Принцип действия двигателя постоянного тока

Хотя в современном электроприводе преобладают машины переменного тока (асинхронные электродвигатели), двигатели постоянного тока все еще используют и не только в предыдущих решениях.

Устройство простейшего электродвигателя постоянного тока

На рисунке ниже приведена простейшая машина постоянного тока:

Рисунок 1

Схематическое отображение электродвигателя постоянного тока в осевом направлении показано ниже:

Рисунок 2

 Неподвижная часть двигателя постоянного тока называется индуктором или статором. Состоит он из полюсов и круглого стального ярма, к которому крепятся полюса. Главным назначением индуктора является генерация постоянного (основного) магнитного потока машины. Индуктор простейшей машины, отображенный выше, имеет два полюса 1 (ярмо индуктора не показано).

Вращающаяся часть машины состоит из цилиндрического якоря 2, укрепленного на валу, и коллектора 3. Якорь состоит из набранного из листов электротехнической стали сердечника и обмотки, укрепленной на сердечника якоря. Обмотка якоря в показанном на рисунке простейшем двигателе имеет один виток. Концы витка соединяются с изолированными от вала медными пластинами коллектора, число которых в рассматриваемом случае равно двум. Две неподвижные щетки 4 налегают на коллектор. С помощью щеток обмотка якоря соединяется с внешней цепью.

Основной магнитный поток в электродвигателях постоянного тока создается обмоткой возбуждения, которая запитывается постоянным напряжением и располагается на сердечниках полюсов. Магнитный поток «идет» через якорь от северного полюса N к южному полюсу S, а от него через ярмо снова к северному. Ярмо и сердечники полюсов также изготавливаются из ферромагнитных материалов.

Рисунок 3

Генераторный режим двигателя постоянного тока

Предположим, что в нашем случае якорь электрической машины (рисунок 1 и рисунок 2 а)) движется по часовой стрелке. Тогда в проводниках обмотки якоря будет индуцироваться ЭДС, направление которой можно определить используя правило правой руки (рисунок 3 а)), что и показано на рисунках 1 и 2а). Поскольку поток полюсов является неизменным, то ЭДС сможет индуцироваться только в случае вращения якоря электродвигателя постоянного тока и называется

ЭДС вращения.

Величина индуктируемой в проводнике обмотки якоря ЭДС будет равна:

Где: B – магнитная индукция воздушного зазора между якорем и полюсом в месте расположения проводника; l – активная длина проводника с током, то есть это длина, на протяжении которой проводник расположен в магнитном поле; υ – скорость движения проводника в магнитном поле (линейная).

В обоих проводниках из-за симметрии индуктируются одинаковые ЭДС, которые складываются по контуру витка, и поэтому полная ЭДС якоря двигателя постоянного тока будет равна:

ЭДС Е_а является величиной переменной, так как проводники якорной обмотки попеременно проходят под южным и северным полюсами, в результате чего направление ЭДС в проводниках изменяется. Кривая ЭДС проводника по форме повторяет кривую распределения индукции B вдоль воздушного зазора в зависимости от времени t (рисунок 4 а)).

Рисунок 4

В двухполюсной машине частота ЭДС f равна скорости вращения якоря n, выраженной в оборотах в секунду: f = n. А вот в общем случае, когда двигатель постоянного тока имеет p пар полюсов с чередующеюся полярностью:

 Обмотка якоря с помощью щеток замыкается через внешнюю цепь и, соответственно, в этой цепи начинает протекать ток I

a. В обмотке якоря будет протекать переменный ток и его кривая аналогична кривой ЭДС (рисунок 4). Однако во внешней цепи протекает постоянный ток, это объясняется действием коллектора. При повороте коллектора и якоря на 90⁰ (рисунок 1) происходит смена коллекторных пластин под щетками и изменение направления ЭДС в проводниках. Вследствие чего под верхней щеткой всегда будет находиться пластина соединенная с проводником северного полюса, а под нижней щеткой пластина соединенная с проводником южного полюса. В результате такого соединения направление тока и полярность щеток для внешней цепи остаются неизменными.

Таким образом, коллекторный узел является механическим выпрямителем, который преобразовывает переменный ток якоря в постоянный ток внешней цепи.

Изменив знак второго полупериода кривой на рисунке 4 а), получим форму кривой напряжения и тока внешней цепи (рисунок 4 б)). Пульсирующий ток внешней цепи малопригоден для практических целей. Для избавления от пульсаций применяют более сложные по своему устройству коллектор и якорь двигателя постоянного напряжения, однако основные свойства машины постоянного тока могут быть рассмотрены на примере рассматриваемого нами простейшего двигателя постоянного тока.

Постоянное напряжение на зажимах якоря генератора будет меньше Е_а на величину падения напряжения в сопротивлении обмотки якоря r

a:

Поскольку проводники якоря находятся в магнитном поле и через них протекает ток I_a, то на них будут действовать электромагнитные силы (рисунки 1, 2 а)):

Направление этих сил определяют с помощью правила левой руки (рисунок 3 б)). Данные силы и создают электромагнитный вращающий момент, который будет равен:

Здесь D_a это диаметр якоря машины. Из рисунков 1-2 а) можно увидеть, что в генераторном режиме данный момент действует против направления вращения якоря и является тормозящим.

Режим двигателя

Простейший двигатель постоянного напряжения может работать не только в режиме генератора, но и в режиме двигателя, если к обмотке якоря подвести напряжение от внешнего источника. На проводники обмотки якоря будут действовать электромагнитные силы F

пр в результате чего создается электромагнитный момент М_эм. Как и для режима генератора, величины F_пр и  М_эм вычисляются из равенств (4) и (5). При достаточной величине М_эм якорь электрической машины придет в движение и будет развивать механическую мощность. Момент М_эм в таком случае будет являться движущим, и приводить в движение якорь в направлении вращения.

Если мы хотим, чтобы при той же полярности полюсов направление вращения генератора (рисунок 1-2 а)) и двигателя (рисунок 1-2 б)) были одинаковы, то направление действия М

эм, а также тока I_а у электродвигателя постоянного напряжения должны быть обратными по сравнению с генератором (рисунок 1-2 б)).

Коллектор превращает постоянный ток из внешней цепи в переменный ток якоря в режиме двигателя, что смело можно назвать механическим инвертором тока.

Проводники обмотки якоря электрической машины тоже вращаются в магнитном поле, из-за чего в обмотке якоря двигателя индуцируется ЭДС Е_а, величину которой можно определить из формулы (1). В электродвигателе направление этой ЭДС (рисунок 1-2 б)) такое же, как и в генераторе (рисунок 1-2 а)). Таким образом, ЭДС якоря Е_а

в двигателе направлена против тока I_a и приложенного напряжения U_a к зажимам якоря. Поэтому довольно часто ЭДС якоря называют противоэлектродвижущей силой.

Напряжение, приложенное к якорю электрической машины, уравновешивается падением напряжения на обмотке якоря и ЭДС Е_а:

Если сравнить уравнения (3) и (6) можно увидеть одну очень важную особенность – в режиме генератора U_a < E_a, в режиме двигателя U_a > E_a.

Принцип обратимости электродвигателя

Из изложенных выше формул и описаний следует вывод, что каждая машина постоянного тока (и не только постоянного) может работать как в режиме двигателя, так и в режиме генератора. Такое свойство имеют все электрические машины, и оно носит название обратимость.

Для перехода двигателя постоянного тока из режима генератора в режим двигателя и обратно при неизменной полярности щеток и полюсов, а также при неизменном направлении вращения необходимо всего лишь изменить направление тока в обмотке якоря (что сейчас легко делается с помощью тиристорных преобразователей и других управляемых выпрямителей).

В современных системах такой переход осуществляется автоматически.

Преобразование энергии в двигателе постоянного тока

На рисунке 5 показаны направления действия электрических и механических величин в якоре двигателя и генератора постоянного тока.

Рисунок 5

В соответствии с первым законом Ньютона в применении к вращающемуся телу, действующие на это тело тормозящие и вращающие моменты уравновешивают друг друга. Поэтому в установившемся режиме работы генератора электромагнитный момент будет равен:

Здесь М_в – момент на валу генератора, который развивает приводной двигатель, М_тр – момент трения на коллекторе электрической машины и в подшипниках, а также сопротивления воздуха, М_с – тормозящий момент, вызываемый потерями на вихревые токи и гистерезис в сердечнике якоря. Данные потери мощности возникают вследствие вращения сердечника якоря в неподвижном магнитном поле полюсов. Электромагнитные силы, возникающие при вращении ротора электрической машины постоянного тока, оказывают на ротор тормозящее действие и в таком представлении ведут себя подобно силам трения.

Электромагнитный момент двигателя постоянного тока в установившемся режиме работы будет равен:

Здесь М_в – развиваемый рабочей машиной (насос, тележка, кран…) тормозящий момент на валу электродвигателя.

В режиме генератора электромагнитный момент М_эм является движущем, а в режиме двигателя наоборот, тормозящим. При этом в обеих случаях М_в и М_эм противоположны по направлению.

Электромагнитная мощность Р_эм, развиваемая электромагнитным моментом М_эм, будет равна:

Где:

В данном случае ω – это угловая скорость машины постоянного тока.

Подставив значения М

эм и ω в формулу (8) из формул (5) и (9) и учтем, что линейная скорость на окружности якоря:

Или же на основании выражения (1):

Под действием тока I_a и ЭДС Е_а в обмотке якоря развивается внутренняя электрическая мощность:

Исходя из формул (10) и (11), Р_эм = Р_а, то есть внутренняя электрическая мощность якоря равна электромагнитной мощности, которую развивает электромагнитный момент, что довольно наглядно демонстрирует процесс преобразования электрической энергии в механическую в режиме двигателя, и процесс преобразования механической энергии в электрическую в режиме генератора.

Умножив соотношения (3) и (6) на I

a получим следующие выражения для генератора:

Левые части приведенных выше формул представляют собой электрическую мощность на зажимах якоря, первые члены первых частей электромагнитную мощность все того же якоря, и последние выражение мощность потерь в якорной цепи.

Хотя полученные формулы приведены для простейшей машины постоянного тока (рисунок 1), они все равно будут действовать и в более сложной обмотке якоря, так как моменты отдельных проводников и ЭДС складываются. Данные формулы являются выражением закона сохранения энергии и отражают процесс преобразования энергии в машине постоянного тока.

Подведем итоги

Развиваемая на валу генератора приводным электродвигателем механическая мощность, за вычетом магнитных и механических потерь, превращается в электрическую мощность (с вычетом потерь в обмотке) и передается во внешнюю цепь. В режиме двигателя электрическая мощность, подающаяся на якорь электрической машины, частично расходуется на потери, а остальная ее часть преобразуется в мощность электромагнитного поля – потом в механическую мощность, которая после вычета потерь в стали якоря и сил трения с помощью вала передается рабочей машине (лифт, станок, тяговый привод электротранспорта и другие).    

Общие закономерности превращения энергии для двигателей постоянного тока также актуальны и для двигателей переменного тока.

