пото’к возбуждения; п — скорость вращения якоря.

Из формул (1.11) и (1.12) можно найти связь между скоростью вращения и током якоря:

U /я/?я

п ~ сФ сФ •

Электромагнитный‘Вращающий момент Мэ двигателя пропорци­онален произведению тока якоря на поток

Мэ = кы/яФ. ‘ (1.14)

Механические потери, получа­ющиеся за счет трения в подшип­никах, в щеточных контактах, от трения якоря о воздух учитыва­ются механическим коэффициен­том полезного действия тім. Тогда вращающий момент на валу дви­гателя равен:

М = чыМэ. (1.15)

Из (1.13), (1.14), (1.15) опре­деляется выражение для механи — Рис ческой характеристики электро двигателя

/ — параллельного возбуждения; г — по — U MR* следовательного возбуждения; 3 — сме­ту = — ————————————— М 1 шанного возбуждения

П СФ Т]м(сФ)2 •

Для электродвигателя параллельного возбуждения ток воз­буждения не зависит от тока якоря и при изменении момента М поток Ф изменяется незначительно (влияние реакции яко­ря), поэтому зависимость n=f (М) без учета реакции яко­ря и насыщения железа машины представляет собой наклонную прямую 1 (рис. 36). Для электродвигателя последовательного воз­буждения магнитный поток зависит от тока якоря

Ф = £м/., (1.17)

где ky — коэффициент, зависящий от конструкции двигателя. Так, вращающий момент М будет равен

-И = -/;мМэ =г4!А/ЯФ = ritikKky! l. 7 (1.18)

Отсюда

‘-Ґ-

У Лм*кА1

Эта зависимость приведена на рис. 36 (кривая 2). Кривая 3 яв­ляется механической характеристикой для двигателя смешанно­го возбуждения. Из характера изменения кривой 2 и наклонной 1 следует, что:

электродвигатель параллельного возбуждения имеет «жесткую» механическую характеристику, т. е. в рабочем диапазоне изменения нагрузки скорость вращения изменяется незначительно;

электродвигатель последовательного возбуждения имеет «мяг­кую» механическую характеристику (с изменением нагрузки ско­рость вращения резко изменяется);

при холостом ходе (Л4=0) двигатель параллельного возбужде­ния имеет вполне определенную скорость вращения п0, в то время

как v двигателя последовательного возбуждения она стремится к со. Практически скорость холостого хода ограничивается силами трения и всего в 3—5 раз больше номинальной;

момент короткого замыкания Мк.3 электродвигателя последова­тельного возбуждения значительно больше, чем для электродвига­теля параллельного возбуждения той же мощности.

Эти особенности электродвигателей различного возбуждения определяют их области применения. Так, электродвигатели парал­лельного возбуждения используются в тех случаях, когда необходи­ма постоянная скорость вращения при изменяющейся нагрузке и не требуется большой пусковой момент (программные механизмы, гироскопы и т. д). Электродвигатели последовательного возбуж­дения применяются там, где требуется большой пусковой момент, постоянство скорости вращения не имеет существенного значения, и на валу двигателя всегда имеется нагрузка (привод элементов управления самолета и т. д.).

Электродвигатели смешанного возбуждения применяются в случаях, когда необходимо получить одновременные свойства дви­гателей параллельного и последовательного возбуждения (преоб­разователи, стартеры и т. д.).

Методы пуска электродвигателей. При подключении эчектро — двигателя к сети в начальный момент якорь неподвижен, противо-

г? г Е

э д. с. Е равна нулю, и сила тока в якоре равна /„ =

Так как Rn мало, то ток якоря достигает большой величины.

