Электродвигатели постоянного тока
Электродвигатели постоянного ток а широко используют в системах автоматики, так как они позволяютплавно регулировать частоту вращения, получать практически любые скорости и менять направление вращения (реверсироваться). Первый электродвигатель постоянного тока был создан в России акад. Б. С. Якоби в 1834 г.
Конструктивная схема двигателя постоянного тока пред-cтавленa на рис. 1. Двигатель состоит из станины 1 цилиндрической формы с закрепленными на ней полюсами 2 (для улучшения формы магнитного поля машины полюсы заканчиваются полюсными наконечниками 3; статорной обмотки. 4, охватывающей полюс; сердечника ротора 7, запрессованного на вал 11; обмотки ротора 6 из отдельных секций, концы которых подсоединены к пластинам коллектора 9. Напряжение постоянного тока на секции ротора подается через угольные щетки 5, скользящие по коллектору. Вал ротора вращается в подшипниках 10, укрепленных в подшипниковых щитах 5.
Рис. 1. Двигатель постоянного тока
Электромагнитные полюсы статора создают магнитный поток Ф, пронизывающий секции обмотки ротора, по которым протекает электрический ток I В результате взаимодействия магнитного потока Ф с электрическим током I возникает вращающий момент, и ротор (якорь) будет вращаться в электромагнитном поле с частотой п. Вращающий момент М пропорционален магнитному потоку статора Ф и току I, протекающему в обмотке якоря: 
, где Км — постоянный коэффициент.
Ток в обмотках полюсов называется током возбуждения. Часто поток возбуждения создают постоянными мавнитами, тогда вращающий момент зависит только от тока (напряжения) якорной обмотки.
При смене направления тока I изменяется знак вращающего момента М и ротор изменяет направление вращения.
В двигателях с электромагнитным возбуждением изменить направление вращения можно также сменой полярности напряжения возбуждения. Обмотка возбуждения может питаться как от отдельного источника напряжения (независимое возбуждение, рис. 2, а), так и от того же источника, что и обмотка якоря, причем с якорной обмоткой она может быть включена параллельно (рис. 2, б), последовательно (рис. 2, в) либо последовательно-параллельно (рис.2, г). Соответственно эти схемы
Рис2. Схемы включения обмотки возбуждения:
а — независимая; б- параллельная; в-- последовательная; г - смешанная
возбуждения называют параллельной, последовательной или смешанной схемами возбуждения.
Электрические исполнительные двигатели чаще всего работают в режиме с частыми пусками, остановами, сменой направления вращения (реверсированием), изменением частоты вращения, поэтому при их разработке большое внимание уделяется механическим характеристикам, иногда даже в ущерб их КПД.
В настоящее время в металлургических цехах сети постоянного тока отсутствуют. Исключение составляют лишь сети постоянного тока транспортных устройств., от которых питаются двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением.В остальных случаях электродвигатели постоянного тока получают питание от индивидуальных управляемых выпрямителей (преобразователей), которые с помощью системы автоматического регулирования обеспечивают требуемые механическиен характеристики и режимы приводов. Наличие индивидуальных преобразователей существенно удорожает и усложняет привод, поэтому электродвигатели постоянного тока используют в тех случаях, когда условия технологии требуют плавного регулирования скорости рабочих механизмов в широких пределах, точной ее стабилизации, частого ее реверсирования. Примером таких механизмов являются механизмы поворота конвертеров, миксеров, подъемные установки доменных печей, прокатные станы, механизмы перемещения электродов дуговых печей и другие механизмы, где приводы переменного тока не удовлетворяют предъявляемым требованиям по условиям регулирования скорости.
В неподвижном якоре ЭДС Е равна 0, и в момент пуска в якоре проходит пусковой ток, превышающий номинальный в 10—20 раз. Для ограничения пускового тока в цепь якоря включают ограничительный пусковой реостат. Сопротивление реостата выбирают таким, чтобы пусковой ток I пуск не превышал номинальный больше, чем в 3—4 раза. С нарастанием частоты вращения якоря двигателя растет величина Е, а ток в обмотке якоря уменьшается, поэтому необходимо постепенно уменьшать сопротивление пускового реостата. Выведение пускового реостата осуществляется вручную или автоматически. При пуске двигателей малой мощности пусковые реостаты обычно не включают, так как время разгона двигателя до номинальной скорости невелико и обмотка якоря не успевает нагреться большим пусковым током.
Подставив значение 
в выражение 
= 
, найдем частоту вращения 
I
Из анализа полученного уравнения следует, что частоту вращения двигателя можно регулировать одним из следующих четырех способов: путем изменения: 1) напряжения питания Uy; 2) активного сопротивления.в цепи якоря R\ 3) магнитного потока Ф; 4) действующего значения тока якоря при питании якорной обмотки импульсами различной длительности. Регулирование частоты вращения первым способом осуществляется либо с помощью специального генератора, выходное напряжение которого можно плавно изменять, либо делением напряжения потенциометром, либо изменением выходного напряжения усилителя.
Второй способ регулирования скорости — путем изменения сопротивления цепи якоря — является надежным и простым. Однако при этом значительная часть мощности теряется на нагрев регулировочного реостата. Простым и экономичным является третий способ регулирования частоты вращения — изменением магнитного потока возбуждения Ф с помощью реостатов в цепи обмоток возбуждения или с помощью усилителей.
В настоящее время получил распространение импульсный метод регулирования скорости вращения. Действующее значение тока обмотки якоря, пропорционально которому устанавливается частота вращения двигателя, зависит от амплитуды, длительности и частоты повторения импульсов. В цепь якоря включается индуктивность, а параллельно якорю — конденсатор. Если параметры схемы выбраны так, что пульсация напряжения питания не превышает 5—10%, то работа двигателя практически не отличается от работы при постоянном напряжении. Регулировка4 напряжения осуществляется изменением длительности импульсов. Для импульсного регулирования частоты вращения маломощных двигателей применяются схемы на транзисторах, а двигателей средней и большой мощности — тринисторные схемы.
Управление двигателем путем изменения тока в обмотке якоря носит название якорного управления. Управление двигателем за счет изменения тока в обмотках полюсов, носит название полюсного управления.
Глава VI. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