Электрические машины постоянного тока. Введение. Основные понятия

Лекция 13
II.
Магнитные цепи и
электромагнитные
устройства
Электрические машины
Содержание
Электрические машины постоянного тока
Введение. Основные понятия
1. Конструкция машин постоянного тока
2. Принцип действия двигателя постоянного
тока
3. Принцип действия генератора постоянного
тока
4. Способы возбуждения машин постоянного
тока
5. Схема замещения и уравнения
электрического
состояния
Введение. Основные понятия
Электрические
машины
–
устройства,
преобразующие
электрическую энергию в механическую, либо механическую энергию в
электрическую.
Обратимость электрических машин — способность работать
как генератором, так и двигателем
Введение. Основные понятия
В основе работы электрических машин — проявления магнитного поля
В основе конструкции электрических машин — магнитная цепь
В зависимости от характера магнитного поля, конфигурации
магнитопровода магнитной цепи машины, характера электрического тока
в ее обмотках все электрические машины можно разделить на типы:
Электрические машины постоянного тока;
Асинхронные электрические машины;
Синхронные электрические машины;
Специальные электрические машины.
Магнитные цепи электрических машин:
1 – машина постоянного тока; 2 – асинхронный двигатель; 3 – синхронная машина
1. Конструкция электрических машин постоянного тока
Конструкция электрической машины постоянного тока.
1-станина; 2-полюс; 3-обмотка возбуждения; 4-дополнительный полюс;
5-якорь; 6-обмотка якоря; 7-коллектор; 8-обмотка дополнительных
полюсов; 9-щетки; 11-щеткодержатель; 12-подшипниковый щит; 13подшипник; 14-вал; 15-вентилятор; 16-рым-болт; 17-клеммная коробка
1. Конструкция электрических машин постоянного тока
(продолжение)
1 – станина; 2 – полюс статора; 3 – обмотка возбуждения; 4 –
дополнительный полюс; 5 – якорь; 6 – обмотка якоря; 7 – коллектор
1. Конструкция электрических машин постоянного тока
(продолжение)
Щеточно-коллекторный узел — соединение обмотки вращающегося
якоря с внешней электрической цепью и коммутация тока якоря
1 – коллектор; 2 – электрические щетки; 3 – сердечник якоря;
4 – подшипник; 5 — вал
1. Конструкция электрических машин постоянного тока
(продолжение)
Условное обозначение машины
постоянного тока в схемах
электрических цепей
1 – клеммная коробка;
2 – коллектор;
3 – подшипниковый щит;
4 — щетки
2. Принцип действия двигателя постоянного тока
Силовое действие магнитного поля – создание
электромагнитной силы, действующей на проводники
обмотки якоря, находящейся в магнитном поле
возбуждения
3. Принцип действия генератора постоянного тока
Индукционное действие магнитного поля –
создание ЭДС в обмотке якоря, вращающегося в
магнитном поле.
4. Способы возбуждения машин постоянного тока
Независимое
возбуждение
Uв
Iв
Rв
Параллельное
возбуждение
Iя I Iв
Последовательное
возбуждение
Iя Iв I
Смешанное
возбуждение
5. Схема замещения и уравнения электрического
состояния
Двигатель постоянного тока
Уравнение электрического
состояния цепи якоря двигателя
постоянного тока
U E я I я Rя
Схема замещения
двигателя постоянного тока
Генератор постоянного тока
Уравнение электрического
состояния цепи якоря генератора
постоянного тока
E я U Rя I я
Схема замещения
генератора постоянного тока
Заключение
1. Электрические машины – это устройства, преобразующие
электрическую энергию в механическую, либо механическую
энергию в электрическую. В первом случае такая электрическая
машина называется электрическим двигателем, во втором –
генератором электроэнергии. Основные конструктивные части
электрической машины — статор (неподвижная часть) и ротор
(вращающаяся часть).
2. В зависимости от характера магнитного поля, конфигурации
магнитопровода магнитной цепи машины, характера
электрического тока в ее обмотках все электрические машины
можно разделить на типы: электрические машины постоянного
тока, асинхронные электрические машины, синхронные
электрические машины, специальные электрические машины.
Заключение
3. В электрической машине постоянного тока (МПТ) осуществляется
преобразование электрической энергии постоянного тока в механическую
энергию (двигатель постоянного тока), или наоборот (генератор
постоянного тока).
4. Статор МПТ состоит из станины, представляющий собой стальной полый
цилиндр, являющейся механическим остовом машины и одновременно
служащей частью магнитопровода. К внутренней поверхности станины
крепятся полюсы с обмоткой возбуждения.
5. Ротор МПТ называется якорем. Якорь представляет из себя цилиндр,
шихтованный из листов электротехнической стали. На наружной
поверхности якоря имеются продольные пазы с уложенной в них обмоткой
якоря
6. Для соединения обмотки вращающегося якоря с внешней электрической
цепью и коммутации тока якоря служит щеточно-коллекторный узел.
Цилиндрический коллектор состоит из отдельных медных коллекторных
пластин, изолированных друг от друга, соединенных с соответствующей
секцией обмотки якоря. К наружной поверхности коллектора прижимаются
неподвижные электрические щетки. Щетки обеспечивают скользящий
электрический контакт обмотки якоря с внешней электрической цепью.
Заключение
7. Принцип работы ДПТ определяется силовым действием
магнитного поля. Обмотка возбуждения питается постоянным током и
создает постоянное магнитное поле возбуждения. Обмотка якоря
также подключена к источнику постоянного напряжения U, под
действием которого в ней возникает ток якоря Iя. В соответствии с
явлением силового действия магнитного поля на проводники обмотки
якоря с током, находящиеся в магнитном поле возбуждения, действует
электромагнитная сила, создающая вращающий электромагнитный
момент.
Заключение
8. Принцип работы ГПТ определяется индукционным действием
магнитного поля. Обмотка возбуждения питается постоянным током и
создает постоянное магнитное поле возбуждения. Якорь генератора
вращается приводным двигателем. Проводники обмотки якоря,
вращаясь вместе с ним движутся в магнитном поле возбуждения.
Согласно закону электромагнитной индукции в таких проводниках
индуцируется ЭДС, которая определяет напряжение на зажимах
обмотки якоря.
9. Способ возбуждения МПТ определяется взаимным включением
обмоток возбуждения и якоря и может быть независимым,
параллельным, последовательным и смешанным. Способ возбуждения
определяет основные свойства и характеристики МПТ.
10. Схема замещения и уравнения электрического состояния
позволяют анализировать электромагнитные процессы и
характеристики машин постоянного тока
Контрольные вопросы
Электрическая машина — это
Электротехническое устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии в
механическую, либо наоборот
Электротехническое устройство, преобразующее электрическую энергию одного напряжения в
электрическую энергию другого напряжения
Электротехническое устройство, преобразующее электрическую энергию в тепловую энергию
Электротехническое устройство, преобразующее механическую энергию вращательного
движения в механическую энергию поступательного движения
Что такое электрический генератор?
Что такое электродвигатель?
Электрическая машина, преобразующая механическую энергию вращательного
движения в электрическую энергию
Электрическая машина, преобразующая электрическую энергию в механическую
энергию вращательного движения
Электротехническое устройство, преобразующее механическую энергию вращательного
движения в механическую энергию поступательного движения
Устройство, преобразующее тепловую энергию в механическую
Контрольные вопросы
Обратимость электрических машин – это:
Способность работать как генератором, так и двигателем
Способность менять направление вращения на обратное
Способность накапливать энергию и возвращать ее источнику
Способность преобразовывать постоянное магнитное поле во вращаюшееся
Укажите магнитную цепь машины постоянного тока:
Основные элементы магнитной цепи машины постоянного
тока:
Обмотка возбуждения, станина, полюса статора, шихтованный сердечник якоря
Трехфазная обмотка статора, шихтованный сердечник статора, шихтованный сердечник ротора
Явнополюсный ротор с обмоткой возбуждения, шихтованный сердечник статора
Контрольные вопросы
Перечислить элементы конструкции
электрической машины постоянного
тока
Коллектор машины постоянного тока
Часть конструкции МПТ, обеспечивающая коммутацию
обмотки вращающегося якоря с внешней электрической
цепью
Устройство, обеспечивающее распределение энергии между
потребителями, подключенными к генератору постоянного
тока
Часть конструкции МПТ, обеспечивающая объединение
потоков энергии различных источников электрической
энергии
Условное
обозначение машин постоянного
тока в схемах :
Контрольные вопросы
Принцип действия двигателя постоянного тока
Создание электромагнитного вращающего момента при взаимодействии
обмотки якоря с постоянным магнитным полем возбуждения.
Создание электромагнитного вращающего момента при взаимодействии
обмотки ротора с вращающимся магнитным полем статора.
Создание электромагнитного вращающего момента при взаимодействии
постоянного магнитного поля ротора с вращающимся магнитным полем статора.
Принцип действия генератора постоянного тока
Создание ЭДС индукции в обмотке якоря, вращающегося в постоянном
магнитном поле возбуждения.
Создание ЭДС индукции в трехфазной обмотке статора под воздействием
вращающегося ротора с постоянным магнитным полем возбуждения.
Создание ЭДС индукции в обмотке ротора под воздействием вращающегося
магнитного поля статора.
Контрольные вопросы
Указать способы возбуждения МПТ
Укажите схему замещения ДПТ и ГПТ.
Как изменить направление вращения ДПТ?
1) Изменением полярности подключения обмотки якоря или обмотки возбуждения;
2) Пересоединением обмоток полюсов разной полярности;
3) Переустановкой двигателя по отношению к приводному механизму.

Тема 8. Электрические машины постоянного тока

1 Тема 8. Электрические машины постоянного тока Вопросы темы 1. Электрические машины постоянного и переменного тока. 1. Устройство и принцип работы генератора постоянного тока. 2. ЭДС и вращающий момент генератора постоянного тока. 3. Способы возбуждения генераторов постоянного тока. 4. Принцип работы двигателя постоянного тока. 5. Способы возбуждения двигателей постоянного тока. КЛАССИФИКАЦИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН!!! Устройства, предназначенные для превращения механической энергии в электрическую или обратно, называются электрическими машинами. Машина, превращающая механическую энергию в электрическую, называется генератором. Когда машина превращает электрическую энергию в механическую, она называется электродвигателем. В зависимости от рода электрического тока, возникающего в генераторе или преобразующегося двигателем в механическую энергию, различают электрические машины постоянного и переменного тока. 1. Устройство и принцип работы генератора постоянного тока Принцип работы генератора постоянного тока основан на возникновении ЭДС в рамке, вращающейся в магнитном поле (рис. 1). 1

2 Рис. 1. Возникновение ЭДС в рамке, вращающейся в магнитном поле Рис. 2. Устройство коллектора Как известно, при вращении рамки индуцируемая в ней ЭДС будет изменяться по синусоиде, т. е. за один оборот дважды поменяет знак. Чтобы ток во внешней цепи имел одно направление (постоянное), применяют коллектор (рис. 2) два полукольца-пластины (4), соединенных с концами (1) рамки, которые через щетки (2, 3) соединяются с внешней цепью. Как только рамка повернется на 180 и ЭДС начнет менять знак, полукольца коллектора поменяются местами. Благодаря этому направление тока во внешней цепи останется неизменным, хотя его величина будет изменяться (пульсировать) (рис. 3). Если поместить на якоре два витка под углом 90 один к другому и концы этих витков соединить с четырьмя коллекторными пластинами, то пульсация эдс и тока во внешней цепи значительно уменьшится. При увеличении числа коллекторных пластин пульсация быстро уменьшается и при большом числе коллекторных пластин эдс и ток практически постоянны (рис. 4). 2

3 Рис. 3. Пульсации одновиткового якоря Рис. 4. Пульсации двухвиткового якоря Машина постоянного тока состоит из неподвижной части, служащей для возбуждения главного магнитного поля, и вращающейся, в которой индуцируются ЭДС и токи, создающие тормозящий момент в генераторе и вращающий момент в двигателе. Устройство промышленного генератора постоянного тока показано на рис. 5. а) составные части б) ГПТ в сборе Рис. 5. Устройство ГПТ Неподвижная часть генератора состоит из станины 4, на которой находятся главные полюсы 2 с обмотками возбуждения и дополнительные полюсы с обмотками для компенсации ЭДС самоиндукции и реакции якоря. В большинстве случаев электромагниты питаются от самого генератора. Внутри станины помещается якорь 3, представляющий собой металлический цилиндр, набранный из штампованных, 3

