Silnik bocznikowy prądu stałego

Jest rezystor rozruchowy Rrozr w gałęzi twornika i rezystor regulacyjny Rr w gałęzi uzwojenia wzbudzenia, służący do regulacji prądu wzbudzenia. Prąd I pobierany z sieci jest równy sumi prądów płynących w uzwojeniu twornika Itw i wzbudzenia Iw . Natężenie prądów wzbudzenia jest jednak niewielkie i wynosi 2-5% prądu znamionowego , .Podstawową charakterystyką silnika interesującą użytkowników jest charakterystyka mechaniczna, opisującą zależność prędkości obrotowej silnika od momentu obciążenia n = f(M).

,, n – prędkość obrotu

Podczas idealnego biegu jałowego silnika moment obrotowy M_mech=0 i odpowiednio moment M. rozwijany przez silnik również jest równy 0. n_o=U/cφ. Prędkość obrotową silnika można zwiększać lub zmniejszać. Można ją regulować przez zmianę: rezystancji obwodu twornika R_tw, strumień magnetyczny φ , napięcie U zasilającego twornika silnika. Włączenie rezystora dodatkowego Rd w obwód twornika spowoduje zmniejszenie prędkości obrotowej , gdyż R_tw + R_d zamiast R_tw. Rezystor Rtw może być używany jako część rozrusznika obliczonego na trwały przepływ prądu twornika. Jest to sposób raczej nie używany ze względu na duże straty energii. wykres powyżej.

Po włączeniu rezystora regulującego Rr do obwodu wzbudzenia maleje strumień φ co powoduje wzrost prędkości obrotowej n silnika. Po osłabieniu strumienia φ do wartości αφ (α<1), prędkość idealnego biegu jałowego wzrasta do wartości n_o/α i charakterystyka się zmienia. Przy małych wartościach prądu wzbudzenia (zwłaszcza gdy Iw=0) prędkość obrotowa silnika bardzo gwałtownie wzrasta (Iw→0,n→∞) i może spowodować mechaniczne uszkodzenie silnika. Regulacja prędkości przez zmianę napięcia zasilającego twornik w układzie Leonadra. Składa się on z silnika prądu przemiennego Gp napędzanego prądnicą prądu stałego G, która z kolei zasila silnik prądu stałego M. o regulowanych obrotach. Prądnica i silnik mają wzbudzenie niezależne . Zmiana nastawienia i zwrotu prądu wzbudzenia I_WG prądnicy zmienia wartość i zwrot napięcia U zasilającego silnik, co umożliwia płynną regulację prędkości obrotowej w szerokich granicach oraz zmianę kierunku obrotów silnika M

SPOSÓB REGULACJI PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ SILIKA BOCZNIKOWEGO

Regulacja prędkości obrotowej silnika bocznikowego wynika z:

Uwzględniając rezystancje rezystora dodatkowego R_d włączonego szeregowo z rezystancja całkowitą obwodu twornika otrzymamy:

Wynikają z tego trzy możliwości regulacji prędkości obrotowej:

- zmianę rezystancji i rezystora

- strumień magnetyczny g

- napięcia zasilająceg U

Przy wzrośli strumienia Ф prędkości U maleje. Jest to regulacja ekonomi bo straty rezystor regulacji są małe w stosunku do mocy silnika

Silniki prądu stałego charakteryzują się dobrymi własnościami ruchowymi, przy czym szczególnie korzystne są duże zakresy regulacji prędkości obrotowej i duży moment rozruchowy. Dzięki temu silniki te znajdują coraz szersze zastosowanie w układach napędowych, zwłaszcza od czasu rozpowszechniania się przekształtników tyrystorowych.

W zależności od sposobu połączeń uzwojenia wzbudzającego rozróżniamy silniki samowzbudne: bocznikowe, szeregowe i szeregowo-bocznikowe oraz silniki obcowzbudne. Każdy z nich charakteryzuje się innymi właściwościami ruchowymi.

W ustalonym stanie pracy, momentowi obciążenia M_H przeciwstawia się równy, co do wielkości, lecz przeciwnie skierowany moment elektromagnetyczny M. Odpowiadają mu określone wartości prądu twornika I_a i strumienia F, przy czym wartość strumienia zależy od napięcia zasilania lub od prądu obciążenia. Znając prąd twornika I_a i napięcie zasilania U, można określić napięcie E, a na tej podstawie, przy znanej wartości strumienia, szukaną prędkość obrotową n.

