Лавриненко В.А. (сост.). Электрические двигатели для бытовой техники

Подождите немного. Документ загружается.

Корпус электрической машины поглощает радиопомехи и является

экраном. Со стороны коллектора часто на торец корпуса устанавлива-

ется защитный металлический колпак. Вентиляционные отверстия в

щитах могут закрываться медной или латунной сеткой, а выступающий

конец вала соединяется с корпусом при помощи специальной щетки.

Внутренние соединения в машине выполняются экранированными про-

водами, причем экран соединяется с заземленным корпусом.

Схемы защиты от радиопомех с помощью фильтров приведены на

рис. 8. Наиболее простой схемой фильтра является включение кон-

денсаторов между проводами сети (конденсатор

C на рис. 8, а). Хо-

роший результат дает включение в схему проходных конденсаторов

емкостью 0,1-1 мкФ, в которых один электрод соединен с корпусом, а

другой - последовательно с обмоткой якоря машины.

Для подавления радиопомех применяются Г- образные (рис. 8, б) и

особенно П - образные (рис. 8,в) режущие фильтры, которые задержи-

вают гармонические составляющие, пропуская постоянную состав-

ляющую напряжения.

С целью увеличения высокочастотного сопротивления в двигателях

последовательного возбуждения применяется симметрирование обмот-

ки возбуждения, заключающееся в разделении ее на две части и сим-

метричном соединении их относительно коллектора (рис. 6).

Радиопомехи не удается полностью устранить, поэтому коллектор-

ные двигатели имеют ограниченное применение в системах автомати-

ки. Несмотря на этот недостаток, они широко используются в бытовой

технике.

 Как и почему изменится работа телевизора, если одновременно с ним

включить в сеть коллекторный двигатель?

Рис.8.Принципиальные схемы включения фильтров для подавления радиопомех

4. РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ

4.1.ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТПАЕК В ОБМОТКЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ

При уменьше-

нии количества

витков обмотки

возбуждения и

сохранении тока

возбуждения

уменьшится маг-

нитный поток Ф.

При этом умень-

шатся активное и

индуктивное со-

противления об-

моток и соответ-

ствующие падения напряжения на обмотке возбуждения, а приложен-

ное к обмотке якоря напряжение возрастет. В результате уменьшения

Ф и увеличения U возрастет частота вращения двигателя (рис.9).

4.2. ВКЛЮЧЕНИЕ ДОБАВОЧНОГО РЕЗИСТОРА

При включении последовательно с обмотками двигателя добавоч-

ного резистора произойдет снижение напряжения на обмотке якоря.

Если сохранить

прежнее значение

тока двигателя, то

магнитный поток

Ф не изменится, а

частота вращения

двигателя умень-

шится (рис. 10).

Рис. 9. Принципиальная схема включения (а) и меха-

нические характеристики (б) коллекторного двигателя

с отпайками в обмотке возбуждения

Рис. 10. Принципиальная схема включения (а) и меха-

нические характеристики (б) коллекторного двигателя

с добавочным резистором

4.3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕГУЛИРОВОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Использование

регулировочного

трансформатора, от

вторичной обмотки

которого получает

питание двигатель,

позволяет резко сни-

зить потери мощно-

сти при регулирова-

нии. Принцип регу-

лирования предельно

прост - большему на-

пряжению соответствует большая частота вращения, и наоборот (рис.

11).

4.4. ШУНТИРОВАНИЕ ОБМОТКИ ЯКОРЯ

Механическую характеристику КД можно сделать более пологой

или жесткой, если параллельно обмотке якоря включить регулируемый

резистор. При обычной схеме включения обмоток универсального дви-

гателя в режиме холостого хода M=0 и ток обмотки якоря должен быть

равен нулю. Поскольку обмотка возбуждения включена последователь-

но с обмоткой якоря, то и магнитный поток Ф



0. В соответствии с

уравнением (5) n





. При включении шунтирующего обмотку якоря

резистора 0



I , но



, а следователь-

но, и Ф



. Поэто-

му при сбросе мо-

мента нагрузки дви-

гатель с шунтирую-

щим резистором не

идет в разнос, т.е. его

частота вращения

имеет конечное зна-

чение (рис. 12).

