Podstawowe pojęcia i parametry silnika

   Wiele układów regulacyjnych wyposaża się w urządzenia napędzane przez silniki wykonawcze prądu stałego. Ich zaletą w porównaniu z innymi napędami elektrycznymi jest przede wszystkim duży zakres możliwych zmian prędkości obrotowej przy względnie małych stratach mocy i korzystnych przebiegach wytwarzanych momentów elektromagnetycznych. Napęd silnikami wykonawczymi prądu stałego jest więc tam chętnie stosowany, gdzie wymagane są głębokie zakresy zmian prędkości obrotowych i mogą występować udarowe obciążenia na wale.

   Regulację prędkości obrotowej silników prądu stałego można przeprowadzić różnie, przy czym dobór i ocena sposobu regulacji zależy od takich wskaźników, jak: stosunek maksymalnej prędkości obrotowej do minimalnej, przy stałej wartości momentu obrotowego, płynność regulacji, ekonomiczność regulacji, czy też szybkość działania układu.

   Z różnych możliwych rozwiązań zasilania obwodów wzbudzenia silników prądu stałego znalazły zastosowanie do urządzeń wykonawczych przede wszystkim silniki prądu stałego obcowzbudne albo ze stałym wzbudzeniem i regulowanym napięciem twornika (sterowanie twornikowe) albo ze stałym napięciem twornika i regulowanym napięciem wzbudzającym (sterowanie biegunowe).

   Pracę obcowzbudnego silnika wykonawczego prądu stałego w stanie ustalonym charakteryzują: napięcie zasilania twornika Ut, moment elektromagnetyczny rozwijany Me i prąd obciążenia obwodu twornika It zależny od momentu, prąd obwodu wzbudzenia Iw, oraz prędkość obrotowa ω [1].

   W celu wyznaczenia parametrów zastosowanego silnika (rys. 1) oraz kładąc nacisk w wykonywanej pracy na problem zsynchronizowanego sterowania silnikami w konkretnym przykładzie, posłużymy się następującymi zależnościami:

Rys. 1. Uproszczony schemat silnika obcowzbudnego.

Moment mechaniczny przy znanej mocy Pm i prędkości obrotowej wału n:

Prędkość obrotowa wyrażona w obr/min, a prędkość obrotowa wyrażona w rad/sek:

Napięcie indukowane w tworniku:

Moment elektromagnetyczny obrotowy:

Straty mechaniczne silnika przy danym momencie obciążenia Mm i danym Me:

Wiadomo również, że dla stałego strumienia wzbudzenia:

Z powyższego wzoru wynika proporcja:

Wyznaczając dodatkowo prędkość biegu jałowego i prędkość szukaną dla podanej wartości prądu twornika:

możemy określić wszystkie zależności potrzebne do dalszych obliczeń.