4 изолированных друг от друга пластин электротехнической стали. В продольных пазах на поверхности якоря размещена обмотка, состоящая из соединенных между собой секций. Для сглаживания пульсаций ЭДС и тока обмотка якоря равномерно распределена по всей поверхности. Выводы секций присоединены к изолированным друг от друга и от корпуса машины медным пластинам коллектора 1, причем конец одной секции и начало следующей присоединяют к одной и той же пластине. Коллектор жестко укреплен на валу якоря, где крепится и вентилятор. Вал якоря помещается в подшипники подшипниковых щитов 5, укрепляемых на боковых сторонах станины. Между якорем и полюсами имеется небольшой воздушный зазор, благодаря которому якорь может свободно вращаться. На цилиндрическую поверхность коллектора накладываются угольные щетки, вставленные в щеткодержатели 6. Как и все электрические машины, машины постоянного тока обратимы. Машина работает в режиме генератора, если ее вращает тот или иной первичный двигатель, главное магнитное поле возбуждено, а цепь якоря замкнута через щетки на нагрузку. В этом случае в обмотке якоря индуцируется ЭДС, которая через коллектор и щетки подает ток в нагрузку. В самой машине взаимодействие тока якоря с главным магнитным полем создает тормозящий момент, который должен преодолевать первичный двигатель. Машина преобразует механическую энергию в электрическую. Если цепи якоря и возбуждения машины присоединены к источнику электроэнергии, то в них возникают токи, взаимодействие которых создает вращающий момент. Под действием этого момента якорь начинает вращаться, и машина работает в режиме двигателя, преобразуя электрическую энергию в механическую. Таким образом, одна и та же машина может быть использована в качестве генератора и двигателя. 2. ЭДС и вращающий момент генератора постоянного тока Выясним, как зависит ЭДС генератора постоянного тока от параметров машины, скорости вращения якоря и магнитного потока. При равномерном перемещении проводника длиной l со скоростью v в магнитном поле с индукцией B (скорость перпендикулярна вектору индукции), в нем по закону электромагнитной индукции возникнет ЭДС e : Φ Bl x e = = = Blv. (1) t t Рассмотрим движение проводника обмотки якоря в магнитном поле под полюсом. Чтобы определить среднее значение ЭДС в этом проводнике, введем понятие средней индукции. Допустим, что индукция равномерно распределена по всему воздушному зазору объёмом V (рис.6). Тогда ее среднее значение B CP Φ Φ Φ = = =, (2) V Sl π dl где S площадь поверхности якоря; 4

5 d диаметр якоря; l длина образующей цилиндра якоря. Рис. 6. Цилиндр, образуемый якорем при вращении Предполагая, что вектор средней магнитной индукции везде направлен по радиусу якоря, т. е. перпендикулярно скорости, мы получим для средней ЭДС в одном проводнике обмотки якоря e CP = B lv (3) CP где v линейная скорость вращения проводника обмотки якоря. Учитывая, что скорость вращения проводника обмотки якоря d v = ωr = 2πn = πnd (ω и n — угловая скорость и частота вращения якоря 2 соответственно), и подставляя в (3) значение средней индукции (2), получим Φ Φ ecp = lv = l nd n πdl πdl π = Φ. (4) Обмотка якоря состоит из N активных проводников. Щетки делят эту обмотку на 2a параллельных ветвей. Таким образом, в пределах каждой параллельной ветви N последовательно соединяются активных проводников. Поскольку ЭДС 2a генератора e равна ЭДС параллельной ветви, то для нее можно записать следующее выражение: N e= ecp. (5) 2a Подставляя в (5) выражение для средней ЭДС (4), получим 5

6 N e = nφ= cnφ. (6) 2a N где c = постоянная, зависящая только от параметров машины. 2a Таким образом, мы видим, что ЭДС генератора постоянного тока пропорциональна значению магнитного потока машины Φ и скорости вращения якоря n. Следовательно, для поддержания постоянного напряжения (ЭДС) на зажимах генератора можно изменять либо магнитный поток, либо скорость вращения якоря (либо и то и другое). Обычно якорь генератора приводят во вращение двигателем, работающим при определенной скорости вращения, а магнитный поток изменяют путем изменения тока в обмотке возбуждения. Вычислим мощность генератора постоянного тока: A P = (7) t причем работой A следует считать механическую работу, затрачиваемую на преодоление тормозного момента, развиваемого якорем. В формуле (7) мощность можно выразить через линейную скорость вращения якоря: FS P = = Fv, (8) t где F — сила, действующая на якорь; v — линейная скорость точки на поверхности якоря. Как мы уже видели, линейная скорость проводника на поверхности якоря v = π nd, где n — частота вращения якоря; d — диаметр якоря. Подставляя выражение для скорости в (8), получим P = Fπ nd. (9) На каждый проводник обмотки якоря с током I действует по закону Ампера сила F1 = IBCPl, а на N проводников обмотки с учетом формулы (2) будет действовать сила Φ N FCP = IBCPl = NI l = Φ ICP (10) πdl 2πda Подставляя соотношение (10) в (9) и учитывая формулу (6), получим: 6

7 N N P = Fπnd = ΦICP πnd = nφ ICP = eicp. (11) 2π da 2a Вращающий момент машины можно записать в виде d N d M = FCPr = FCP = Φ ICP = cφ ICP, (12) 2 2π da 2 N где c = — постоянный коэффициент, учитывающий особенности конструкции 4π a машины. 3. Способы возбуждения генераторов постоянного тока Возбуждением генератора называется создание главного магнитного потока, благодаря которому во вращающемся якоре создается ЭДС. Важнейшим отличительным признаком машин постоянного тока является способ возбуждения главного магнитного поля. Практически во всех современных машинах главное магнитное поле возбуждается электромагнитным путем, для чего по обмотке возбуждения, размещенной на сердечниках полюсов машины, пропускается ток. Все рабочие характеристики машины постоянного тока при работе как в режиме генератора, так и двигателя зависят от способа включения цепи возбуждения по отношению к цепи якоря. Соединение этих цепей может быть параллельным, последовательным, смешанным и, наконец, цепи могут быть независимы друг от друга. При любом способе включения мощность, потребляемая цепью возбуждения, невелика и составляет несколько процентов от номинальной мощности машины. Таблица 1. Условные графические обозначения машин постоянного тока Машина постоянного тока с независимым возбуждением Машина постоянного тока с последовательным возбуждением Машина постоянного тока с параллельным возбуждением Машина постоянного тока со смешанным возбуждением Рис. 7. Способы возбуждения ГПТ 7

8 Генератор с независимым возбуждением. Обмотка возбуждения ОВ такого генератора подключена к постороннему источнику тока через регулировочный реостат (рис. 7, а). При увеличении тока нагрузки напряжение на зажимах этого генератора несколько уменьшается из-за падения напряжения на обмотке якоря и в результате действия реакции якоря, которая уменьшает магнитный поток машины. Для поддержания постоянного напряжения на зажимах генератора изменяют ток возбуждения с помощью регулировочного реостата. Внешняя характеристика этого генератора (зависимость напряжения на зажимах от тока нагрузки UH = f ( IH) ) показана на рис. 8 (кривая 1). Рис. 8. Внешние характеристики ГПТ. Генератор с параллельным возбуждением генератор с самовозбуждением: обмотку возбуждения ОВ такого генератора подключают через регулировочный реостат параллельно обмотке якоря (рис. 7, б). При увеличении тока нагрузки напряжение на зажимах генератора с параллельным возбуждением уменьшается из-за падения напряжения на обмотке якоря, что, в свою очередь вызывает уменьшение тока возбуждения и ЭДС в якоре. Поэтому при увеличении тока нагрузки напряжение на зажимах генератора с параллельным возбуждением уменьшается быстрее, чем у генератора с независимым возбуждением. Дальнейшее увеличение тока нагрузки приводит к такому сильному уменьшению тока возбуждения, что при коротком замыкании цепи нагрузки напряжение генератора падает до нуля. Поэтому короткое замыкание генератора с параллельным возбуждением неопасно. Внешняя характеристика этого генератора показана на рис. 8 (кривая 2). Генератор с последовательным возбуждением — генератор с самовозбуждением, но его обмотка возбуждения ОВ включена последовательно с якорем (рис. 7, в) и по обеим обмоткам протекает одинаковый ток. При отсутствии нагрузки (внешняя цепь разомкнута) в якоре все же возбуждается небольшая ЭДС вследствие остаточной индукции стального сердечника статора. При увеличении 8

9 тока нагрузки напряжение на зажимах генератора сначала растет до тех пор, пока не наступит насыщение магнитной системы машины, после чего начинает быстро уменьшаться из-за падения напряжения на сопротивлении якоря и вследствие размагничивающего действия реакции якоря (кривая 3 на рис. 8). Ввиду сильной зависимости напряжения на зажимах генератора от нагрузки генераторы с последовательным возбуждением применяются очень редко. Генератор со смешанным возбуждением относится к генераторам с самовозбуждением, но имеет две обмотки возбуждения: ОВ 1, которая включается параллельно якорю, и ОВ 2 последовательно с якорем (рис. 7, г). Обмотки включают так, чтобы они создавали магнитные потоки одного направления, а число витков в обмотках выбирают таким, чтобы падение напряжения на внутреннем сопротивлении генератора и ЭДС реакции якоря были бы скомпенсированы ЭДС от потока параллельной обмотки. Благодаря этому напряжение на зажимах генератора со смешанным возбуждением остается практически постоянным при изменениях нагрузки в определенных пределах (кривая 4 на рис. 8). 4. Принцип работы двигателя постоянного тока Рис. 9. Принцип работы двигателя постоянного тока Принцип работы двигателя постоянного тока (ДПТ) основан на взаимодействии проводника с током с постоянным магнитным полем электромагнитов (рис. 9). Если генератор включить в сеть постоянного тока, то в обмотках якоря и электромагнитов установится ток и на каждый проводник обмотки якоря, находящийся в магнитном поле электромагнитов, начнет действовать сила, стремящаяся повернуть якорь (рис. 10, а). Из рис. 10 видно, что при изменении направления тока только в якоре (рис. 10, б) или только в обмотке возбуждения (рис. 10, в) направление вращения якоря меняется на противоположное, а одновременное изменение направления тока в обеих обмотках не изменяет направление вращения якоря (рис. 10, г). Отсюда следует, что для изменения 9

10 направления вращения двигателя постоянного тока нужно поменять местами либо концы обмотки якоря, либо концы обмотки возбуждения. Рис. 10. К направлению вращения двигателя постоянного тока Если двигатель постоянного тока с сопротивлением обмотки якоря включить в сеть с напряжением U, то в начальный момент пуска в ход якорь двигателя неподвижен, противо-эдс равна нулю, поэтому в якоре установится ток I П = U R. Поскольку сопротивление якоря мало, то пусковой ток в нем будет очень большим, превышая номинальный в десятки раз. От такого тока могут пострадать обмотка якоря, коллектор и щетки. Пусковой ток можно ограничить путем включения последовательно с обмоткой якоря пускового реостата. В этом случае пусковой ток I П = U R + R. Сопротивление пускового реостата R выбирают таким, чтобы пусковой ток П не превышал номинальный более чем в 1,2 1,5 раза. В результате взаимодействия якоря с магнитным полем полюсов якорь начнет вращаться. Так как его обмотка начнет вращаться в магнитном поле, то в ней будет индуцироваться ЭДС, которая будет направлена против приложенного к двигателю напряжения. Величина этой ЭДС прямо пропорциональна числу оборотов двигателя и величине магнитного потока. Однако в отличие от генератора в двигателе эта ЭДС будет меньше приложенного от сети напряжения на величину падения напряжения в якоре машины: отсюда ток в якоре при выведенном пусковом реостате П R U = e + I R, (1) 10

11 I U e = R (2) Умножив обе части уравнения (1) на I, получим: I = + 2 U I e I R (3) Левая часть уравнения (3) представляет собой электрическую мощность, 2 потребляемую двигателем из сети, а второй член правой части I R мощность, поглощаемую сопротивлением якоря. Очевидно, что электрическая мощность, которая может быть преобразована в другие виды энергии. Следовательно, это та часть потребляемой из сети электрической мощности, которая преобразуется двигателем в механическую (включая механические потери). Таким образом, ЭДС самоиндукции в двигателе постоянного тока влияет на преобразование потребляемой из сети электрической энергии в механическую. Подставим выражение для ЭДС генератора ( e = cn Φ ) (ЭДС, индуцируемая в якоре двигателя, выражается той же формулой) в (2) и выразим скорость вращения двигателя: U e U cnφ U I R I = = cnφ= U I R n = R R cφ I e это полезная. (4) Мы видим, что скорость вращения двигателя прямо пропорциональна подводимому напряжению и обратно пропорциональна величине магнитного потока. Отсюда следует, что регулирование скорости вращения двигателя постоянного тока можно осуществлять либо изменяя сопротивление цепи якоря (при постоянном напряжении сети), либо путем изменения магнитного потока. 5. Способы возбуждения двигателей постоянного тона Все рабочие характеристики двигателя постоянного тока, как и генератора, зависят от способа включения цепи возбуждения по отношению к цепи якоря. Соединение этих цепей может быть параллельным, последовательным, смешанным и, наконец, они могут быть независимы друг от друга. Двигатели с параллельным и независимым возбуждением Схема включения двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением показана на рис. 11, где ПР пусковой, а РР регулировочный реостат. Если обмотку возбуждения такого двигателя подключить через регулировочный реостат РР к другому источнику постоянного напряжения, получится двигатель с независимым возбуждением. Скоростная характеристика таких двигателей n = f ( I ) при U = const и I = const приведена на рис. 12. B 11