Рис. 11. Принципиальная схема включения (а) и меха-

нические характеристики (б) коллекторного двигателя с

регулировочным трансформатором

Рис. 12. Принципиальная схема включения (а) и ме-

ханические характеристики (б) коллекторного двига-

теля с шунтирующим резистором

4.5.СХЕМА С ДОБАВОЧНЫМ

И ШУНТИРУЮЩИМ РЕЗИСТОРАМИ

Схема включает в себя добавочный R

и шунтирующий обмотку

якоря R резисторы (рис. 13). Она позволяет, с одной стороны, увели-

чить диапазон регулирования, с другой, - снизить частоту вращения

холостого хода.

Наиболее экономичным является регулирование при помощи отпаек

(или шунтирования обмотки возбуждения). Изменение частоты вра-

щения путем шунтирования обмотки якоря или включения доба-

вочного резистора последовательно с якорем осуществляется просто,

однако эти способы регулирования не экономичны из-за электрических

потерь в добавочных резисторах. По этой же причине не экономичен и

способ регулирования частоты вращения изменением напряжения,

подводимого к двигателю, если оно осуществляется с помощью реоста-

та.

Регулирование будет более экономичным в том случае, когда вместо

реостата используется автотрансформатор с плавным регулированием

напряжения. При этом частоту вращения якоря можно как повышать,

так и понижать по сравнению с номинальной. При шунтировании об-

мотки возбуждения достигается только повышение частоты вращения,

а при шунтировании обмотки якоря и включении сопротивления по-

следовательно с якорем частота вращения двигателя уменьшается по

сравнению с номинальной.

Можно регули-

ровать частоту

вращения путем

сдвига щеток про-

тив направления

вращения якоря.

На практике этим

пользуются для

получения частоты

вращения, наибо-

лее близкой к за-

данной.

Рис.13. Принципиальная схема включения (а) и меха-

нические характеристики (б) коллекторного двигателя

с добавочным и шунтирующим резисторами

4.6. ФАЗОИМПУЛЬСНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ

Наиболее просто регулирование частоты вращения осуществляется

с помощью тиристоров или симисторов, обеспечивающих «отсечение»

части каждого полупериода переменного напряжения. Этот способ час-

то используется в электроприводах малой мощности, механическая ха-

рактеристика которых расположена в первом квадранте.

Для обеспечения работы в третьем квадранте, т. е. при реверсе,

необходимо поменять местами выводы обмотки якоря или обмотки воз-

буждения. На рис. 14 приведена схема для регулирования частоты вра-

щения КД. В качестве ключа используется симистор VS. За счет отсе-

чения части волны напряжения питания изменяется ток и вращающий

момент двигателя (рис.15). При закрытом симисторе VS происходит за-

рядка конденсатора С через

переменный резистор

После того как напряжение

на конденсаторе достигнет

значения, достаточного для

пробоя динистора VD, на

управляющий электрод си-

мистора подается импульс

тока и он открывается. Из-

меняя значение сопротивле-

ния резистора

, можно

менять время заряда кон-

денсатора С до напряжения,

равного напряжению про-

боя динистора. Чем больше

время заряда конденсатора

С, тем большая часть отсе-

кается от полупериода на-

пряжения питания (тем

больше угол

) и тем мень-

ше ток, момент и частота

вращения двигателя.

Рис. 14. Схема фазоимпульсного регулятора

напряжения

напряж

ния

Рис. 15. Диаграммы изменения тока и напря-

жения двигателя при фазоимпульсном регули-

ровании

 Коллекторный двигатель имеет номинальную частоту вращения 3000

об/мин. Можно ли получить за счет регулирования частоту вращения

3600 об/мин?

5. СТАБИЛИЗАЦИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ

Механическая характеристика КД является мягкой, т.е. частота

вращения двигателя сильно зависит от момента нагрузки. Для поддер-

жания заданной частоты вращения используются механические и элек-

тронные регуляторы. Основой механического регулятора является

центробежный выключатель, контакт которого включается парал-

лельно добавочному резистору (импульсный способ регулирования).

Этот способ является простым в реализации и обеспечивает стабиль-

ность частоты вращения в пределах 1%, но для одного значения, на ко-

торое настроен центробежный выключатель. В последние годы более

широко используются электронные регуляторы, поддерживающие за-

данное значение частоты вращения двигателя в широком диапазоне и

не создающие электромагнитных помех.

Для стабилизации частоты вращения КД могут использоваться замк-

нутые системы регулирования с обратной связью и фазоимпульсными ре-

гуляторами. В качестве сигнала обратной связи, пропорционального зна-

чению частоты вращения, используются различные параметры, например,

э.д.с. обмотки якоря, которая измеряется в паузе между импульсами на-

пряжения питания. При увеличении указанной э.д.с., пропорциональной

частоте вращения двигателя, увеличивается угол регулирования симисто-

ра

, что приводит к снижению частоты вращения двигателя. При сни-

жении частоты вращения двигателя угол

уменьшается. Точность стаби-

лизации в этом случае составляет около 10%.

Второй способ заключается в измерении падения напряжения на об-

мотке якоря, пропорционального току нагрузки (моменту сопротивления).

Третий, наиболее дорогой, способ основан на использовании в каче-

стве сигнала обратной связи напряжения тахогенератора, обеспечи-

вающего стабильность частоты вращения около 1%.

 Два двигателя имеют одинаковые мощность и вращающий момент. У

какого двигателя колебания частоты вращения ротора будут больше

при внезапном изменении нагрузки на валу, если известно, что механиче-

ская характеристика одного из двигателей жесткая, а другого - мягкая?

ПРОГРАММА РАБОТЫ

А. Экспериментальные исследования

1. Ознакомиться с лабораторным стендом, конструкцией и

паспортными данными коллекторного двигателя.

2. Собрать схему лабораторной установки для исследования стати-

ческих характеристик коллекторного двигателя переменного тока

(рис.16).

3. Снять рабочие характеристики двигателя n, I, η,,

PP , cos



в за-

висимости от нагрузочного момента на валу

нм

при напряжениях

питания U=220 и 180 В.

4. Снять регулировочные характеристики двигателя n=f(U) при двух

значениях нагрузочного момента на валу M

нм

= const и M

нм

=0.

Б. Расчеты и построения

1. Начертить график с рабочими характеристиками двигателя по п. 3

экспериментальной части и определить номинальные данные

коллекторного двигателя. Оценить изменение к.п.д. и коэффициента

мощности cos



двигателя при уменьшении напряжения.

2. Начертить график с регулировочными характеристиками двигате-

ля n=f(U) при M

нм

= const и M

нм

= 0 по п. 4 экспериментальной

части.

3. Выполнить анализ полученных результатов, сравнить экспери-

ментальные и номинальные данные двигателя, объяснить причины

расхождений, сделать выводы.

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Объектом испытаний является универсальный коллекторный двига-

тель УМТ-22СТ2, номинальные данные которого приведены в таблице.

Таблица 1 - Номинальные данные двигателя УМТ-22СТ2

, A

P, Вт

, об/мин

n , об/мин

к.п.д.,%

cos



,о.е.

m, кг



U =220 В

0,6

2500

5000

-57

4,5

U =220 В

0,8

2500

6000

-49

0,76

-0,78

4,5

Перед выполнением экспериментальных исследований необходимо

записать в протокол паспортные данные испытуемого двигателя, нари-

совать и изучить электрическую схему для испытаний КД (рис. 16),

рассчитать номинальный момент двигателя, (Нм): M



/ , где

- номинальная полезная мощность двигателя, Вт; 30π







номинальная угловая скорость якоря, рад/сек; n - номинальная частота

вращения якоря, об/мин.