Электродвигатели малой мощности включаются на полное на­пряжение сети. Однако такой метод не пригоден для пуска электро­двигателей большой мощности из-за возникновения при этом зна­чительных пиков тока и резкого нарастания вращающего момента. Поэтому для мощного электропривода применяют реостатный пуск. На рис. 37, а приведена схема реостатного пуска электродвигателя независимого возбуждения. При замыкании выключателя В кон­тактор К замыкает свои контакты, включая напряжение V сети через пусковое сопротивление Ra на якорь электродвигателя — В ре­зультате большого падения напряжения на сопротивлении /?п напряжение на якоре электродвигателя будет небольшим. По мере увеличения скорости вращения со возрастает прогиво-э. д. с. электродвигателя, что приводит к уменьшению тока якоря:

Рис. 37. Реостатный пуск двигателя: а — схема реостатного пуска двигателя смешанного возбуж­дения; б—пусковая характеристика

w U — Е U — с соф

Я Ея 4- Rn /?я Н~

С уменьшением тока уменьшается падение напряжения на со­противлении Rn и, следовательно, возрастает напряжение на обмої — ке контактора К2. При определенном напряжении контактор сра­батывает и своими контактами шунтирует сопротивление Rn. Те­перь якорь электродвигателя находится под полным напряжением сети. Характер изменения тока и скорости вращения ПО-4500 в процессе пуска соответствует кривым, изображенным на рис. 37, б.

Методы регулирования скорости вращения. Из формулы (1.21) следует, что при A! = const скорость вращения электродвигателей постоянного тока можно регулировать изменением напряжения пи­тания U, сопротивления цепи якоря Rn или магнитного потока <1>.

Схемы регулирования скорости вращения, основанные на изме­нении сопротивления цепи якоря, приведены на рис — 38, а на рис. 39 показаны механические характеристики двигателей.

В обоих двигателях увеличение сопротивления приводит к воз­растанию наклона механической характеристики. Этот способ хотя и отличается простотой, но из-за больших потерь энергии на реос­тате неэкономичен. Он применяется для электродвигателей неболь­шой мощности.

На рис. 40 приведены схемы регулирования скорости вращения двигателей изменением потока (тока) возбуждения.

При постоянной величине нагрузочного момента с уменьшением сопротивления Rp, шунтирующего обмотку возбуждения (ОВ), для электродвигателя последовательного возбуждения магнитный по­ток уменьшается и скорость вращения увеличивается (рис. 41, о).

Для электродвигателя параллельного возбуждения (рис. 41, б) характерно следующее. Механические характеристики для двух различных потоков Фі и Ф2 возбуждения пересекаются в точке, со­ответствующей моменту М2. При нагрузке Mt<zM2 уменьшение

потока от ф2 до Ф( вызывает рост скорости вращения. При нагруз­ке М3~>М2 уменьшение потока скорость вращения.

Рассмотренный способ регулирования применяется лишь для стабилизации скорости вращения или для увеличения ее в неболь­ших пределах. Регулирование скорости вращения изменением на­пряжения питания осуществляют только в специальных системах (например, в системе генератор—двигатель). Этот способ сложен.

Методы реверсирования электродвигателя. Для реверсирования (изменения направления вращения) электродвигателей постоянно­го тока требуется изменить или направление тока в якоре, или на­правление магнитного потока возбуждения.

На рис. 42 представлена одна из схем реверсирования. В элек­тродвигателях последовательного возбуждения для осуществления реверса применяют две обмотки возбуждения, создающих магнит­ные потоки противоположного направления.

Для каждого направления вращения используется одна из об­моток, а другая при этом остается отключенной от сети.

Методы торможения электродвигателей. Для быстрого прекра­щения движения выходного вала в электромеханизмах применяют либо электромагнитные муфты, либо электрическое торможение двигателей.

Различают динамическое торможение, торможение противовклю — чением и генераторное торможение с отдачей энергии в сеть.

Наибольшее распространение в авиационных устройствах на­шло динамическое торможение электродвигателей (рис. 43). При выключении обмотки контактора его нормально замкнутые контак­ты замыкают накоротко обмотку якоря. Так как при этом обмотка возбуждения остается включенной на напряжение сети, а якорь двигателя продолжает по инерции вращаться, то двигатель перехо­дит в генераторный режим. Ток в цепи якоря изменит направление и будет создавать тормозной момент- Кинетическая энергия якоря превращается в электрическую, которая расходуется на нагревание цепи якоря.