12 Для объяснения ее вида обратимся к формуле (4). Изменение скорости вращения может происходить за счет изменения нагрузки и магнитного потока. Увеличение тока нагрузки незначительно изменяет внутреннее падение напряжения из-за малости сопротивления цепи якоря и поэтому лишь незначительно уменьшает скорость вращения двигателя. Что же касается магнитного потока, то вследствие реакции якоря при увеличении тока нагрузки он несколько уменьшается, что приводит к незначительному увеличению скорости вращения двигателя. Таким образом, скорость вращения двигателя с параллельным возбуждением изменяется очень мало. Рис. 11. Схема включения ДПТ с параллельным возбуждением Рис. 12. Скоростная характеристика ДПТ с параллельным возбуждением Скорость вращения двигателя с независимым возбуждением можно регулировать изменением либо сопротивления цепи якоря, либо магнитного потока. Следует отметить, что чрезмерное уменьшение тока возбуждения и особенно случайный обрыв этой цепи очень опасны для двигателей с параллельным и независимым возбуждением, так как ток в якоре может возрасти до недопустимо больших значений. При небольшой нагрузке (или на холостом ходу) скорость может настолько возрасти, что это станет опасным для целостности двигателя. Двигатель с последовательным возбуждением Схема включения двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением показана на рис. 13. У такого двигателя ток якоря является одновременно и током возбуждения, так как обмотка возбуждения включена последовательно с якорем. Поэтому магнитный поток двигателя изменяется с изменением нагрузки. Выражение для скорости вращения двигателя последовательного возбуждения можно получить из формулы (4), заменив сопротивление якоря R на ( R + R В), где R В сопротивление обмотки возбуждения: 12

13 U I ( R + RВ) n = c Φ (5) Скоростная характеристика двигателя последовательного возбуждения приведена на рис. 14. Рис. 13. Схема включения ДПТ с последовательным возбуждением Рис. 14. Скоростная характеристика ДПТ с последовательным возбуждением Из этой характеристики видно, что скорость двигателя сильно зависит от нагрузки. При увеличении нагрузки увеличивается падение напряжения на сопротивлении обмоток при одновременном увеличении магнитного потока, что приводит к значительному уменьшению скорости вращения двигателя. Это характерная особенность двигателя с последовательным возбуждением. Значительное уменьшение нагрузки приводит к опасному для двигателя увеличению скорости вращения. Поэтому такие двигатели не следует пускать вхолостую или с малой нагрузкой. Регулирование скорости вращения двигателя с последовательным возбуждением может осуществляться путем изменения либо магнитного потока, либо напряжения питания. Согласно формуле ( M = cφi CP ), вращающий момент двигателя пропорционален току якоря и магнитному потоку. В свою очередь магнитный поток в отсутствие насыщения пропорционален току (Φ =LI ) возбуждения, который для данного двигателя является и током якоря: 2 M = c Φ I = ci (6) Мы видим, что вращающий момент пропорционален квадрату тока якоря. Квадратичная зависимость вращающего момента от тока нагрузки является еще одной характерной особенностью таких двигателей, благодаря которой эти двигатели легко переносят большие кратковременные перегрузки и развивают большой пусковой момент. 13

14 Двигатели с последовательным возбуждением применяют в тех случаях, когда необходимы большой пусковой момент или способность выдерживать кратковременные перегрузки, а также исключена возможность их полной разгрузки. Они оказались незаменимыми в качестве тяговых двигателей на электрическом транспорте (трамваи, троллейбусы, метро и электровозы), а также на подъемных кранах и для пуска двигателей внутреннего сгорания (стартеры) на автомобилях и авиационных двигателей. ДВИГАТЕЛИ СО СМЕШАННЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ!!! Вопросы для повторения 1. Изложите принцип работы генератора постоянного тока. 2. Опишите устройство промышленного генератора постоянного тока. 3. От чего зависит ЭДС и вращающий момент генератора постоянного тока? 4. Перечислите способы возбуждения генераторов постоянного тока и изобразите соответствующие схемы их включения. 5. Что такое обратимость машин постоянного тока? 6. Опишите принцип работы и устройство двигателя постоянного тока. 7. Что нужно сделать для того, чтобы поменять направление вращения двигателя постоянного тока? 8. От чего зависит скорость вращения двигателя постоянного тока и как ее можно регулировать? 9. Перечислите способы возбуждения двигателей постоянного тока и изобразите соответствующие схемы их включения. 10. Почему чрезмерное уменьшение тока возбуждения или случайный обрыв этой цепи очень опасны для двигателей с параллельным и независимым возбуждением? 11. Почему значительное уменьшение нагрузки опасно для двигателей с последовательным возбуждением? 12. Благодаря чему двигатели с последовательным возбуждением легко переносят большие кратковременные перегрузки и развивают большой пусковой момент? 14

«Электрические машины постоянного тока» — КиберПедия

по дисциплине «Электрические машины»

 

Выполнил:

студент группы

Нечаев И.В.

Шифр: ЭЭ-15-005

Проверил:

Преподаватель

Князев О.А.

Новосибирск

Г.

 

Расчетно-пояснительная записка

1. Введение. Цель курсового проекта. 3

2. Описание конструкции и принципы действия машин постоянного тока. 4

3. Задача 1. Построение схемы обмотки якоря. 10

4. Задача 2. Построение внешней характеристики генератора постоянного тока. 17

5. Построение скоростной характеристики двигателя постоянного тока. 23

6. Заключение. 26

7. Список используемой литературы. 27

 

 

Введение. Цель курсового проекта.

В данной курсовой работе представлены решение задания по дисциплине «Электрические машины», необходимый теоретический материал, поясняющие примеры.

Работа над курсовым проектом преследует цели практического закрепления лекционного материала.

 

Описание конструкции и принципы действия машин постоянного тока.

Устройство статора

Машина постоянного тока состоит из двух основных частей: неподвижной – статора и вращающейся – ротора, называемого в машинах постоянного тока якорем. Эскиз машины постоянного тока показан на рис. 1.1, а общий вид с разрезом — на рис.1.2.

Статор состоит из станины 1 (рис. 1.1), главных полюсов 2 (рис. 1.1), дополнительных полюсов 3 (рис. 1.1), подшипниковых щитов 4 (рис. 1.2) и щеточной траверсы со щетками 6 (рис. 1.2.).

Станина имеет кольцевую форму и изготовляется из стального литья или стального листового проката. Она составляет основу всей машины и, кроме того, выполняет функцию магнитопровода.

Главные полюсы служат для создания постоянного во времени и неподвижного в пространстве магнитного поля. С этой целью по обмотке полюсов пропускается постоянный ток, называемый током возбуждения (в машинах малой мощности в качестве полюсов могут использоваться постоянные магниты).

Дополнительные полюсы устанавливаются между главными и служат для улучшения условий коммутации.

Подшипниковые щиты закрывают статор с торцов. В них впрессовываются подшипники, и укрепляется щеточная траверса, которая с целью регулирования может поворачиваться. На щеточной траверсе закреплены пальцы, которые электрически изолированы от траверсы. На пальцах установлены щеткодержатели со щетками, изготовленными из графита или смеси графита с медью.

Устройство якоря

Вращающаяся часть машин – якорь 9 (рис. 1.1, 1.2, а, б) состоит из сердечника 7 (рис. 1.1), обмотки 8 (рис. 1.1) и коллектора 5 (рис. 1.2.).

Сердечник имеет цилиндрическую форму. Он набирается из колец или сегментов листовой электротехнической стали, на внешней поверхности которых выштампованы пазы. В пазы сердечника укладываются секции из медного провода. Концы секций, которые выводятся на коллектор и припаиваются к его пластинам, образуют замкнутую обмотку якоря.

 

Коллектор (рис. 1.3) набран из медных пластин клинообразной формы 1 (рис. 1.3.), изолированных друг от друга, и корпуса 3 (рис. 1.3.) миканитовыми прокладками 2 (рис. 1.3.), образующими в сборе цилиндр, который крепится на валу якоря.

Рис. 1.3

 

Принцип действия генератора.

Простейший генератор можно представить в виде витка, вращающегося в магнитном поле (рис. 1.4, а, б). Концы витка выведены на две пластины коллектора. К коллекторным пластинам прижимаются неподвижные щетки, к которым подключается внешняя цепь.

Принцип работы генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Пусть виток приводится во вращение от внешнего приводного двигателя ПД. Проводники активной части витка пересекают магнитное поле и в них по закону электромагнитной индукции наводятся ЭДС e1 и e2, направление которых определяется по правилу правой руки. При вращении витка по направлению движения часовой стрелки в верхнем проводнике, находящемся под северным полюсом, ЭДС направлена от нас, а в нижнем, находящемся под южным полюсом, – к нам. По ходу витка ЭДС складываются, результирующая ЭДС е = е1 – е2.

Если внешняя цепь замкнута, то по ней потечет ток, направленный от нижней щетки к потребителю и от него – к верхней щетке. Нижняя щетка оказывается положительным выводом генератора, а верхняя – отрицательным. При повороте витка на 180° проводники из зоны одного полюса переходят в зону другого полюса и направление ЭДС в них изменяется на обратное. Одновременно верхняя коллекторная пластина входит в контакт с нижней щеткой, а нижняя – с верхней, направление тока во внешней цепи не изменяется. Таким образом, коллекторные пластины не только обеспечивают соединение вращающего витка с внешней цепью, но и выполняют роль переключающегося устройства, т. е. являются простейшим механическим выпрямителем.

Принцип действия двигателя.

То же устройство работает в режиме электрического двигателя (рис. 1.5), если к щеткам подвести постоянное напряжение. Под действием напряжения U через щетки, пластины коллектора и виток потечет ток i. По закону электромагнитной силы (закон Ампера) взаимодействие тока и магнитного поля В создает силу f, которая направлена перпендикулярно i. Направление силы f определяется правилом левой руки (рис. 1.5): на верхний проводник сила действует вправо, на нижний — влево. Эта пара сил создает вращающий момент Мвр, поворачивающий виток по часовой стрелке. При переходе верхнего проводника в зону южного полюса, а нижнего – в зону северного полюса концы проводников и соединенные с ними коллекторные пластины вступают в контакт со щетками другой полярности.

Рис. 1.5

Направление тока в проводниках витка изменяется на противоположное, а направление сил f, момента Мвр и тока во внешней цепи не изменяется. Виток непрерывно будет вращаться в магнитном поле и может приводить во вращение вал рабочего механизма (РМ).

Таким образом, коллектор в режиме двигателя не только обеспечивает контакт внешней цепи с витком, но и выполняет функцию механического инвертора, т.е. преобразует постоянный ток во внешней цепи в переменный ток в витке.

Рассмотрение принципа действия показывает, что машина постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя, т. е. обладает свойством обратимости.

 

назначение, конструкция, устройство и принцип действия :: SYL.ru

Машины постоянного тока (МПТ) – это общий термин, объединяющий генераторы (ГПТ) и двигатели (ДПТ). Как правило, говоря об МПТ, имеют в виду биполярные машины, у которых имеются чередующиеся «северные» и «южные» магнитные полюсы возбуждения и механический или электронный коммутатор тока вращающейся обмотки якоря с одним единственным кольцевым полюсом (в отличие от униполярных машин). Мы также будем придерживаться этого принципа.

