Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением
Один из распространенных и популярных типов агрегатов, активно применяемый в промышленности, на производстве и в других сферах – электродвигатель постоянного тока с последовательным возбуждением. Он имеет ряд интересных особенностей и отличий, которые делают данный механизм незаменимым в целом ряде применений. Рассмотрим более подробно, что представляет собой такой двигатель.
Содержание
Общее описание
Двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением, или ДПТПВ, являются одним из вариантов электродвигателей постоянного тока. Они обладают определенными особенностями, которые делают их оптимальным выбором для ряда применений, где требуется прецизионное (максимально точное) управление скоростью движения и высокий крутящий момент.
Принцип работы ДПТПВ основан на последовательном применении обмотки возбуждения вместе с основной якорной обмоткой. Обмотка возбуждения подключается последовательно к якорной обмотке, что позволяет контролировать силу тока в обеих обмотках одновременно. Путем изменения тока возбуждения можно контролировать скорость и момент вращения двигателя, что позволяет добиться высокой точности в их регулировании. Это очень ценная характеристика на установках, в машинах, на производственных мощностях, где важно максимально гибко регулировать рабочий процесс подвижных механизмов.
Устройство
Основными компонентами рассматриваемого типа электродвигателя выступает следующее:
- Якорная обмотка. Часть агрегата, которая вращается в генерируемом магнитном поле. Якорная обмотка состоит из металлических проводников, обмотанных вокруг сердечника якоря. С течением тока через якорную обмотку создается электромагнитное поле, действующее на поле статора, что провоцирует круговое движение якоря;
- Обмотка возбуждения. Представляет собой дополнительную обмотку, которая подключается последовательно к якорной обмотке. Она состоит из проводников, обмотанных вокруг сердечника. При протекании тока через эту обмотку создается магнитное поле, усиливающее магнитное поле в статоре и влияющее на скорость движения якоря;
- Коммутатор. Является частью двигателя, ответственной за изменение направления течения тока в якорной обмотке. Он состоит из сегментных металлических пластинок, называемых щетками, которые контактируют с проводниками якорной обмотки при вращении якоря. Коммутатор переключает ток в якорной обмотке таким образом, чтобы изменить направление вращения якоря. Благодаря ему реализуется возможность реверсивного движения;
- Статор. Неподвижная часть двигателя, состоящая из постоянных магнитов или электромагнитных катушек. Магнитное поле, создаваемое статором, взаимодействует с полем на якоре и вызывает его вращательное движение.
Гибкая работа ДПТПВ обеспечивается благодаря тому, что электричество, текущее через обмотку возбуждения, регулируется с помощью внешней отдельной системы управления. Изменение этого тока влияет на силу магнитного поля в статоре и, следовательно, на момент вращения и скорость двигателя.
Особенности управления скоростью агрегата
Для управления скоростью двигателя типа ДПТПВ используется изменение тока возбуждения или тока на якоре. Здесь реализуются такие варианты:
- Изменение тока возбуждения. При его увеличении магнитное поле в статоре усиливается, что увеличивает скорость вращения якоря. И наоборот, уменьшение тока приводит к ослаблению поля и к снижению скорости работы движка;
- Изменение тока якоря. При его увеличении повышается сила тока, создаваемая в обмотке на якоре, что увеличивает момент двигателя и, соответственно, его скорость. Уменьшение тока приводит к снижению скорости.
Что касается функции торможения, то в ДПТПВ она реализуется путем изменения направления тока в якорной обмотке (рециркуляцией) или снижением/отключением тока возбуждения.
В первом случае ток якоря переключается на противоположное направление, что приводит к образованию тормозящего момента движения. Магнитные поля якоря и статора создают такую конфигурацию, которая вызывает торможение двигателя. Регулировка силы тока на якоре позволяет контролировать тормозной момент.
Во втором – когда ток возбуждения исчезает или существенно уменьшается, это приводит к уменьшению напряженности магнитного поля статора и, как следствие, к уменьшению скорости вращения двигателя. Этот метод торможения обычно менее эффективен, чем торможение рециркуляцией, но может быть полезен в определенных вариациях эксплуатации.
Преимущества и недостатки
По сравнению с другими типами электродвигателей, рассматриваемый вариант агрегатов отличается такими сильными сторонами:
- Высокий крутящий момент при низких оборотах. ДПТПВ обладают высокой характеристикой момента движения, что означает, что они способны создавать значительный крутящий момент при низких скоростях вращения;
- Плавный пуск благодаря контролю тока возбуждения и якоря. Это особенно полезно для случаев, где требуется постепенное ускорение или где резкий пуск может вызвать повреждение механизмов;
- Высокая стабильность скорости. Двигатели такого типа могут поддерживать постоянную скорость даже при изменении на них рабочей нагрузки, что делает их подходящими для вариантов эксплуатации, требующих точного управления скоростью.
Немаловажный плюс – простая конструкция и надежность в работе, возможность оперативного и экономичного ремонта и обслуживания.
Что касается минусов, они тоже есть:
- Ограниченный диапазон рабочих скоростей;
- Относительно низкая эффективность;
- Потребление энергии обмоткой возбуждения, что повышает общее потребление электроэнергии;
- Повышенный уровень шума и возможные сложности с контролем нагрузки.
В целом же, электродвигатель типа ДПТПВ – это отличный надежный механизм для множества применений, который способен работать долгие годы без существенных затрат на поддержание работоспособности.