2tom191

5. MASZYNY ELEKTRYCZNE 384

Jeżeli <5 oznacza kąt zawarty miedzy osią szczotek a osią magnetyczną uzwojenia wzbudzenia, to składowa prostopadła strumienia wzbudzenia w stosunku do osi szczotek, proporcjonalna do momentu elektromagnetycznego silnika wynosi #,„sinr5. Średnia wartość momentu silnika repulsyjnego wg wzoru (5.149) ma więc postać

/2

M_e=    k<P_mI₂ cos fl sin (5    (5.150) przy czym I₂ — prąd twornika.

Gdy wirnik jest nieruchomy, wówczas prąd I₂ jest proporcjonalny do składowej strumienia 4>,„cos<5 i elektromagnetyczny moment rozruchowy dla /? bliskich zeru jest wyrażony zależnością

(5.151)

M = C !<?>■, sin 2d

przy czym C,

Gdyby strumień wzbudzenia, a więc i prąd stojana /, były niezależne od położenia wirnika, to moment rozruchow<y osiągnąłby maksimum przy <5 = 7t/4. Jednakże dla małych kątów c) (stan bliski zwarcia) prąd stojana jest o wiele większy niż przy kącie <5 bliskim rt/2 (stan bliski jałowemu). Dlatego przebieg momentu rozruchowego jest odkształcony, a maksimum przypada najczęściej przy kątach S w granicach 10-:-20°.

Na rysunku 5.117 przedstawiono wykres wskazowy silnika jednofazowego komutatorowego szeregowego. Napięcie przyłożone do zacisków' rozkłada się na obwód stojana i wirnika odpowiednio do napięć indukowanych i impcdancji uzwojeń. Jeżeli pominąć spadek napięcia na szczotkach i przyjąć, żc są one ustawione w strefie geometrycznej neutralnej, to

U = ZU_t+ ZRI_+}ZXJ_    (5.152)

przy czym: ZU, — suma napięć indukcji własnej uzwojenia stojana U_iu uzwojenia twornika od strumienia reakcji <P_a twornika U_i2 oraz napięcia rotacji w uzwojeniu twornika U_i2r; ZR — suma rezystancji uzwojenia stojana R_t i wirnika R₂', E2Y, — suma reaktancji rozproszenia stojana X_n i wirnika X_t2.

Z wykresu widać, że współczynnik mocy silnika zwiększa się wówczas, gdy wzrasta napięcie rotacji — a więc kiedy zwiększa się prędkość wirnika. Wyższe natomiast napięcia indukcji własnej i na reaktancjach rozproszenia pogarszają cos<p. Współczynnik mocy obecnie produkowanych silników szeregowych jest jednak stosunkowo duży i waha się od

Rys. 5.117. Wykres wskazowy silnika jednofazowego szeregowego

Rys. 5.118. Charakterystyki mechaniczne silnika repulsyjnego

ok 0,7 (przy małych prędkościach obrotowych) do ok. 0,98 (przy dużych prędkościach i oórnym odcinku zakresu mocy).

⁼ Rozruchu silników dokonuje się przez bezpośrednie włączenie silnika do sieci, chociaż _w krańcowych przypadkach prąd rozruchowy może osiągać 10-krotną wartość prądu znamionowego (najczęściej 2h-5/__v). Częste rozruchy skracają żywotność szczotek.

Silniki omawianego typu mają na ogół szczotki nieprzestawialne i wysunięte z geometrycznej strefy neutralnej w kierunku przeciwnym do kierunku wirowania nieco poza magnetyczną strefę neutralną dla stanu obciążenia. Poprawia to warunki komutacji, lecz jednocześnie powoduje zwiększenie prędkości obrotowej skutkiem pojawiającego się wtedy odmagnesowującego działania składowej podłużnej oddziaływania prądu twornika. Nieprzestawialne szczotki uniemożliwiają oczywiście pracę ńawrotną. Zmianę kierunku wirowania można uzyskać w silnikach o szczotkach ustawionych w strefie symetrii geometrycznej przez przełączenie końcówek uzwojenia stojana względem wirnika.

Regulacja prędkości obrotowej odbywa się przez szeregowe włączenie oporu nastawnego (typowym przykładem — regulacja prędkości silników maszyn do szycia) lub przez zasilanie silnika za pośrednictwem autotransformatora (silniki z górnego zakresu mocy). W silnikach rcpulsyjnych reguluje się prędkość przez zmianę kąta wysunięcia szczotek z osi wzbudzenia (rys. 5.118).

Na ogół, komutacja w silnikach komutatorowych prądu przemiennego jest bardziej utrudniona niż w silnikach prądu stałego, gdyż w uzwojeniach komutujących — oprócz napięć indukcji własnej - indukuje się napięcie transformacji od strumienia wzbudzenia. Prawidłową komutację uzyskuje się wówczas, gdy napięcie to nie przekracza 5-^8 V i gdy stosuje się twarde szczotki o dużej rezystancji przejścia.

W silnikach repulsyjnych najkorzystniejsze w^rarunki komutacji występują przy’ prędkości wirnika równej prędkości synchronicznej pola w szczelinie, a zadowalające —przy (0,5-r-1,3 )(£>_sfp. Przy małych prędkościach i jednocześnie małych kątach ó wysunięcia szczotek (10-^20°) warunki komutacji są na ogól bardzo trudne. Może wystąpić nadpalanie się szczotek. Wady tej jest pozbawiony silnik repulsyjny o podwójnym układzie szczotek [5.20].

Charakterystyki mechaniczne silników najmniejszych mocy odznaczają się dużą zmiennością prędkości przy zmianach obciążenia i matą przeciążalnością. Silniki większe, a szczególnie silniki mocno nasycone (większość obecnie produkowanych „oszczędnych" konstrukcji) mają charakterystyki dość sztywne i duże przeciążalności. Mimo charakterystyk typu szeregowego nie ma niebezpieczeństwa rozbiegania się silników ze względu na szybki wzrost strat wentylacyjnych i strat tarcia. Prędkość stanu jałowego przy U = U_N większości tych silników rzadko przekracza 2%.

5.6.2.3. Silniki komutatorowe prądu stałego

Silniki komutatorowe prądu stałego małej mocy służą do napędu wielu urządzeń Powszechnego użytku, takich jak: urządzenia foniczne, zabawki zmechanizowane, osprzęt samochodowy (silniki do wycieraczek, pompek, anten itp.), urządzeń pomiarowych (np. ^meteorologicznych sond balonowych), sprzętu fotooptycznego, przenośnych narzędzi zasilaniu bateryjnym itp. Oddzielną grupę stanowią silniki wykonawcze prądu stałego ^naJczęściej o niekonwencjonalnej budowie (patrz p. 5.Ó.3.4).

z u,, ^ac*y budowy i działania silników o konstrukcji konwencjonalnej są znane _w- ‘‘jucznej teorii maszyn elektrycznych. Ze względu na małe wymiary, liczby żłobków mka i działek komutatora wynoszą od kilku (rzadziej kilkunastu) do trzech. Najczęściej _w Wzbudzane magnesami trwałymi (mają wtedy większe o ! 5-7-20% sprawności Porównaniu z silnikami o wzbudzeniu elektromagnetycznym). Ich charakterystyki

25

Poradnik inżyniera elektryka tom 2