Najistotniejsze właściwości ruchowe silników przedstawia się w sposób wykreślany za pomocą charakterystyk: N = f(I) lub n = f(M) przy Const = const i R_f = const, zwanych charakterystykami mechanicznymi silnika prądu stałego, oraz: M = f(I) przy U = const i R_f = const, zwanej charakterystyką momentu silnika prądu stałego.

Charakterystyki mechaniczne silnika bocznikowego wyznacza się przy U = const i R_f = const. Jeżeli pominie się wpływ oddziaływania twornika to wynika, że zależność ta jest to równanie prostej. A zatem charakterystyka n = f(I) przy U = const i R_f = const ma w przybliżeniu przebieg prostoliniowy.

Zmiana prędkości obrotowej przy przejściu od biegu jałowego n₀ do obciążenia znamionowego n_N nazywa się zmiennością prędkości. Zmienność prędkości silnika bocznikowego wynosi 3¸8%, a z uwzględnieniem oddziaływanie twornika 2¸5%.

Silnik bocznikowy ma połączenie. Połączenie równoległe uzwojeń wirnika. W każdym silniku można wyróżnić 3 stany pracy:

* Rozruch:

– do silnika jest podłączone napięcie U i płynie prąd I, n = 0, więc E_t = 0, I_tr = U / R_t (rozruchowy) - regulacja napięcia: U (możliwość zwiększenia) i R_t (możliwość zmniejszenia), dodaje się opór dodatkowy (rozruchowy): I_tr = U / (R_t + R_r) (tylko do krótkiej pracy),

- aby obwód mógł ruszyć, to: M – M_H = M_D (M_H – moment hamujący, M_D – dynamiczny). Aby silnik ruszył M_D > 0 to M > M_H, ale nie może stale większy, bo to oznacza, że silnik ciągle przyspiesza.

- aby maszyna mogła ruszyć – M_D = J * (dw / dt) – w stanie równowagi silnik osiąga I moment i wtedy przechodzimy na inną charakterystykę mechaniczną i w kolejnych etapach następuje wyłącznie rozruch silnika i silnik pracuje ze stałą prędkością obrotową. Przechodzi się z charakterystyk sztucznych na naturalną.

- silnik musi być na stałe (na sztywno) połączony z maszyną (układem napędowym).

* Regulacja prędkości – włączanie rezystorów regulacyjnych,

* Hamowanie – trzy metody: przeciwprądem (zmiana kierunku prądu płynącego w uzwojeniu wirnika) – zmiana „minus” na „plus” przy stałym zasilaniu wzbudzenia:

Silnik bocznikowy (silnik prądu stałego)

Rozruch

Podczas rozruchu silnik wytwarza moment rozruchowy, którego wartość zależy od prądu rozruchowego. Aby silnik ruszył moment rozruchowy musi być większy od momentu rozruchowego.

Ograniczenie prądu rozruchu uzyskujemy poprzez zastosowanie dodatkowego rezystora R. Rezystor rozruchowy dzieli się zazwyczaj na kilka stopni.

Przy włączeniu wszystkich rezystorów silnik pracuje rozwijając dla n = 0 moment rozruchowy MPod wpływem momentu dynamicznego M, prędkość obrotowa silnika rośnie do wartości n, przy której następuje włączenie następnego stopnia rozrusznika . Przechodząc zatem charakterystyki naturalnej na której odbywa się zwykle przez kolejne stopnie rozrusznika , dochodzi się do praca ustalona silnika.

Hamowanie

Silnik bocznikowy prądu stałego pracuje w zakresie hamowania wtedy, gdy wytwarzany przez niego moment obrotowy skierowany przeciwnie do kierunku wirowania wirnika.

Rozróżnia się następujące sposoby hamowania:

• prądnicowe – występuje wówczas gdy wirnik maszyny wiruje z prędkością większą niż prędkość idealnego biegu jałowego n. Następuje odzyskiwanie energii elektrycznej pobieranej podczas pracy silnikowej;

• przeciwprądowe – występuje wówczas, gdy wirnik jest obracany w kierunku przeciwnym do kierunku działania momentu elektromagnetycznego, który w tej sytuacji staje się momentem hamującym; podczas takiego hamowania energia zamienia się w ciepło(głównie w rezystorze R);

• dynamiczne – polega na tym, że twornik maszyny odłącza się od sieci; ten rodzaj hamowania stosuje się do hamowania urządzeń od dużej bezwładności mechanicznej;