Универсальные коллекторные электродвигатели мощностью от нескольких единиц до сотен ватт. Принцип действия и области применения

Среднее значение вращающего  момента  за период изменения тока:

В двигателе последовательного возбуждения ψ = 0, поэтому средний вращающий момент его больше, чем у двигателя параллельного возбуждения.

Универсальный коллекторный двигатель работает как от сети постоянного тока, так и от сети переменного тока. Возможность работы коллекторного двигателя последовательного возбуждения от сети переменного тока объясняется тем, что при изменении полярности подводимого напряжения изменяются направления токов в обмотке якоря и в обмотке возбуждения. При этом изменение полярности полюсов статора практически совпадает с изменением направления тока в обмотке якоря. В итоге направление электромагнитного вращающего момента не изменяется:

В качестве универсального используют двигатель последовательного возбуждения, у которого ток якоря является и током возбуждения, что обеспечивает почти одновременное изменение направления тока в обмотке якоря 1_а и магнитного потока возбуждения Ф при переходе от положительного полупериода переменного напряжения сети к отрицательному.

Если двигатель подключить к сети синусоидального переменного тока, то ток якоря i_aи магнитный поток Ф будут изменяться по синусоидальному закону:

                                                                                    (1.1)

где δ — угол сдвига фаз между током возбуждения и магнитным потоком, обусловленный магнитными потерями в двигателе.

Используя выражения (1.1), получим формулу электромагнитного момента коллекторного двигателя последовательного возбуждения, включенного в сеть синусоидального переменного тока, Н·м:

                                                           (1.2)

Первая часть выражения (1.2) представляет собой постоянную составляющую электромагнитного момента  (рис. 1.2, а), а вторая часть — переменную составляющую этого момента  (рис. 1.2, б), изменяющуюся во времени с частотой, равной удвоенной частоте напряжения сети.

График результирующего момента M~=f(t) (рис.6.26, в) получен сложением графиков, его составляющих:

Рис. 1.2. Графики электромагнитного момента и его составляющих при работе коллекторного двигателя от сети переменного тока

Таким образом, результирующий    электромагнитный    момент при работе двигателя от сети переменного тока пульсирует.  Небольшие участки  графика М~ = f(t) с отрицательным    тормозящим    значением момента обусловлены фазовым сдвигом   δ   между   магнитным потоком и током в обмотке возбуждения. Следовательно, вращающий момент, развиваемый универсальным коллекторным микродвигателем при питании от сети переменного тока, определяется не только значением потока возбуждения и тока, как для случая питания от сети постоянного тока, но и сдвигом фаз между ними. Для получения наибольшего момента необходимо, чтобы магнитный поток возбуждения и ток якоря совпали по фазе,т. е. δ = 0 и cosδ = 1.

Поэтому для создания достаточного вращающего момента в двигателе параллельного и независимого возбуждения необходимо применять специальные фазосдвигающие цепочки для выполнения условия δ≈0.

Чем меньше магнитные потери в магнитной системе двигателя, тем  меньше отрицательный момент.   Пульсации электромагнитного момента   практически   не   нарушают работу двигателя. Объясняется это тем, что при значительной частоте пульсаций электромагнитного момента  и большом моменте инерции   якоря   вращение последнего   оказывается   равномерным.

Кривые изменения тока i, потока Ф и момента М во времени приведены на рисунке 1.3, из которого видно, что мгновенное значение момента пульсирует с двойной, частотой относительно постоянного по значению среднего момента, который практически равен моменту двигателя при работе от сети постоянного тока. Изменение полярности переменного тока происходит почти одновременно с изменением полярности магнитного потока, и, следовательно, момент имеет один и тот же знак (M>0). Поэтому двигатель может работать от сети переменного тока.

Рис. 1.3. Кривые тока, магнитного потока и момента при питании универсального коллекторного двигателя от сети переменного тока

При питании двигателя от сети переменного тока ток создает два пульсирующих магнитных потока: поток возбуждения  и поток реакции якоря .

От пульсации  в обмотке возбуждения  наводится трансформаторная ЭДС

От пульсации , в обмотке якоря наводится трансформаторная