Двигатель постоянного тока | Электрика в квартире, ремонт бытовых электроприборов

Двигатель постоянного тока — это электродвигатель, запитанный от постоянного тока (+ и -). Данные двигатели  применяются в электроприводах, требующих большой диапазон регулирования скорости, большой точности поддержания скорости вращения привода, регулирования скорости вверх от номинальной.

Содержание

1. Устройство электродвигателей постоянного тока
2. Коммутация в электродвигателях постоянного тока
3. Пуск двигателей постоянного тока
4. Торможение электродвигателей постоянного тока

Содержание

Устройство электродвигателей постоянного тока

В конструкцию двигателей постоянного тока входит индуктор и якорь, которые разделены воздушным зазором.

Индуктор предназначен для создания неподвижного магнитного поля машины и состоит из станины, главных и добавочных полюсов.

Станина служит для крепления основных и добавочных полюсов и является элементом магнитной цепи машины.

На главных полюсах расположены обмотки возбуждения, предназначенные для создания магнитного поля машины, на добавочных полюсах — специальная обмотка, служащая для улучшения условий коммутации.

Якорь электродвигателя постоянного тока состоит из магнитной системы, собранной из отдельных листов железа, рабочей обмотки, уложенной в пазы, и коллектора служащего для подвода к рабочей обмотке постоянного тока. Коллектор представляет собой цилиндр, насаженный на вал двигателя и избранный из изолированных друг от друга медных пластин. На коллекторе имеются выступы, к которым припаиваются концы секций обмотки якоря. Съем тока с коллектора осуществляется с помощью щеток, обеспечивающих скользящий контакт с коллектором.

Щетки закреплены в щеткодержателях, которые удерживают их в определенном положении и обеспечивают необходимое нажатие щетки на поверхность коллектора. Щетки и щеткодержатели закреплены на траверсе, связанной с корпусом электродвигателя.

Коммутация в электродвигателях постоянного тока

В процессе работы электродвигателя постоянного тока щетки, скользя по поверхности вращающегося коллектора, последовательно переходят с одной коллекторной пластины на другую. При этом происходит переключение параллельных секций обмотки якоря и изменение тока в них. Изменение тока происходит в то время, когда виток обмотки замкнут щеткой накоротко. Этот процесс переключения и явления, связанные с ним, называются коммутацией. В момент коммутации в короткозамкнутой секции обмотки под влиянием собственного магнитного поля наводится э. д. с. самоиндукции. Результирующая э. д. с. вызывает в короткозамкнутой секции дополнительный ток, который создает неравномерное распределение плотности тока на контактной поверхности щеток. Это обстоятельство считается основной причиной искрения коллектора под щеткой. Качество коммутации оценивается по степени искрения под сбегающим краем щетки и определяется по шкале степеней искрения.

По способу возбуждения электрические двигатели постоянного тока делятся на четыре группы:

1. С независимым возбуждением -независимая обмотка возбуждения питается от постороннего источника постоянного тока. 2. С параллельным возбуждением (шунтовые) — обмотка возбуждения включается параллельно источнику питания обмотки 3. С последовательным возбуждением (сервисные) — обмотка возбуждения включена последовательно с якорной обмоткой. 4. Двигатели со смешанным возбуждением (компаундные) — имеется последовательная сериесная обмотка возбуждения и параллельная шунтовая обмотка возбуждения.

Пуск двигателей постоянного тока

В начальный момент пуска двигателя якорь неподвижен и противо-э. д. с. и напряжение в якоре равна нулю, поэтому Iп = U / Rя. Сопротивление цепи якоря невелико, поэтому пусковой ток превышает в 10 — 20 раз и более номинальный. Это может вызвать значительные электродинамические усилия в обмотке якоря и чрезмерный ее перегрев, поэтому пуск двигателя производят с помощью пусковых реостатов — активных сопротивлений, включаемых в цепь якоря. Двигатели мощностью до 1 кВт допускают прямой пуск. Величина сопротивления пускового реостата выбирается по допустимому пусковому току двигателя. Реостат выполняют ступенчатым для улучшения плавности пуска электродвигателя. В начале пуска вводится все сопротивление реостата. По мере увеличения скорости якоря возникает противо-э.д.с, которая ограничивает пусковые токи. Постепенно выводя ступень за ступенью сопротивление реостата из цепи якоря, увеличивают подводимое к якорю напряжение.