Классификация МПТ

В электромашиностроении и теории электромашин принято разделять МПТ на устройства с явно и с неявно выраженными полюсами возбуждения, с цилиндрической или многогранной станиной, с возбуждением постоянным током или постоянными магнитами, с механическим коммутатором-коллектором на якоре или бесконтактные. Назначение машин постоянного тока разделяет их на общепромышленные и специализированные. Среди последних можно назвать, например, тяговые ДПТ, используемые в рельсовом транспорте. Выделяются также металлургические ДПТ, в особенности двигатели для прокатных станов и т. д.

Как известно, обмотки машин постоянного тока разделяются на обмотки возбуждения (ОВ) и якоря (ОЯ). Первые служат для возбуждения магнитного поля устройства, а вторые — для отбора мощности от питающей электросети в режиме двигателя или для питания электрической нагрузки в режиме генератора. Существуют еще и обмотки дополнительных полюсов, используемые для облегчения процесса коммутации.

Электрические машины постоянного тока независимо от того, являются ли они генераторами или двигателями, могут быть классифицированы на основе схем соединения их обмоток возбуждения и якоря. Они могут составлять единую электрическую цепь или же вообще не иметь электрической связи (независимое возбуждение). Этот принцип классификации делит МПТ на два основных типа. Вы поймете дальнейшую их классификацию из представленной ниже схемы.

Устройство машины постоянного тока

ГПТ может использоваться как ДПТ без каких-либо конструктивных изменений. Конечно, промышленностью выпускаются машины, предназначенные для работы в качестве двигателей, и машины, являющиеся генераторами. Однако отличия между ними состоят в конструкции отдельных частей, и на этапе общего ознакомления могут быть проигнорированы. Следовательно, далее будем рассматривать устройство машины постоянного тока в общем, без привязки к режиму ее работы.

Ниже на рисунке показан поперечный разрез простой МПТ с двумя парами явно выраженных полюсов. Конструкция ее содержит две основные части: статор и якорь. Рассмотрим, из каких деталей они состоят.

Статор содержит станину, а также главные и находящиеся между ними дополнительные полюсы (на рисунке не показаны).

Станина – это внешняя конструктивная оболочка МПТ. Она бывает литой из чугуна (у машин старых конструкций) или сварной из толстого листа стали. Станина механически прочно скрепляет всю сборку МПТ. Кроме того, она служит магнитопроводом для магнитного потока, производимого главными полюсами.

Последние прикреплены к станине с помощью винтов или сварки. Основное их назначение – нести катушки обмотки возбуждения, намотанные на них и соединенные последовательно между собой таким образом, чтобы магнитная полярность полюсов чередовалась, т. е. после «северного» полюса следовал бы «южный» и т. д.

Полюсные наконечники (башмаки), являющиеся расширением главных полюсов, служат двум целям: для предотвращения соскальзывания катушек и для равномерного распределения поля возбуждения на большей части окружности воздушного зазора.

Якорь машины постоянного тока состоит из сердечника с обмоткой, втулки и вала. Сердечник – это стальной каркас цилиндрической формы, сложенный из тонких электрических листов стали, покрытых с обеих сторон электроизоляционным лаком. Это делается для предотвращения появления вихревых токов, стремящихся замкнуться в толще сердечника. В пазах его уложены секции петлевой или волновой обмотки якоря, коллектор машины постоянного тока и щетки. Обмотку якоря нужно присоединить к внешней электросети постоянного тока. Но нельзя непосредственно соединить выводы обмотки с сетевым вводом, потому что она вращается. Поэтому между сетью и обмоткой якоря установлен коммутатор-коллектор, представляющий собой множество изолированных друг от друга пластин из меди, образующих внешнюю цилиндрическую поверхность, разделенную изоляционными дорожками. Неподвижные контактные щетки скользят по ней, когда якорь с коллектором вращаются. Таким образом неподвижные щетки физически соприкасаются с вращающейся обмоткой якоря, а с их помощью уже можно выполнить подключение к внешней сети машины постоянного тока.

Развитие конструкций МПТ

Первые промышленные образцы МПТ появились в 70-х гг. 19 в. Поначалу они имели кольцевой якорь с тороидальной (граммовской) обмоткой. После изобретения барабанного якоря они приобрели законченный вид, примерно соответствующий вышеприведенному рисунку. Однако конструкция машин постоянного тока во второй половине 20 в. претерпела довольно сильные изменения. Прежде всего они коснулись статора. Вместо явно выраженных главных полюсов стали применять неявнополюсную конструкцию. В ней сосредоточенную катушку возбуждения каждого главного полюса заменили несколько меньшие по размерам катушки, расположенные в пазах шихтованного статора, который имеет прямоугольную или многогранную форму, как на рисунке ниже. В тех же пазах статора размещают и компенсационную обмотку, о которой будет сказано далее. В результате конструкция машин постоянного тока стала намного легче.

В связи с развитием управляемого асинхронного электропривода некоторые специалисты высказывают мнение о скором вытеснении асинхронными двигателями ДПТ из традиционных для них областей применения, таких как тяговый электропривод или привод металлургических механизмов. Однако пока еще рано говорить об этом как о свершившемся факте.

Общий принцип образования обмотки якоря

Любая из обмоток якоря является замкнутой сама на себя непрерывной электрической цепью, состоящей из последовательно соединенных секций (катушек). В простейшем случае секция может представлять просто один виток с двумя пазовыми проводниками или же быть многовитковой. Пазовые стороны секции всегда разнесены на расстояние, чуть меньшее полюсного деления – части окружности якоря, приходящейся на один главный полюс. Поэтому они в каждой из секций всегда находятся под главными полюсами противоположной полярности. В единую замкнутую цепь секции соединяются на пластинах коллектора. Способ же этого соединения и определяет тип обмотки. Рисунок ниже поясняет принцип образования обмотки якоря машины постоянного тока из шести многовитковых секций, соединяемых на пластинах коллектора.

В положении, показанном на рисунке, щетки разделяют обмотку якоря на две параллельные ветви: верхнюю, в которую входят секции L_1, L₂, L₃, и нижнюю, состоящую из секций L_4, L₅, L₆. Число таких ветвей зависит от типа обмотки якоря, но оно всегда четное и не может быть меньше двух.

Петлевые и волновые обмотки якоря

Это два основных типа обмоток, каждый из которых имеет несколько разновидностей. Мы рассмотрим их простейшие варианты. Слева на рисунке ниже показана форма секций, из которых состоит простая петлевая обмотка якоря машин постоянного тока. Как можно увидеть, такая же форма секций характерна для волновой обмотки.

В первом варианте один (начальный, стартовый) вывод каждой двухвитковой секции подключен к i-й пластине коллектора, а второй (конечный, завершающий) вывод соединен на соседней (i+1)-й пластине коллектора с начальным выводом следующей секции (см. рисунок выше). Таким образом, выводы каждой секции присоединены к двум рядом расположенным пластинам, а сама секция, состоящая из двух пазовых сторон и двух лобовых частей по форме напоминает петлю (отсюда и название обмотки).

Секция волновой обмотки имеет выводы, присоединенные не к соседним пластинам коллектора, а к разнесенным на определенный шаг, называемый шагом обмотки по коллектору у_к. Для простой петлевой обмотки у_к=1, а для простой волновой — у_к=(К±1)/р, где К – число пластин коллектора, р- число пар главных полюсов. Как видно из рисунка, вследствие такого способа соединения секции приобретают форму, похожую на полуволну синусоиды, что и обусловило название обмотки.

Принцип действия в режиме генератора

Согласно первоначальной трактовке явления электромагнитной индукции в движущемся проводнике, данной еще Фарадеем, когда он пересекает при движении силовые линии магнитного поля, в нем наводится ЭДС. Следуя этому принципу, можно объяснить причину наведения ЭДС в активных проводниках (тех, что уложены в пазы) обмотки якоря МПТ. Действительно, они движутся под главными полюсами, пересекая при этом линии поля. Поскольку последние непрерывны, каждый проводник якоря независимо от того, расположен ли он на его поверхности (так было в первых конструкциях МПТ) или в пазах, пройдя под полюсом, пересечет все исходящие из его наконечника линии поля. Направление действия индуцированной в проводнике ЭДС можно определить, применяя правило правой руки, которое иллюстрирует рисунок ниже.

Пазовые проводники якоря попарно входят в состав витков катушек его обмотки. Сумма ЭДС витков дает ЭДС катушки. Неподвижные щетки делят всю обмотку якоря на несколько (минимум две) параллельных ветвей. Сумма ЭДС всех катушек, входящих в параллельную ветвь, дает ЭДС всей обмотки якоря МПТ. Таким образом, принцип действия машин постоянного тока при работе генератором можно сформулировать так: якорь возбужденной машины вращается приводным двигателем, в его обмотке наводится ЭДС, которая вызывает протекание постоянного тока якоря в замкнутой электроцепи, включающей обмотку, коллектор, щетки и внешнюю сеть с нагрузкой.

При наличии тока якоря на него начинает действовать тормозящий электромагнитный момент. Он создает нагрузку для приводного двигателя. Чем больше электрическая мощность нагрузки генератора, тем сильнее тормозится его якорь и тем выше нагрузка приводного двигателя. При этом согласно закона сохранения энергии в последнем расходуется столько топлива на приведение якоря генератора во вращение, чтобы высвобожденная при его сгорании химическая энергия за вычетом энергетических потерь в двигателе и генераторе равнялась бы энергии, отбираемой электрической нагрузкой от машины постоянного тока.

Устройство и принцип действия в режиме двигателя

В этом режиме ток якоря подается в его обмотку от питающей электросети при пуске. На пазовые проводники якоря с током, находящиеся под главными полюсами, действуют силы Ампера. Направление их определяется по правилу левой руки, которое иллюстрирует рисунок ниже. Их сумма создает вращающий электромагнитный момент якоря (в отличие от тормозящего в режиме генератора), и он приходит во вращение.

Но во вращающихся пазовых проводниках, как и в генераторном режиме, наводятся ЭДС, которые дают суммарную ЭДС обмотки якоря. Она действует встречно напряжению питающей сети, частично уравновешивая его. Так выглядит принцип действия машин постоянного тока при работе двигателя. При этом согласно закона сохранения энергии от питающей электросети двигателем отбирается столько электроэнергии, сколько требуется механической энергии для приведения в движение присоединенного механизма с учетом энергетических потерь (электрических и механических). Иначе говоря, чем сильнее нагружен двигатель механически, т. е. чем больше вес и момент инерции приводимых им в движение механизмов или чем больше момент сопротивления среды, препятствующий их движению, тем большее количество электроэнергии потребляется двигателем от сети.

О физическом механизме наведения ЭДС в проводниках обмотки якоря МПТ

Следует отметить, что физикам-теоретикам не нравится вышеприведенный (и популярный в технической литературе) физический механизм наведения ЭДС, т. к. силовые линии магнитного поля – это всего лишь умозрительный образ, придуманный Фарадеем для его описания. Никаких подтверждений действительного существования их как реальных физических объектов не существует.

Альтернативным механизмом наведения ЭДС в движущемся пазовом проводнике обмотки якоря МПТ является воздействие на электроны внутри него силы Лоренца, пропорциональной магнитной индукции в месте расположения проводника. Однако и здесь имеется противоречие, заключающееся в том, что внутри пазов якоря магнитная индукция исчезающе мала, а на величине ЭДС проводников это не сказывается. Поэтому вместо индукции в пазе в формулу подставляют индукцию в воздушном зазоре, что, конечно же, неправильно, но дает результат, близкий к наблюдаемому на практике.

Выходом из данной коллизии является переход к описанию магнитного поля не посредством вектора магнитной индукции, а при помощи векторного магнитного потенциала. Активным сторонником такого подхода был выдающийся русский электротехник К. М. Поливанов. Более подробно с этой проблемой можно познакомиться в работах автора.

Магнитное поле МПТ при нагрузке

В нагруженной МПТ имеется два вида магнитных потоков: поток ОВ и поток ОЯ, создаваемые токами этих обмоток. Силовые линии первого из них направлены вдоль осей пары полюсов, через которые он замыкается, как это показано на фигуре 1 на рисунке ниже. Такой поток возбуждения называется продольным. Если полюсов в МПТ больше двух, то в воздушном зазоре под наконечником каждого из них это поле также является продольным.

