Электрические двигатели в регулируемых электроприводах. Двигатели постоянного тока. Ограничения, накладываемые на режимы преобразования энергии в машинах постоянного тока, страница 3

Повышение тока якоря приводит к возрастанию искрения под щетками. При недопустимо большом токе степень искрения достигает недопустимого уровня. Наибольшее значение тока, при котором обеспечивается удовлетворительная коммутация, называется допустимым током I_доп. Ограничение, накладываемое на процессы преобразования коммутации тока якоря, называется ограничением по перегрузочной способности l_I=I_доп/I_н.

Искрение не коллекторе зависит не только от величины тока якоря, но и от скорости его изменения di/dt, т.к. при быстрых изменениях тока имеет место отставания потока добавочных полюсов от тока якоря из-за влияния вихревых токов и вследствие электромагнитной инерционности обмотки дополнительных полюсов. Поэтому на процессы электромеханического преобразования энергии накладывается ограничение по допустимой скорости изменения тока (di/dt)_доп.

Вследствие неидеальной балансировки с ростом скорости вращения якоря увеличиваются динамические усилия, действующие на якорь. Это вызывает повышенную вибрацию двигателя, увеличение уровня шума и ускорение износа подшипников. С повышением скорости вращения возрастают также динамические усилия, действующие на обмотку якоря, коллектор и другие части электрической машины, что может привести к нарушению прочности крепления обмоток и коллектора. Исходя из изложенного следует, что на процессы преобразования энергии накладываются ограничения по максимально допустимой скорости вращения вала двигателя.

1.3  Предельная мощность машины постоянного тока.

Мощность, на которую может быть выполнена машина постоянного тока, ограничивается

·  Условиями коммутации,

·  Допустимым значением индукции в зазоре,

·  Допустимой линейной токовой нагрузкой,

·  Допустимой скоростью вращения,

·  Условиями балансировки якоря,

·  Допустимым уровнем нагревания машины.

Запишем электромеханическую мощность Р_эл=Е×I как функцию ограничивающих условий.

Электродвижущая сила якоря определяется согласно выражению [5]

, где Z_р – число пар полюсов, N – число активных проводников якоря, 2а – число параллельных ветвей, Ф – магнитный поток в воздушном зазоре, w – угловая скорость вращения тока якоря.

Линейная токовая нагрузка, представляющая собой общую величинутока обмотки якоря на единицу длины окружности якоря, равна А=NI/2apД, где Д – диаметр якоря.

Так как [5]

, где a_I – расчетный коэффициент полюсной дуги, l_d – расчетная длинна якоря, В_d – индукция в воздушном зазоре, то электромагнитную мощность можно представить следующим образом:         

                (1.1)

Из (1.1)следует, что мощность машины, снимаемая с единицы объема, пропорциональна произведению (Д²l_dB_dАw) и ограничивается вследствие ограничения этого произведения.

Возможность увеличения угловой скорости ограничена механической прочностью, т.к. при увеличении w и постоянном диаметре увеличивается линейная скорость V=w×Д/2. с ростом скорости так же ухудшаются условия коммутации.

Диаметр якоря ограничен при заданной угловой скорости вследствие роста линейной скорости V при увеличении диаметра.

Возможность увеличения линейной токовой нагрузки ограничена как условиями нагревания машины, так и ухудшением коммутации.

Увеличение индукции приводит к насыщению магнитной системы и увеличением потерь в железе и цепи возбуждения.

Ограничения по условиям коммутации обычно формируется в виде ограничения на среднее нежелательное напряжение U_к.ср. При расчете машин число К коллекторных пластин выбирается таким образом, чтобы при номинальном токе нагрузки U_к.ср. не превышало 18-22 В. предельное значение U_к.макс ограничивается вероятностью возникновения электрической дуги между соседними коллекторными пластинами. Обычно U_к.макс £ 30…50 В.

Среднее нежелательное напряжение

, с учетом того, что

, а для крупных машин К = N/2, получим:

, где V = w×Д/2 – линейная скорость.

Следовательно, предельная мощность, определяемая из условия ограничения нежелательного напряжения

.                  (1.2)