Торможение электродвигателей постоянного тока

В электроприводах с электродвигателями постоянного тока применяют три способа торможения: динамическое, рекуперативное и торможение противовключением.

Динамическое торможение электродвигателя постоянного тока осуществляется путем замыкания обмотки якоря двигателя накоротко или через резистор. При этом электродвигатель постоянного тока начинает работать как генератор, преобразуя запасенную им механическую энергию в электрическую. Эта энергия выделяется в виде тепла в сопротивлении, на которое замкнута обмотка якоря. Динамическое торможение обеспечивает точный останов электродвигателя.

Рекуперативное торможение электродвигателя постоянного тока осуществляется в том случае, когда включенный в сеть электродвигатель вращается исполнительным механизмом со скоростью, превышающей скорость идеального холостого хода. Тогда э. д. с, наведенная в обмотке двигателя, превысит значение напряжения сети, ток в обмотке двигателя изменяет направление на противоположное. Электродвигатель переходит на работу в генераторном режиме, отдавая энергию в сеть. Одновременно на его валу возникает тормозной момент. Такой режим может быть получен в приводах подъемных механизмов при опускании груза, а также при регулировании скорости двигателя и во время тормозных процессов в электроприводах постоянного тока. Рекуперативное торможение двигателя постоянного тока является наиболее экономичным способом, так как в этом случае происходит возврат в сеть электроэнергии.

Торможение противовключением электродвигателя постоянного тока осуществляется путем изменения полярности напряжения и тока в обмотке якоря. При взаимодействии тока якоря с магнитным полем обмотки возбуждения создается тормозной момент, который уменьшается по мере уменьшения частоты вращения электродвигателя. При уменьшении частоты вращения электродвигателя до нуля электродвигатель должен быть отключен от сети, иначе он начнет разворачиваться в обратную сторону.

Электродвигатель постоянного тока.

Хотя система своременного электроснабжения основана на применении переменного тока, тем не менее машины постоянного находят широкое использование в самых различных отраслях промышленности и в быту.

Основными частями машины постоянного тока (см. рис. 1) являются неподвижная станина, несущая электромагниты, и вращающаяся часть – якорь. Часто их называют по аналогии с машинами переменного тока статором – неподвижную часть и ротором – вращающуюся часть. Станина с электромагнитами служит для возбуждения главного магнитного поля машины, а во вращающемся якоре индуктируется э.д.с. и проходят токи, создающие в генераторе тормозящий момент, а в двигателе – вращающий момент.

Станина изготавливается из литой стали и представляет собой полый цилиндр, на внутренней стороне которого укреплены сердечники полюсов: главных и дополнительных. На сердечники главных полюсов надеты катушки, составляющие обмотку возбуждения машины.

Сердечники полюсов снабжаются наконечниками, служащими для более равномерного распределения магнитной индукции вдоль окружности якоря. Дополнительные полюса имеются имеются только на более крупных машинах. Эти полюса устанавливаются на станине посредине между главными полюсами. Их обмотка соединяется последовательно с обмоткой якоря. Назначение этих полюсов – поддерживать магнитное поле работающей машины относительно постоянным независимо от нагрузки. Это нужно для безыскровой работы щеток на коллекторе.

Сердечник якоря собран из изолированных друг от друга листов электротехнической стали. Он снабжен пазами, в которые закладывается обмотка якоря, обычно состоящая из отдельных секций.

