Własności elektromechaniczne silników prądu stałego

Silniki prądu stałego z bezstopniową regulacją prędkości znajdują zastosowanie w napędach różnych maszyn, maszyn i urządzeń do obróbki skrawaniem metali. Wraz z szerokim zakresem regulacji prędkości pozwalają na uzyskanie charakterystyk mechanicznych o różnej (wymaganej) sztywności.

Z kursu elektrotechniki wiadomo, że równanie charakterystyk mechanicznych [n = f (M)] można zapisać jako

gdzie współczynniki Ce i Cm zależą od danych projektowych silnika; U to napięcie sieciowe; F to strumień magnetyczny silnika; R jest rezystancją obwodu twornika.

Wzór pokazuje, że jeśli U, R i F są stałe, charakterystyka mechaniczna silnika o wzbudzeniu równoległym jest linią prostą (rys.). Jeśli w obwodzie twornika nie ma rezystancji, wówczas charakterystyka mechaniczna jest naturalna (linia prosta 1, ryc. A). Punkt A odpowiada prędkości nominalnej nNa, ale jest nazywany idealną częstotliwością biegu jałowego.Sztywność charakterystyki określa rezystancja silnika R', na którą składa się rezystancja uzwojenia twornika, dodatkowych biegunów, uzwojenia kompensacyjnego, szczotek. Wpływ rezystancji w obwodzie twornika na charakterystykę ilustrują proste 2 i 3 (patrz rys. A).

Ryż. 1. Charakterystyka mechaniczna silników prądu stałego: a — gdy zmienia się rezystancja w obwodzie wirnika, b — gdy zmienia się napięcie w tworniku obwodu silnika prądu stałego ze zmianą niezależnego wzbudzenia, c — gdy prędkość obrotowa jest sterowana przez manewrowanie uzwojeniem wzbudzenia silnika przy wzbudzeniu szeregowym, d — przy różnych trybach hamowania.

Wzór umożliwia oszacowanie wpływu napięcia U i strumienia F. Przy zmianie U charakterystyka mechaniczna silnika o wzbudzeniu niezależnym przesuwa się równolegle do charakterystyki naturalnej (rys. C); prędkość biegu jałowego przy stałym R i U zmienia się odwrotnie do przepływu.

Ze wzoru na n = 0 mamy

tj. moment rozruchowy jest proporcjonalny do strumienia.

W ten sposób prędkość silnika można regulować, zmieniając strumień magnetyczny, napięcie przyłożone do uzwojenia twornika, wprowadzając rezystancje w obwodzie twornika.

Regulacja prędkości obrotowej silnika poprzez zmianę F jest stosowana dość często, ponieważ regulacja jest płynna, bez dużych strat energii, podlega automatyzacji. Zakres regulacji w kierunku zwiększania częstotliwości wirowania nie przekracza 1:4, można go rozszerzyć wprowadzając małe uzwojenie stabilizujące szeregowego wzbudzenia wraz z uzwojeniem dodatkowych biegunów.

Regulacja prędkości obrotowej poprzez zmianę napięcia przyłożonego do obwodu twornika silnika jest szeroko stosowana w niezależnie wzbudzonym silniku (ryc. C). Obecnie produkowane są silniki z zakresem regulacji do 1:8, zakres zwiększa się przy zastosowaniu przetwornic tyrystorowych.

Zobacz w tym temacie: Tryby hamowania silnika z równoległym wzbudzeniem