Рис. 16. Принципиальная схема стенда для испытаний коллекторного двигателя

Согласно ГОСТ 16264-78 для коллекторных двигателей кратность

пускового момента M

должна находиться в диапазоне 3,0 - 5,0,

а средний уровень звука - 66 дБА.

Технические характеристики могут иметь следующие отклонения от

номинальных данных: напряжение питания ±10%, частота питания

±2,5%, частота вращения при номинальном моменте и установившейся

рабочей температуре обмоток ±20%, начальный пусковой ток 20%;

к.п.д. -0,15(1-



), коэффициент мощности -(1-cos



)/6, но не менее 0,02

и не более 0,07; уровень звука 3 дБА; момент инерции ±10%; масса

двигателя 2%, но не более 10 г.

На стенде размещена плита с закрепленными на ней исследуемым

двигателем М, асинхронным тахогенератором G2 (типа ТГ-4) и тахоге-

нератором постоянного тока G1 (типа ТМГ-30П) (рис. 16). Тахогенера-

тор постоянного тока G1 используется в качестве электромашинного

тормоза для определения момента двигателя М статическим методом

(





, M

=const). Основная часть электрической схемы собрана

жестко.

Для использования тахогенератора G1 в качестве тормоза необхо-

димо включить амперметр РА2 и потенциометр R

в цепь якоря гене-

ратора G1 при помощи соединительных проводов. Потенциометр R

позволяет регулировать ток в цепи якоря G1 и, тем самым, менять мо-

мент нагрузки на валу исследуемого двигателя М. Момент исследуемо-

го двигателя рассчитывается на основе измерений тока якоря (РА2) ге-

нератора G1, работающего на автономную нагрузку R

. Частота вра-

щения измеряется при помощи строботахометра типа СТ-МЭИ (или та-

хогенератора G2, показания которого выводятся на стендовый прибор).

Допускается следующая погрешность средств измерения: момента

вращения



3%, частоты вращения



1% (до 500 об/мин) и



0,2% (свы-

ше 500 об/мин), массы двигателя 1%.

Вращение системы «двигатель-генератор» описывается известным

дифференциальным уравнением

M=M

)

(





где М - вращающий момент исследуемого двигателя, Н



м;

нм



- статический момент вращающихся частей (в данном

случае момент сопротивления на валу двигателя); M

нм

- момент нагру-

зочной машины; M

- момент холостого хода; J - момент инерции вра-

щающихся частей системы, кг



;



- угловая скорость ротора,

рад/сек.

Если система вращается с постоянной скоростью,





и уравнение принимает вид

M=M

нм

Графическим решением этого уравнения статики является точка пе-

ресечения механических характеристик исследуемого двигателя и на-

грузочной машины G1, работающей в режиме динамического тормо-

жения (рис. 17).

Момент и э.д.с. нагрузочной машины

нм

aм

IФc





нм







Фc

где c





- коэффициент, зависящий от конструктивных

параметров машины; I

- ток якоря нагрузочной машины.

Используя эти уравнения, можно записать

нм





Если E

нм



=const (Ф=const), момент нагрузочной машины про-

порционален току якоря

I . Для опреде-

ления E

нм



следует запустить иссле-

дуемый двигатель, измерить э.д.с. холо-

стого хода

E =E

нм

генератора G1 при

частоте вращения n=2500 об/мин. Учи-

тывая соотношение







, рассчи-

тывается единый электромагнитный ко-

эффициент E

нм





Вращающий момент (Н·м) исследуе-

мого двигателя

)II(kM

aem 0





где

I,I

- токи якоря и холостого хода

нагрузочной машины (

I принять рав-

ным 0,1 А).

Рис.17. Механические характе-

ристики КД (1) и нагрузочной

машины (2) при

321 ppp

RRR