Характерной для машин постоянного тока деталью является коллектор – полый цилиндр, собранный из изолированных одна от другой и от вала машины клинообразных медных пластин. Последние определенным образом соединяются с витками обмотки якоря. На коллекторе в щеткодержателях устанавливаются неподвижные щетки, через которые обмотка якоря соединяется с внешней цепью. Щетки к коллектору прижимаются пружинами. щеткодержатели укрепляются на щеточных траверсах. Последние устанавливаются на подшипниках машины и их можно поворачивать, изменяя таким путем положение щеток по отношению к полюсам машины.

Коллектор в генераторах постоянного тока служит для выпрямления переменной э.д.с., индуктируемой во вращающейся обмотке якоря, а в двигателях постоянного тока – для получения постоянного по направлению вращающего момента. Одна и та же машина постоянного тока может работать в режимах генератора и двигателя, т.е. она обратима, как все электрические машины.

В режиме генератора машина работает тогда, когда ее вращает какой-либо первичный двигатель (паровая или гидравлическая турбина, двигатель внутреннего сгорания и т.д.), главное магнитное поле возбуждено, а обмотка якоря через щетки замкнута на нагрузку. В этой обмотке индуктируется э.д.с. и возникает ток, протекающий через якорь и нагрузку. Ток в якоре, взаимодействуя с главным магнитным полем, создает тормозящий момент, который должен преодолеть первичный двигатель.

В режиме двигателя внешний источник электроэнергии посылает электрические токи в цепи якоря и возбуждения машины, а ток якоря, взаимодействуя с главным магнитным полем, образует вращающий момент. Под действием этого момента якорь вращается, а машина преобразует электрическую энергию в механическую.

ОБМОТКИ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА (электродвигатели)

4.8
В двигателях постоянного тока с постоянным током используются две общие схемы обмотки якоря; круговая обмотка и волновая обмотка. Обмотки внахлестку наматывают, как показано на рис. 4.106. Эта конфигурация предназначена для якоря с 12 слотами и 2-полюсным полем. В этом случае шаг намотки составляет пазы с 1 по 6 или размах в 5 зубьев. Шаг катушки должен быть больше дуги катушки возбуждения (или постоянного магнита) для хорошей коммутации. Первая катушка наматывается на пазы с 1 по 6. Следующая катушка наматывается на пазы с 5 по 12. Затем продолжайте сдвигать 1 паз в время, пока все 12 катушек не будут на месте. Концы катушек также соединяются с коллекторными стержнями по мере наматывания каждой катушки. Поскольку эти катушки наматываются последовательно, внешние катушки обязательно больше, чем внутренние катушки, потому что концевые витки перекрывают друг друга. Это приводит к механическому дисбалансу.

РИСУНОК 4.106 Завершенная схема намотки внахлестку.
Механический дисбаланс можно до некоторой степени устранить, используя двойной фланец и наматывая сразу две катушки, как показано на рис. 4.107.
Катушки с 1 по 6 и с 12 по 7 наматываются одновременно. Затем одновременно наматывают катушки со 2 по 7 и с 1 по 8. Этот процесс продолжается до тех пор, пока все 12 катушек не будут на месте. Концы катушки подключаются к коллекторным стержням последовательно по мере сборки каждой катушки. Это наиболее распространенный тип обмотки для двигателей постоянного тока.
Обмотка внахлест также используется в двигателях, имеющих более двух полюсов, но на каждую пару полюсов требуется одна пара щеток. Количество пар щеток можно уменьшить, используя метод намотки, называемый волновой намоткой.
В случае волновой обмотки концы катушки не привязываются к соседнему коллекторному стержню после завершения каждой катушки. Вместо этого катушки наматываются так, что катушка под одним полюсом соединяется с катушкой на расстоянии 180 электрических градусов, которая находится под таким же полюсом. Это позволяет одной паре щеток коммутировать две пары полюсов.
Если проектируется двухполюсный двигатель, тип обмотки обязательно представляет собой конфигурацию внахлестку. Четырехполюсный двигатель может использовать обмотку внахлестку или волнистую обмотку. Для обмотки внахлестку, волновой обмотки или даже щелевого якоря требуется пара щеток для коммутации каждой пары полюсов. В случае четырех- или шестиполюсного двигателя с нечетными пазами катушки могут коммутироваться одной парой щеток.

