Что такое двигатель постоянного тока с независимым возбуждением

ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

по формуле рп N’

Рис 11 Схема включения дои гателя независимого возбуж ден ия

В двигателе независимого возбуждения питание якоря дви­гателя и обмотки возбуждения производится от независимых источников энергии U и (/в (рис 14) Якорь двигателя вращается в магнитном поле, создаваемом обмоткой возбуждения При этом в обмотке якоря наводится электродви — +

р — число пар главных полюсов, п — скорость вращения якоря, об/мин,

N — число активных проводников обмотки якоря, а — число пар параллельных вет­вей обмотки якоря,

Ф — полезный магнитный поток одного полюса, Вб, кЕ — конструктивная постоянная э д с

Если поток двигателя — величина постоянная, то Е = сЕп (сЕ — кЕФ — коэффициент э. д. с. двигателя, В/об/мин.).

Если Е выразить через функцию угловой скорости вращения, т, е. Е — кФсо, то конструктивная постоянная двигателя

Уравнение электрического равновесия якорной цепи двига­теля

где ‘ U — напряжение, приложенное к якорю двига­

Е — э. д. с. двигателя;

Яя — сопротивление цепи якоря (включает сопро­тивления добавочных полюсов и компенса­ционной обмотки);

Ья — индуктивность якоря двигателя;

Тэ = LjRa — электромагнитная постоянная времени якоря. Индуктивность якоря электродвигателя можно приближенно определить по формуле [8]:

где ■ с — постоянная. Для компенсированных двигателей

с = 0,1 0,25 (меньшее значение для тихоход­

ных двигателей); для некомпенсированных дви­гателей с — 0,6; ин, /н, пн — соответственно номинальные значения напряже — жения, тока и скорости вращения электродви: гателя.

В операторном виде уравнение электрического равновесия U^E + IMl + Tj*). (П-4)

При установившемся режиме работы двигателя

Мощность, потребляемая якорем электродвигателя из сети, кВт

РС = ШЯ 10’3. , (II.6)

Часть этой мощности расходуется на покрытие мощности потерь в сопротивлении обмотки якоря (ры) и сопротивлении щеточного контакта (рщ):

Остальная часть потребляемой из сети мощности преобразо­вывается в электромагнитную мощность Р& двигателя

= Рс—(рн + рщ) = ([/-/я£я) /я 10—3 = £7Я10_3. (П.8)

Электромагнитную мощность можно гаже выразить через электромагнитный момент двигателя Ма (полный вращающий момент, развиваемый двигателем) и скорость вращения якоря:

Отсюда электромагнитный момент двигателя, Н м

Подставляя в это уравнение значение Рл по формуле (II.8), получим

Ма = 1000^10-3 ф/я = кмф1я, (II И)

где км — конструктивная постоянная момента двигателя.

Если поток двигателя — величина потоянная, го

Ма — См1я Н-м, (11.13)

где см — кмФ — коэффициент момента двигателя, Н м/А. Разделив значение см на сЕ, получим

= -2ла..- =4р — = 9,55. (11.14)

В случае, если э. д. с. двигателя выражается в функции угловой скорости вращения Е = &Фсо = сФ, то kE = k’M = k, Се = см = с-

Полезная механическая мощность Р, отдаваемая валом дви­гателя, меньше электромагнитной мощности Ра на величину мощ­ности механичеоких потерь рмех (потери в подшипниках, венти­ляторные, на трение щеток о коллектор) и мощности потерь в стали рст (потери на гистерезис и вихревые токи в сердечнике якоря и зубцах):

Обычно потери в двигателе оценивают коэффициентом полез­ного действия, под которым понимают отношение полезной меха­нической мощности Р к мощности, подводимой к двигателю:

Полезный момент на валу двигателя М меньше электромагнит­ного Ма на величину момента потерь в подшипниках, венти-

ляционного и трения щеток о коллектор, т. е. потерь холостого хода Мх х

М = М, — Мхх. (II 17)

С некоторым приближением Мх х принимают величиной постоянной и легко определяют по паспортным данным Мх х = = Мад — Мн. Обычно считают, что Мх х ^ (0,03-ъ 0,05) Мн.

Условимся под моментом двигателя в’Дальнейшем понимать электромагнитный момент. При этом потери в двигателе будем относить к статическому моменту или пренебрегать этими поте­рями, т. е. будем считать, что М — Ма.

Значения постоянных коэффициентов сЕ и см для практи­ческих расчетов можно определять по каталожным данным дви­гателя, где даются номинальные значения Рн, UH, /н, ян, і]н. Тогда для номинального потока двигателя:

В каталогах сопротивление /?я, как правило, не указывается и его приближенно определяют, считая для двигателя независи­мого возбуждения, что при /н половина всех потерь в двигателе приходится на потери в сопротивлении цепи якоря [91, т. е.

/S/?» ^ 0,5 (1 — Т|Н) £/„/*. (II 19)

= 0,5 (1 — г)н) RH Ом, (11.20)

номинальное сопротивление двигателя.

• ДВИГАТЕЛЬ НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ 1 КАК ОБЪЕКТ РЕГУЛИРОВАНИЯ
• СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ КОРРЕКЦИЕЙ (СИСТЕМЫ ПОДЧИНЕННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЗАВИСИМЫХ ВЕЛИЧИН)
• Рекомендации по выбору бизнеса
• Строительное оборудование МСД
• Тепловые насосы

Электронные системы

Техника управления двигателем также полностью изменилась. С 1920-х по 1950-е годы при производстве погрузчиков применяют Carbon Pile – систему управления, которая состоит из нескольких угольных колец в качестве сопротивления и последовательно включает их в цепь питания двигателя движения. При нажатии на педаль скорости угольные кольца прижимаются, в результате чего уменьшается электрическое сопротивление и увеличивается скорость машины.

