Wybór silnika prądu stałego

Kwestia doboru silników prądu stałego pojawia się najczęściej w przypadkach, gdy napęd jest zmienny iw związku z tym na silnik elektryczny nakładany jest wymóg zmiany prędkości obrotowej w określonych granicach.

Wiadomo, że silniki prądu stałego zapewniają znacznie większe możliwości sterowania prędkością niż silniki prądu przemiennego. Chociaż ostatnio zastosowanie elektronicznych przetwornic częstotliwości w napędach elektrycznych umożliwia stosowanie silników asynchronicznych również w napędach prądu przemiennego. Jest całkiem możliwe, że w niedalekiej przyszłości silniki indukcyjne o zmiennej częstotliwości prawie całkowicie zastąpią silniki prądu stałego.

W przypadku silników prądu stałego ze wzbudzeniem równoległym regulację prędkości w zakresie 1:3 lub nawet więcej można osiągnąć w prosty i ekonomiczny sposób, gdy silniki elektryczne są zasilane przez własne generatory (na przykład za pomocą układu „generator - silnik” lub „rozruchu » systemowe uzgodnienia i liczniki») regulacja staje się możliwa w jeszcze szerszym zakresie (1:10 i wyżej).Podczas korzystania z systemów kwadratowych możliwe jest doprowadzenie granic regulacji do 1: 150 i więcej.

Prąd stały ma również pewne zalety w przypadku napędzania koła zamachowego obciążenia udarowego, aw niektórych przypadkach w zastosowaniach związanych z podnoszeniem, w których wymagane są wysokie momenty rozruchowe i automatyczna kontrola prędkości w zależności od wielkości podnoszonego ładunku.

Biorąc pod uwagę pozytywne właściwości silników prądu stałego, należy również wziąć pod uwagę ich poważne wady w porównaniu z silnikami prądu przemiennego, a mianowicie:

a) konieczność stosowania źródeł prądu stałego, co wymaga specjalnych urządzeń przetwarzających,

b) wysoka cena samych silników elektrycznych i urządzeń,

c) duży rozmiar i waga,

d) duża złożoność operacji.

W związku z tym znacznie wzrastają zarówno koszty kapitałowe, jak i eksploatacyjne silników prądu stałego, w wyniku czego zastosowanie tych ostatnich można uzasadnić wyłącznie charakterystyką napędu.

W przypadku zmiennych (w szerokich granicach) napędów prądu stałego stosuje się głównie silniki o wzbudzeniu równoległym, aw niektórych przypadkach, gdy wymagane jest charakterystyczne zmiękczenie, silniki o wzbudzeniu mieszanym. Patrzeć: Obwody elektryczne prądu stałego i ich charakterystyki

Silniki prądu stałego o wzbudzeniu szeregowym stosowane są tylko w skomplikowanych urządzeniach dźwigowych i transportowych.

Regulacja prędkości silników prądu stałego o wzbudzeniu równoległym może odbywać się poprzez zmianę przyłożonego napięcia lub zmianę wielkości strumienia magnetycznego.Zmiana napięcia za pomocą reostatu w tworniku jest nieekonomiczna, ponieważ straty w tym przypadku rosną proporcjonalnie do stopnia regulacji. Dlatego ten sposób sterowania jest dopuszczalny tylko dla pojedynczych napędów o małej mocy.

W tym przypadku margines regulacji nie jest duży, ponieważ nadmierne zmniejszenie prędkości prowadzi do niestabilnej pracy silnika elektrycznego. Najbardziej ekonomiczna jest regulacja uzyskana poprzez zmianę napięcia dostarczanego do silnika elektrycznego.

Znane są dwa systemy zarządzania tą metodą.

• z jednym alternatorem (układ „alternator – silnik”),

• z dwoma regulowanymi generatorami (system «umowa - włączenie licznika»).

Oba układy w równym stopniu pozwalają na zmianę napięcia na zaciskach pracującego silnika elektrycznego w szerokim zakresie od 0 do Unom, a więc w szerokich granicach i płynnie zmieniają prędkość obrotową. Za niektóre zalety pierwszego systemu należy uznać niższy koszt zarówno generatorów, jak i aparatury łączeniowej.

Regulacja prędkości obrotowej silnika elektrycznego prąd stały poprzez wzbudzenie równoległe poprzez zmianę strumienia magnetycznego jest możliwa tylko „w górę”, w granicach nie więcej niż 1: 3 (rzadziej 1: 4). W razie potrzeby mamy szersze granice regulacji (1:5, 1:10), musimy przejść do powyższych układów regulacji napięcia. W przypadku silników elektrycznych małej mocy stosuje się mieszaną regulację napięcia i prądu.

Zwykle układ sterowania, a także rodzaj i charakterystyka silników elektrycznych są ustalane podczas projektowania napędu elektrycznego i z reguły podlegają uzgodnieniom z przedsiębiorstwami elektrotechnicznymi.

Dopuszczalne przeciążenie silników prądu stałego jest określone przez warunki pracy i wynosi od 2 do 4 na moment obrotowy, z dolną granicą dla silników o wzbudzeniu równoległym i górną dla silników o wzbudzeniu szeregowym.

Wybierając silniki elektryczne, musimy dążyć do tego, aby ich liczba obrotów odpowiadała obrotom pracującej maszyny. W tym przypadku możliwe jest najbardziej kompaktowe bezpośrednie połączenie maszyny z silnikiem elektrycznym i wyeliminowane są straty mocy nieuniknione w przypadku przekładni lub elastycznych przekładni.

Silniki prądu stałego serii normalnej produkowane są dla prędkości znamionowych 1000, 1500 i 2000. Silniki o prędkości poniżej 1000 są rzadko stosowane. Przy tej samej mocy silniki o wyższych obrotach charakteryzują się mniejszą masą, gabarytami i kosztami, a także wyższymi wartościami sprawności.

Dobór silników prądu stałego do mocy odbywa się analogicznie jak dla silników prądu przemiennego. Doboru mocy silnika należy dokonać zgodnie z charakterem obciążeń napędzanej maszyny.