. РИСУНОК 4.107 Схема намотки внахлест с двумя витками: (a) первый набор намотанных витков и (b) второй набор витков, намотанных.
волновой двигатель с нечетными пазами будет менее сложным, чем оснастка с одной парой щеток на пару полюсов. Однако плотность тока в этих щетках будет выше, потому что теперь они будут проводить весь ток. Площадь каждой кисти должна быть увеличена, чтобы довести плотность тока до разумного уровня.
При намотке внахлест конечный провод соединяется со следующим соседним стержнем. Волновая обмотка имеет начальный и конечный провода, соединенные примерно на 360 электрических градусов друг от друга, а не рядом. На рис. 4.108 и 4.109, соответственно.

РИСУНОК 4.108 Схема намотки внахлестку.

РИСУНОК 4.109 Схема волновой намотки.

Подробное руководство по типам обмоток двигателей постоянного тока и их характеристикам

Двигатели постоянного тока

mplgmg 3 апреля 2017 г.

Конструкция обмоток двигателей постоянного тока такая же, как и у других видов электродвигателей. Эти двигатели постоянного тока имеют статор, неподвижная часть которого состоит из обмотки возбуждения. Ротор — вращающаяся часть двигателя, состоящая из якорных обмоток. Здесь мы планируем обсудить наиболее важные типы обмоток двигателей постоянного тока, которые используются в электродвигательной промышленности. Эти обмотки в основном классифицируются в соответствии с обмотками двигателя постоянного тока в якоре.

Обмотки двигателя постоянного тока якоря

Нахлесточные обмотки

Конец катушки с двумя витками, который соединяется с двумя соседними сегментами коллектора, известен как симплексная нахлестная обмотка. Существует несколько типов других петлевых обмоток, таких как дуплексные петлевые обмотки и тройные петлевые обмотки

Волновые обмотки

Волновая обмотка состоит из нескольких параллельных путей между проводниками якоря. При этом параллельные пути между проводниками всегда равны независимо от числа полюсов в двигателях постоянного тока.

Сосредоточенная обмотка двигателя постоянного тока

Помимо обмоток возбуждения, это обмотки якоря, существуют специальные типы обмоток, которые используются для различных целей. Если все витки обмотки намотаны вместе последовательно, образуя одну многовитковую катушку, такие обмотки называются обмотками концентрированного типа в двигателе постоянного тока. Примеры обмоток концентрированного типа:

• Первичная и вторичная обмотки трансформатора
• Обмотка машины постоянного тока
• Обмотки возбуждения постоянного тока синхронных машин

Распределенная обмотка двигателя постоянного тока

Все витки обмотки расположены в виде нескольких катушек с полным или дробным шагом. Эти катушки закрывают в пазах, разбросанных по периферии воздушного зазора, образуя обмотку коммутатора. Примеры распределенных обмоток.

• Обмотки статора и ротора асинхронных двигателей
• Обмотки якоря синхронных двигателей
• Обмотки якоря двигателей постоянного тока.

Многослойные обмотки

Помимо этой конфигурации обмотки, этот тип многослойных двигателей постоянного тока является дополнительным типом обмотки. Обмотки типов слоев можно дополнительно классифицировать на обмотки с одним слоем и обмотки с двойным слоем.

Однослойные обмотки — Когда обмотки сконструированы таким образом, что одна сторона катушки занимает всю площадь пазов, такие обмотки называются однослойными обмотками.

Двухслойные обмотки — Если слот содержит четное количество сторон катушки в двух слоях, это называется двухслойной обмоткой.

 

Обмотки двигателя постоянного тока полевого типа также намотаны с разным числом витков для увеличения потока рассеяния двигателя постоянного тока. рассеяние потока между обмоткой якоря и обмоткой возбуждения также прямо пропорционально крутящему моменту двигателя постоянного тока. Надеюсь, что вы получили хорошие знания о типах обмоток двигателя постоянного тока.