Следующей ступенью развития (с конца 1940-х до начала 1960-х годов) стал барабанный контроллер, который при нажатии педали скорости замыкал определенные участки металлического сопротивления. Благодаря изменению сопротивления регулировалась скорость вращения ротора двигателя. Другим техническим решением, которое нашло применение в 1950-е годы, стала система из многих выключателей, которые через микропереключатели педали скорости включали и отключали пусковое сопротивление с различными шагами. В начале 1960-х годов при производ­стве вилочных погрузчиков стали применять электронные системы управления на тиристорах или с выключателями нагрузки и SCR-управлением (Silicon Controlled Rectifier). Системы управления SCR сравнительно громоздкие, поскольку, чтобы включать или выключать в них главный тиристор, необходим комплексный контур с конденсаторами и индуктивной катушкой.

В 1980-е годы сделан еще один важный шаг: начинается использование микропроцессоров, которые изобрели в 1971 г. Faggin, Hоff и Mazor. C внедрением микропроцессоров управление стало более компактным и быстродействующим. Микропроцессоры могут также быстрее обнаруживать отклонения в работе двигателя и тем самым быстрее выполнять необходимое регулирование. Был создан и выключатель нагрузки – биполярный транзистор. Вообще, транзистор изобрели в 1947 г. Bardeen, Brattain и Shockley, но до этого он не мог переключать высокое напряжение тяговых аккумуляторных батарей (АКБ). Новый выключатель нагрузки легче срабатывает, чем SCR-управление, ему не нужен комплексный контур включения главного тиристора. Система управления с биполярным транзистором к тому же меньше и дешевле. Правда, и она не лишена недостатков, один из которых – и достаточно существенный – то, что система может работать только при невысоком напряжении, не более 36 В. С появлением на рынке другого вида выключателя нагрузки – на основе силовых транзисторов со структурой металл-оксид-полупроводник MOSFET (Metal Oxid Silicon Field Effect Transistor) управление
не только облегчилось, он и срабатывает очень быстро и без потерь энергии, его можно без проблем подключать параллельно и таким образом регулировать даже большое напряжение, а значит, применять на тяжелых вилочных погрузчиках. Выключатели MOSFET пригодны для регулировки напряжения АКБ до 96 В. В настоящее время для переключения такого высокого напряжения применяют другую технику – на основе биполярных транзисторов с изолированным затвором IGBT (Integrated Gate Bipolar Transistor). Она почти так же легко срабатывает, как MOSFET, и столь же надежна, как SCB-управление.

С внедрением этих технических новшеств системы управления стали компактней, эффективней, мощней и надежней, а их стоимость – ниже. Благодаря применению высокочастотной техники в зарядных устройствах АКБ можно заряжать за кратчайшее время до максимально больших значений тока. В частности, метод Pitstop позволяет провести зарядку во время обеденной паузы и других перерывов в работе погрузчика, а значит, АКБ можно эксплуатировать более продолжительное время или, наоборот, для выполнения той же работы может быть выбрана АКБ меньшей емкости.

Применение электронных систем на вилочных погрузчиках с двигателем внутреннего сгорания (ДВС) прежде всего повышает производительность, безопасность, комфорт и удобство пользования машиной, поскольку электроника своевременно предупреждает о возникновении опасных ситуаций. Примерами таких систем может служить Curve Speed Reduction, разработанная немецкой компанией Jungheinrich (элемент безопасности, который улучшает устойчивость машины к опрокидыванию, снижая ее скорость в зависимости от угла поворота) или System for Active Sаfеtу (SAS) японского концерна Toyota. В системе SAS управление осуществляется электроникой на основе данных, поступающих от датчиков, например, высоты подъема груза, скорости движения и угла поворота машины. Как только значение какого-либо из параметров или их совокупности достигает критической величины, компьютер выдает сигнал на стопорение маятникового движения задней оси с помощью гидроцилиндра.

Электрические кабельные соединения сегодня также имеют принципиально иной вид. Благодаря новым разработкам в области электроники нашли применение схемы последовательной передачи информации. В конце XX столетия это привело к созданию шины обмена данных Can-bus, в которой вместо обычной многожильной кабельной стренги имеется всего два провода для связи и передачи цифровой информации и два провода для подвода напряжения (при использовании внешнего источника питания). Данные принимаются электронными системами вилочного погрузчика и в цифровой форме передаются по каналу связи. Каждый пакет данных имеет свой собственный, неизменный адресный код, который распознается «интеллектуальной» внешней станцией, благодаря чему информация попадает к нужной системе или узлу погрузчика, где включает освещение, увеличивает частоту вращения двигателя и т. п. Эти особенности Can-bus-систем предоставляют совершенно новые возможности получать дополнительную информацию, например, о сбоях в работе агрегатов или их перегрузке.

Такие шины обмена данными повсеместно стали промышленным стандартом. Типичными примерами применения электроники на вилочных погрузчиках с ДВС стали система управления двигателем, основанная на Can-bus-системе, и электронное управление, которое сейчас входит в серийную комплектацию прежде всего тяжелых вилочных погрузчиков.