Силовые линии потока ОЯ замыкаются поперек оси полюсов, поэтому применительно к МПТ говорят о поперечном поле якоря, которое показано на фигуре 2 на том же рисунке.

Поток якоря суммируется с потоком возбуждения, образуя результирующий поток. В этом проявляется реакция якоря машины постоянного тока, заключающаяся в воздействии поперечного поля на продольное поле возбуждения, силовые линии которого при этом искажаются, сгущаясь возле одного края полюса и разреживаясь возле другого. В ГПТ сгущение силовых линий поля, т. е. его усиление относительно поля возбуждения, происходит под набегающим на якорь краем полюса, а в ДПТ — под сбегающим, как показано на фигуре 3.

Побочные следствия реакции якоря

Вследствие явления магнитного насыщения стали результирующее поле под краем полюса, где оно усиливается, не может увеличиться в той же степени, в которой ослабляется под противоположным краем. Поэтому результатом данного эффекта является общее снижение магнитного поля нагруженной машины. В случае генератора ослабление поля уменьшает генерируемое напряжение.

Реакция якоря машины постоянного тока искажает пространственную картину силовых линий поля, следовательно, изменяется положение магнитной нейтрали (МН) — в двухполюсной МПТ она перпендикулярна силовым линиям потока возбуждения и совпадает с геометрической нейтралью ГН. Щетки должны быть размещены на МН, в противном случае это приведет к искрению под ними. Таким образом, в связи с реакцией якоря трудно определить точное положение МН. Впрочем, для этого существуют апробированные на практике способы.

Вторым негативным следствием данного эффекта, которое существенно ухудшает эксплуатационные характеристики машины постоянного тока, является повышение максимального напряжения между рядом расположенными пластинами. Посмотрите еще раз на схему простой петлевой обмотки. Если стороны некоторой ее секции находятся одновременно под краями двух соседних разноименных главных полюсов с увеличенным из-за реакции якоря полем, то индуктируемое в этой секции напряжение, а следовательно, и напряжение между парой соседних пластин коллектора может существенно превысить его величину, когда реакция якоря отсутствует, т. е. при холостом ходе. Причем такое превышение наступает обычно сразу на нескольких участках коллектора, расположенных в зонах увеличенного поля. В результате может возникнуть такое явление, как круговой огонь на коллекторе, которое может его полностью разрушить. Поэтому без специальных конструктивных способов подавления реакции якоря работа машины постоянного тока, имеющей среднюю и большую мощность, практически невозможна.

Способы борьбы с реакцией якоря

Наиболее простым и первым из появившихся способов стало увеличение воздушного зазора от середины к краям наконечников полюсов, т. е. выполнение расходящегося зазора. При этом увеличивалось магнитное сопротивление потоку реакции якоря, и воздействие его на поле возбуждения уменьшалось. Но сопротивление росло и для потока возбуждения, что вынуждало увеличивать габариты катушек на главных полюсах.

Для ослабления потока якоря при изготовлении главных полюсов используется электротехническая сталь с магнитной анизотропией ее свойств (магнитной проницаемости) вдоль и поперек оси полюсов. Полюсы из такой стали хорошо проводят продольный поток возбуждения и плохо — поперечный поток якоря. Однако такая сталь очень дорога, а ее свойства сильно зависят от температуры и изменяются с течением времени.

Наконец был найден радикальный способ борьбы с реакцией якоря машины постоянного тока. Устройство и принцип действия ее при этом почти не изменились, но добавилась еще одна обмотка – компенсационная. Она размещается в пазах, выполняемых в наконечниках главных полюсов (или в пазах статора вместе с обмоткой возбуждения при неявнополюсной конструкции), как показано на рисунке ниже, и присоединяется последовательно к обмотке якоря, т. е. по ним проходит одинаковый ток.

Однако направление обтекания им витков компенсационной обмотки выбрано таким образом, что возбуждаемый ею магнитный поток направлен навстречу потоку реакции якоря и компенсирует его.

Все современные электрические машины постоянного тока, имеющие среднюю и большую мощность, оснащаются такой обмоткой.

Устройство коллекторных машин постоянного тока

Характерным признаком коллекторных машин является наличие у них коллектора — механического преобразователя переменного тока в постоянный и наоборот. Необходимость в таком преобразователе объясняется тем, что в обмотке якоря коллекторной машины должен протекать переменный ток, так как только в этом случае в машине происходит непрерывный процесс электромеханического преобразования энергии. 

К коллекторным машинам постоянного тока относятся двигатель постоянного тока ДПТ и генератор постоянного тока ГПТ которые имеют одинаковую конструкцию и могут заменять друг друга то есть ДПТ может работать как ГПТ и наоборот. Разберем устройство коллекторных машин на примере двигателя постоянного тока.

  Коллекторная машина постоянного тока состоит из:

1. Якоря (подвижная часть) который состоит из вала,обмотки якоря, коллектора, двух подшипников и сердечника. Сердечник — это цилиндр из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм покрытых электроизоляционным лаком. Такая сборная конструкция служит для уменьшения вихревых токов. В сердечнике есть пазы в которые вложены пазовые стороны обмотки якоря.
2. Статора (4) (неподвижной части) — станина, главные полюса с полюсными катушками(2,3).

Статор конструктивно может быть выполнен двух видов:

• сборный — состоит из цельной тянутой трубы и прикреплённым к ней внутри полюсов. Сердечник полюса выполнен в виде стального бруска либо из шихтованных пластин 0,5 — 1 мм. Обмотка полюса намотана вокруг сердечника. Обмотки полюсов соединены между собой последовательно и образуют обмотку возбуждения которая при подключении к источнику постоянного тока создаёт магнитное поле в магнитной системе двигателя.
• цельный шихтованный — применяется в машинах мощностью 600 Вт и более. Он состоит из из пакета пластин электротехнической стали сложной конфигурации толщиной 0,35 — 0,5 мм.

Устройство щеточно коллекторного перехода.

Наиболее сложным и ненадежным местом коллекторной машины является щеточно коллекторный переход который состоит из щеток (которые крепятся в щеткодержатели) и коллектора который состоит из набора коллекторных пластин трапецеидального сечения, разделенных миканитовыми прокладками. Пластины из меди и миканита удерживаются в сжатом состоянии за нижнюю часть, имеющую форму «ласточкина хвоста», посредством стальных конусных колец 1 (рис. 13.2). Выступающая вверх часть коллекторных пластин 6, называемая «петушок», служит для присоединения секций обмотки якоря к пластинам коллектора. Коллекторные пластины изолируют от конусных колец миканитовыми манжетами 3, а от втулки 5 — миканитовым изолирующим цилиндром 4. Поверхность медных пластин каллектора в процессе работы машины постепенно истирается щетками. Что бы при этом миканитовые прокладки не выступали над рабочей поверхностью медных пластин, что могло бы привести к нарушению электрического контакта коллектора со щетками, приходится периодически выполнять «продораживаные» коллектора. Эта операция состоит в том, что между рабочими поверхностями коллекторных пластин фрезеруют пазы (дорожки) на глубину до 1,5 мм (рис. 13.4).

Достоинства и недостатки коллекторных машин постоянного тока.

Электрические машины постоянного тока используют как в качестве генераторов, так и двигателей. Наибольшее применение имеют двигатели постоянного тока, диапазон мощности которых достаточно широк: от долей ватта (для привода устройств автоматики) до нескольких тысяч киловатт (для привода прокатных станов, шахтных подъемников и других крупных механизмов).

Двигатели постоянного тока широко используют для привода подъемных устройств в качестве крановых двигателей и привода транспортных средств, а также в качестве тяговых двигателей.

Основные достоинства двигателей постоянного тока по сравнению с бесколлекторными двигателями переменного тока — хорошие пусковые и регулировочные свойства, возможность получения частоты вращения более 3000 об/мин, а недостатки — относительно высокая стоимость, некоторая сложность в изготовлении, пониженная надежность. Эти недостатки машин постоянного тока обусловлены наличием в них щеточно-коплекторного узла, который к тому же является источником радиопомех и пожароопасности. Но, несмотря на отмеченные недостатки, двигатели постоянного тока в некоторых случаях пока незаменимы, так как обладают большой перегрузочной способностью, хорошими пусковыми и регулировочными свойствами.

.Назначение, устройство, принцип работы и область применения электрических машин постоянного тока.

РОСЖЕЛДОР

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ростовский государственный университет путей сообщения»

(ФГБОУ ВПО РГУПС)

Владикавказский техникум железнодорожного транспорта

(ВлТЖТ-филиал РГУПС

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ОТКРЫТОГО ЗАНЯТИЯ

5.1.1.Назначение, устройство, принцип работы и область применения электрических машин постоянного тока.

Дисциплина: Электротехника и электроника

Разработал:

Преподаватель Арустамян Альберт Григорьевич

2017

Содержание

Ввдение………………………………………………………………..…………………..4

1.Основная часть………………………………………………………………………… 5

1.1.Ход учебного занятия……..………………………………………………….. .5

1.2.Конспект занятия………………………………………………………………….. 7

2.Самоанализ …………………………………………………………………………….15

3.Заключение…………………………………………………………….……………… 16

4.Список литературы…………..……………………………………………………

1.Основная часть

ТЕМА: 5.1.1.Назначение, устройство , принцип работы и область применения электрических

машин постоянного тока.

Раздел программы Электротехника и электроника

Тип урока Изучение нового материала

Форма урока Комбинированный урок

Цели урока

1.Знакомство с новым материалом.

2.Изучение назначения и принципа действия электрических машин постоянного тока.

Устройство электрических машин постоянного тока.

3.Закрепление пройденного материала.

4.Домашнее задание.

Оборудование 1.Компьютер

2.Мультимедиапроектор

3.Классная доска

4.Лазерная указка

Дидактическое оснащение урока

1.Конспект занятий.

2.Учебники:

а) Дайлидко А.А. Электрические машины ТПС. Москва. 2002г

б) Дайлидко А.А. Электрические машины. Альбом рисунков Москва. 2002г

в) Комплект демонстрационных плакатов. Южноуральский госуниверситет.

Госучприбор.Челябинск. 2005г

г)Бондаренко В.И. Электронный учебник –Электрические машины постоянного тока

 

Элементы внешней

Элементы дидактической

структуры урока

Организационный момент

структуры урока

Деятельность преподавателя

Проверка наличия

Деятельность обучающихся

студентов

Приветствует обучающихся, контролирует внешний вид и готовность к занятию  

Мотивация учебной деятельности

Приветствуют преподавателя. Готовятся к занятию. староста группы докладывает о готовности студентов к занятию и отсутствующих .

Организация учебного занятия

Формулирует тему и цели занятия

Знакомит с планом и критерием оценки:

Психологически настраиваются на работу.

Записывают тему занятия и составляют краткий конспект ,излагаемого материала.

1.Составление конспекта

— история возникновения

электрических машин

-область применения электрических

машин постоянного тока

— назначение и принцип действия

электрических машин постоянного тока

— устройство электрических машин

постоянного тока

2.Анализ конспекта

3.Оценка работы студентов на занятии

4. Опрос по каждому пройденному

Вопросу и по всей теме в целом

 

1.1.ХОД УЧЕБНОГО ЗАНЯТИЯ

Формирование новых знаний

Раздача заготовок рисунков

Итоги занятия

Излагает новый материал .

Подведение итогов занятия

На экране демонстрирует прилагаемые к тексту рисунки .

После каждого раздела отвечает на вопросы студентов, задаёт 1-2 контрольных вопроса с выставлением оценок. Определяет объём домашнего задания. Объявляет конец занятия.

Заготовки рисунков дополняют изображениями с доски.

Контролирует ведение конспектов и правильность заполнения рисунков.

 

Проводят самоанализ пройденного занятия

 

 

 

 

 

 

Введение

Урок проводится согласно Расписания занятий и календарно-тематического плану, раздел « Электрические машины постоянного тока .» ,тема 5.1.1.Назначение, устройство и область применения электрических машин постоянного тока, принцип работы.

На занятие присутствует группа Ш2-1 . Целью проведения данного занятия является повышение интереса к дисциплине в целом, как перспективной для получения знаний по электрическим машинам постоянного тока , а также для выявления подготовленности студентов по ранее изученным предметам: «Физике», «Электротехнике», «Технической механике».

1.2.Конспект проведения занятия по теме:

5.1.1.Назначение, устройство, принцип работы и область применения электрических машин постоянного тока.

Электрическая энергия является основным видом энергии, используемым в современной жизни. Невозможно назвать отрасль промышленности, транспорта, сельского хозяйства, быта людей, где бы не использовалось электричество.

В арсенале электротехнических средств ведущее место занимают электрические машины, широко используемые как в процессе производства электрической энергии, так и в процессе ее потребления.

Небольшую историческую справку представит Лазурко

Применение электрических машин в устройствах автоматики представит Ломовцев

Электрическая машина представляет собой электромеханическое устройство, осуществляющее взаимное непрерывное преобразование механической и электрической энергии. В зависимости от рода тока электрические машины подразделяются на машины постоянного и переменного тока. Электрические машины изготавливают на очень широкие пределы мощностей от долей ватта до миллиона киловатт и выше.

По мощности электрические машины можно подразделять на следующие группы:

до 0,5 кВт — микромашины,

0,5—20 кВт — машины малой мощности,

20-250 кВт — машины средней мощности

более 250 кВт — машины большой мощности.

Материалы применяемые в электромашиностроении

Конструктивные материалы применяются для изготовления таких деталей и частей машины, главным назначением которых является восприятие и передача механических нагрузок (валы ,станины, подшипниковые щиты и стояки, различные крепежные детали и т. д.). В качестве конструктивных материалов в электрических машинах используются сталь, чугун, цветные металлы и их сплавы, пластмассы. К этим материалам предъявляются требования, общие в машиностроении.

Активные материалы подразделяются на проводниковые и магнитные и предназначаются для изготовления активных частей машины (обмотки и сердечники магнитопроводов).

Изоляционные материалы применяются для электрической изоляции обмоток и других токоведущих частей, а также для изоляции листов электротехнической стали друг от друга в расслоенных магнитных сердечниках.

Отдельную группу составляют материалы , из которых изготовляются электрические щетки, применяемые для отвода тока с подвижных частей электрических машин.

Ниже дается краткая характеристика активных и изоляционных материалов, используемых в электрических машинах.

Проводниковые материалы. Благодаря хорошей электропроводности и относительной дешевизне в качестве проводниковых материалов в электрических машинах широко применяется электролитическая медь, а в последнее время также рафинированный алюминий.

Медные сплавы используются также для изготовления вспомогательных токоведущих частей (коллекторные пластины, контактные кольца, болты и т. д.). В целях экономии цветных металлов или увеличения механической прочности такие части иногда выполняются также из стали.

Зависимость сопротивления меди от температуры используется для определения превышения температуры обмотки электрической машины при ее работе в горячем состоянии над температурой окружающей среды.

Магнитные материалы . Для изготовления отдельных частей магнитопроводов электрических машин применяется листовая электротехническая сталь, листовая конструкционная сталь, литая сталь и чугун. Чугун вследствие невысоких магнитных свойств используется относительно редко. Наиболее важный класс магнитных материалов составляют различные сорта листовой электротехнической стали. Для уменьшения потерь на гистерезис и вихревые токи в ее состав вводят кремний.

Изоляционные материалы . К электроизоляционным материалам, применяемым в электрических машинах, предъявляются следую-щие требования: по возможности высокие электрическая прочность,

механическая прочность, нагревостойкость и теплопроводность, а также малая гигроскопичность. Важно, чтобы изоляция была по возможности тонкой, так как увеличение толщины изоляции ухудшает теплоотдачу и приводит к уменьшению коэффициента заполнения паза проводниковым материалом, что в свою очередь

вызывает уменьшение номинальной мощности машины.

Закон электромагнитной индукции

Преобразование энергии в электрических машинах происходит по закону электромагнитной индукции .

Рассмотрим закон электромагнитной индукции для генератора .

Величина ЭДС определяется по формуле:

E=B·V·l

Если концы проводника замкнуть на потребителя (активное сопротивление R ), то под действием ЭДС по цепи потечет ток I . Этот ток, взаимодействуя с магнитным полем, создаст на проводнике электромагнитную силу F эм . В генераторе электромагнитная сила является тормозной.

Закон электромагнитной

индукции для двигателя

Величина электромагнитной силы

определяется по формуле:

F эм =B·I·l

Выводы:

— для любой электрической машины обязательно наличие магнитного поля и проводников, имеющих возможность взаимного перемещения;

— при работе электрической машины, как в режиме двигателя, так и в режиме генератора, одновременно наблюдается индуцирование ЭДС в проводниках, перемещаемых в магнитном поле, и возникновение электромагнитной силы F эм , действующий на проводник при протекании по нему электрического тока;

— одна и та же электрическая машина может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя (это свойство называется обратимостью)

Для получения постоянного тока во внешней цепи необходимо увеличить количество витков в обмотке якоря и равномерно распределить их по поверхности сердечника и соответственно увеличить количество коллекторных пластин.

Рассмотрим принцип действия коллекторного двигателя постоянного тока на той же упрощенной модели. Если подвести к щеткам машины напряжение U от источника постоянного тока, то по обмотке якоря потечет ток I . В результате взаимодействия этого тока с магнитным полем на пазовых сторонах витка появятся электромагнитные силы F эм , которые создадут на якоре электромагнитный момент М , под действием которого якорь начнет вращаться.

Рассмотрим устройство коллекторной МПТ

Машина постоянного тока состоит следующих основных частей:

неподвижной части – статора;

вращающейся части – якоря;

двух подшипниковых щитов, на которые опирается вал якоря

и щеточного аппарата.

Двигатель постоянного тока в разобранном виде: 1 — станина, 2 — якорь, 3 — подшипниковые щиты, 4 — щетки с щеткодержателями, укрепленные на траверзе, 5 — сердечник полюса

1 – вал якоря; 2 – передний подшипниковый щит;3 – коллектор; 4 – щеточный аппарат; 5 – якорь;6 – главный полюс; 7 – катушка возбуждения;8 – станина;

9 – задний подшипниковый щит;10 – вентилятор; 11 – бандажи; 12 – лапы; 13 – подшипник.

а) Статор :Состоит из станины 8 и главных полюсов 6.

1) Станина (корпус) Служит для крепления главных полюсов и подшипниковых щитов и является частью магнитопровода.

Станину изготавливают из ферромагнитного материала (обычно стали) из трубы или литой. Станина имеет лапы 12 для крепления машины. На станине обычно имеется коробка выводов, на зажимы которой выведены концы обмоток.

2) Главные полюса

Предназначены для создания основного магнитного потока и состоят из шихтованного (набранного из листовой электротехнической стали) сердечника 2 и катушки возбуждения 3. Шихтованный сердечник необходим для ослабления вихревых токов.

Нижнюю, более широкую, часть сердечника полюса называют полюсным наконечником.

На машинах постоянного тока полюсные катушки делают бескаркасными – намоткой медного провода непосредственно на сердечник полюса, предварительно наложив на него изоляционную прокладку. В большинстве машин (мощностью более 1 кВт) полюсную катушку делают каркасной: обмоточный провод наматывают на каркас (обычно пластмассовый), а затем надевают на сердечник полюса.

б) Якорь

Якорь МПТ 5 состоит из вала 1, на который установлен шихтованный сердечник , в пазы которого уложена обмотка. На валу так же установлен коллектор , к которому присоединена обмотка якоря. Лобовые части обмотки якоря крепятся бандажами 11. Бандаж может быть проволочным, из стальной ленты или из стеклоленты. На валу якоря установлено вентиляторное колесо 10.

1) Сердечник якоря

Сердечник якоря является частью магнитной цепи и выполняется из отдельных листов электротехнической стали. Листы покрывают изоляционным лаком, собирают в пакет и запекают. Такая конструкция сердечника позволяет значительно ослабить в нем вихревые токи, возникающие в результате его перемагничивания в процессе вращения в магнитном поле. На поверхности сердечника имеются продольные пазы, в которые укладывают обмотку якоря. Пазы закрывают клиньями из текстолита или гетинакса.

2) Коллектор

Коллектор предназначен для преобразования переменной ЭДС в постоянную — в генераторе и постоянный ток в переменный — в двигателе.

Основными элементами коллектора являются медные коллекторные пластины, собранные таким образом, что коллектор приобретает цилиндрическую форму. Нижняя часть коллекторных пластин 6 имеет форму «ласточкина хвоста». После сборки коллектора эти части пластин оказываются зажатыми между стальными шайбами 1 и 3. Конусные шайбы стянуты винтами 2. Коллекторные пластины изолированы друг от друга и от стальных шайб миканитовыми прокладками 4. Верхняя часть коллекторных пластин 5, называемая петушком , имеет узкий продольный паз, в который закладывают проводники обмотки якоря и припаивают. .

Обмотка якоря представляет собой замкнутую систему проводников, определенным образом уложенных в пазы сердечника якоря и припаянных к петушкам коллектора.Обмотка якоря состоит из секций (катушек), прикрепленным к двум коллекторным пластинам.

ЭДС и электромагнитный момент МПТ

p –число пар полюсов;

n – частота вращения якоря, об/мин;

Ф – основной магнитный поток, Вб;

а – число пар параллельных ветвей обмотки якоря;

N – число пазовых проводников обмотки якоря;

Конструктивная постоянная

При прохождении по пазовым проводникам обмотки якоря тока I а на каждом проводнике,

в результате взаимодействия тока с магнитным полем, появится электромагнитная сила F эм .

Совокупность всех электромагнитных сил на якоре, действующих на плечо, равное радиусу сердечника якоря, создаст на якоре электромагнитный момент М (Н·м)                            

Конструктивная постоянная

Магнитная цепь МПТ состоит из:

-сердечников главных полюсов,

-воздушных зазоров,

-сердечника якоря,

-станины.

Магнитный поток главных полюсов состоит из двух неравных частей:

-большая часть – основной магнитный поток Ф , -меньшая часть – магнитный поток рассеиния Фσ .

Фσ — это часть потока главных полюсов, которая не доходит до обмотки якоря, замыкаясь на обмотке возбуждения.

При увеличении тока в обмотке возбуждения поток начинает увеличиваться прямо пропорционально МДС обмотки возбуждения, что объясняется ненасыщенностью магнитной системы (участок 1).

С ростом МДС наступает насыщение магнитной цепи, магнитные сопротивления участков увеличиваются и поток начинает расти медленнее, чем МДС и график приобретает криволинейный вид (участок 2).

Коммутация в МПТ

Коммутация – это процесс переключения секции обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую и сопровождающие этот процесс явления.

Переход секции из одной параллельной ветви в другую сопровождается изменением как направления, так и значения тока в этой секции.

Секция, в которой происходит коммутация, называется коммутирующей , а продолжительность процесса коммутации – периодом коммутации Т к .

Способы возбуждения машин постоянного тока

Для работы электрической машины необходимо наличие магнитного поля. Это поле в большинстве машин создается постоянным электрическим током, проходящим в обмотке возбуждения, расположенной на главных полюсах (машины с электромагнитным возбуждением). Свойства МПТ в значительной степени зависят от способа включения обмотки возбуждения, т.е. от способа возбуждения.

Г

М

Ш2

С2

Н2

С1

Ш1

Н1

По способам возбуждения МПТ можно классифицировать следующим образом:

Пуск двигателя

Из уравнения напряжений ДПТ получим формулу тока якоря:

Способы снижения пускового тока

I п =U/(R а +R пр )

2) Пуск при пониженном напряжении Этот способ применяют для двигателей большой мощности, для которых применение пусковых реостатов неэкономично из-за значительных потерь энергии и больших габаритов реостатов.

Линия 1 — скоростная характеристика ДПТ параллельного возбуждения;

Линия 2 — скоростная характеристика ДПТ смешанного возбуждения с возбуждения с согласным включением ОВ;

Линия 3 — скоростная характеристика ДПТ последовательного возбуждения.

Заключительная часть

-фронтальный опрос: 1.Назовите отличительные признаки режимов работы машин постоянного тока :двигателя и генератора?

2.Назовите способы ограничения пусковых токов, применяемые при пуске в ход двигателя постоянного тока?

3.Назовите способы регулирования частоты?

4.Как производится реверсирование двигателя постоянного тока?

5.Сравните свойства двигателей параллельного, последовательного и

смешанного возбуждений.

-тесты, эксперименты

Выставление оценок

Домашнее задание

1. Подготовить сообщение на тему классификация электрических машин

2.Изучить раздел 1 Дайлидко А.А. Электрические машины. Альбом рисунков Москва. 2002г Дайлидко А.А. Электрические машины ТПС. Москва. 2002г

3.Бондаренко электронный учебник с тестированием

4. Решить задачу

[email protected]

Принцип работы генератора постоянного тока — электрические защитные устройства

Хотя гораздо больший процент используемых электрических машин составляют машины переменного тока, машины постоянного тока имеют большое промышленное значение. Принципиальное преимущество машины постоянного тока, особенно двигателя постоянного тока, заключается в том, что он обеспечивает точный контроль скорости.

Однако генераторы постоянного тока не так распространены, как раньше, потому что постоянный ток, когда он необходим, в основном получают от источника переменного тока с помощью выпрямителей.Тем не менее, понимание генератора постоянного тока важно, потому что он представляет собой логическое введение в поведение двигателей постоянного тока. В этой главе мы рассмотрим различные аспекты генераторов постоянного тока.

Принцип работы генератора постоянного тока —

Электрический генератор — это машина, преобразующая механическую энергию в электрическую.

Все генераторы работают по принципу динамически индуцированной ЭДС. Этот принцип есть не что иное, как закон электромагнитной индукции Фарадея.В нем говорится, что всякий раз, когда количество магнитных силовых линий, то есть магнитных линий, связанных с проводником или катушкой, изменяется, электродвижущая сила устанавливается в проводнике или катушке. Изменение магнитного потока, связанное с проводником, может существовать только тогда, когда существует относительное движение между проводником и магнитным потоком.

Такая наведенная э.д.с. которое происходит из-за физического движения катушки или проводника относительно магнитного потока или движения магнитного потока относительно катушки или проводника, называется динамически индуцированным e.м.ф.

Итак, для генерации действия должны существовать следующие основные компоненты,

1. Проводник или катушка
2. Флюс
3. Относительное движение между проводником и потоком

В практическом генераторе магнитный поток отсекается проводником, сохраняя постоянный поток. Чтобы на выходе было большое напряжение, несколько проводников соединяются вместе определенным образом, образуя обмотку. Эта обмотка называется обмоткой якоря машины постоянного тока.

На якоре машины постоянного тока обмотка сохранена. Чтобы проводники могли вращаться, проводники, расположенные в области якоря, вращаются с помощью какого-либо внешнего устройства. Такое внешнее устройство называется тягачом. Обычно используемые первичные двигатели — это паровые двигатели, дизельные двигатели, водяные турбины, паровые турбины и т. Д. Необходимый магнитный поток создается обмоткой возбуждения (токоведущей обмоткой). Направление наведенной э.д.с. можно получить, используя правило правой руки Флеминга.

Правило правой руки Флеминга —

Если три пальца правой руки, а именно большой, указательный и средний пальцы, вытянуты так, что каждый из них находится под прямым углом с оставшимися двумя, и если в этом положении указательный палец должен указывать в направлении линий потока , большой палец в направлении относительного движения проводника относительно потока, тогда вытянутый средний палец дает направление ЭДС индуцированный в проводнике. Визуально правило можно представить, как показано на следующем рис.

Это правило в основном определяет направление тока, который индуцирует ЭДС. в проводнике установится, когда к нему будет обеспечен замкнутый путь.

Также прочтите — Необходимость реле для электродвигателя

Читайте также — Принцип работы генератора постоянного тока

Также читайте — Строительство машин постоянного тока

Также читайте — Основные части машины постоянного тока

Также читайте — Что такое преобразователи?

Также читается — Работа трехфазного асинхронного двигателя

Также читается — Потери трехфазного асинхронного двигателя

Также читайте — Что такое электричество?

Также читайте — Nanocrystal Electricity

Также читайте — Типы изоляторов

Также читается — Потенциометр — Принцип работы, типы, применение

Также читайте — А.C. Потенциометры

Принцип работы двигателя постоянного тока

Двигатель постоянного тока — это электрическая машина, преобразующая электрическую энергию в механическую. Работа двигателя постоянного тока основана на принципе: «Когда проводник с током помещается во вращающееся магнитное поле, на проводник действует сила, которая стремится к проводнику».

По конструкции нет разницы между генератором постоянного тока и двигателем постоянного тока. Фактически, машина постоянного тока может использоваться как генератор или как двигатель.Изучите строительство машин постоянного тока.

Как работает двигатель постоянного тока?

Давайте рассмотрим следующий рисунок, чтобы понять принцип работы двигателя постоянного тока. На рисунке показана часть многополюсного двигателя постоянного тока. Он имеет два полюса поля: северный (северный) полюс и южный (южный) полюс. Ротор изображен в виде полукруга, который несет проводник якоря (показан маленькими кружками).

Когда двигатель подключен к источнику постоянного тока, постоянный ток течет через щетки и коммутатор к обмотке якоря.Как только ток проходит через коммутатор, он становится переменным.

Проводники якоря под северным полюсом переносят ток во внутреннем направлении (показано плюсом). Точно так же проводники под южным полюсом проводят ток во внешнем направлении (показано минусом). Следовательно, группа проводников под следующими друг за другом полюсами переносит ток в противоположном направлении.

Теперь каждый проводник под соответствующими полюсами испытывает силу в направлении, заданном правилом левой руки Флеминга.Когда проводник с током помещается перпендикулярно магнитному полю, он испытывает силу в направлении, взаимно перпендикулярном как полю, так и проводнику с током.

Стрелка, показанная над каждым проводником, указывает направление силы, действующей на него. Эти силы вместе создают вращающий момент, который вращает двигатель.

Величина механической силы определяется как F = BIl Ньютон. В этом уравнении B представляет собой плотность магнитного потока, I — ток, протекающий через обмотку якоря, и l — длина проводника в магнитном поле.

Обратная ЭДС

Как только проводники якоря начинают вращаться, он обрезает магнитный поток, и поэтому в проводниках якоря индуцируется динамически индуцированная ЭДС. Созданная таким образом ЭДС называется противо-ЭДС.

Направление этой наведенной ЭДС таково, что она противодействует току якоря, который задается законом Ленца. Величина этой наведенной обратной ЭДС равна ЭДС, индуцированной в генераторе постоянного тока, которая определяется формулой

, где

— создаваемый магнитный поток,

Н — скорость ротора в оборотах в минуту,

Z — общее количество проводников,

P — общее количество полюсов, а

A — количество параллельных путей.

Приложенное напряжение должно проталкивать ток через проводники якоря против обратной ЭДС E _b . Таким образом, произведенная механическая энергия является результатом преодоления током якоря динамически индуцированной ЭДС.

Важность обратной ЭДС

Эквивалентная схема двигателя постоянного тока показана ниже. Цепь якоря состоит из обратной ЭДС E _b , соединенных последовательно с сопротивлением якоря R _a и падением на щеточный контакт V _br . Он подключен к источнику постоянного тока напряжением В.

Из схемы можно заметить, что приложенное напряжение должно быть достаточно большим, чтобы постоянно преодолевать падения сопротивления якоря, контакт щетки и обратную ЭДС. Он определяется выражением,

, где V — приложенное напряжение, E _b — развитая обратная ЭДС, I _a — ток якоря, R _a — сопротивление якоря, V _br — сопротивление якоря. падение контакта кисти.

Так как капля при контакте с щеткой очень мала, ею можно пренебречь.Следовательно, приведенное выше уравнение можно переписать как:

Из уравнения (1) можно заметить, что наведенная обратная ЭДС (E _b ) зависит от скорости якоря (N). Аналогично из уравнения (2) видно, что ток якоря (Ia) зависит от обратной ЭДС (Eb) при постоянном приложенном напряжении и сопротивлении якоря.

Рассматривая оба уравнения, мы можем сказать, что при высокой скорости якоря обратная ЭДС будет большой и, следовательно, ток якоря мал.Если скорость низкая, то обратная ЭДС меньше, что приводит к большему значению тока якоря. Следовательно, создается высокий крутящий момент.

Таким образом, наличие обратной ЭДС заставляет двигатель постоянного тока действовать как регулятор или саморегулирующийся механизм.

Часто задаваемые вопросы

Что такое правило левой руки Флемингса?

Вытяните указательный, средний и большой пальцы левой руки так, чтобы они были перпендикулярны друг другу. Если указательный палец представляет направление магнитного поля (B), а средний палец представляет направление тока (I), то большой палец указывает направление механической силы (F).

Глава 3: Двигатели переменного и постоянного тока — Двигатели постоянного тока: общие принципы работы

Основные компоненты

В любом двигателе постоянного тока есть две основные цепи: якорь (устройство, которое вращается, иногда его называют ротор ) и поле (неподвижная часть, иногда обозначается как статор ). Два компонента магнитно взаимодействуют друг с другом, чтобы вызвать вращение якоря. Мы возьмем присмотритесь к каждой из частей и как они взаимодействуют.

Рисунок 3-1 показывает очень упрощенный вид основных частей DC. мотор.

Как видно на Рисунке 3-1, якорь и поле представляют собой две отдельные цепи. и физически находятся рядом друг с другом, чтобы способствовать магнитному взаимодействию.

Якорь имеет составную часть, называемую коммутатором . Коммутатор действует как электрический переключатель, всегда переключающий полярность магнитного поток, чтобы гарантировать, что имеет место «отталкивающая» сила. Якорь вращается как в результате отталкивающего движения, создаваемого магнитным потоком якоря, в противоположность магнитному потоку, создаваемому обмоткой возбуждения.

Физическое подключение напряжения к якорю осуществляется с помощью Устройство называется щеток . Щетки изготовлены из углеродного материала, который постоянно контакт с пластинами коммутатора якоря. Кисти обычно подпружиненный, чтобы обеспечить постоянное давление щетки на пластины коммутатора. На рисунке 3-2 показано, как обмотки якоря и возбуждения электрически связаны.

Как видно на Рисунке 3-2, выводы выведены из обмоток, и обычно заканчиваются в распределительной коробке.I _F указывает на обмотку возбуждения. соединение и I _A обозначает соединение якоря. ( Примечание : «I» означает ток, что означает «сила тока».)

Якорь будет выглядеть так, как показано на рисунке 3-3.

Обмотки вставлены в пазы якоря. Эти слоты созданы серией железных «пластов», соединенных эпоксидной смолой в длинную узкую единицу. Эти прорези на самом деле перекошены, чтобы обеспечить плавное вращение при очень низкие скорости.(Магнитный поток имеет тенденцию «прыгать» от поля к поле. Когда это происходит, результатом является подергивание. С обмотками под углом магнитное взаимодействие между якорем и полем обмотка гасится, и рывки значительно уменьшаются.)

Многие производители на самом деле имеют продольные отверстия внутри центр арматуры. Это позволяет дополнительному охлаждающему воздуху проходить через арматура, уменьшающая перегрев. Щетки контактируют с коммутатором, который немного меньше в диаметре по сравнению с основным корпусом устройство (правая часть фото).

Вокруг якоря имеется много катушек (обмоток), чтобы обеспечить максимальное создание крутящего момента. Полярность катушек якоря должна быть перевернутое в точное время, чтобы гарантировать, что действие отталкивания продолжается. Это действие называется коммутацией и происходит при правильном выравнивании. щетки контактируют с коммутатором.

Специальные обмотки, называемые коммутационными обмотками , устанавливаются между магнитные полюса для выпрямления магнитного поля, протекающего через якорь.Если эти обмотки не были установлены, возможно искривление или изгиб возникнет магнитный поток, что приведет к снижению крутящего момента двигателя. На рисунке 3-4 показано расположение коммутационных обмоток.

По мере износа щеток от постоянного контакта с пластинами коллектора, искрение происходит. Дугообразование можно уменьшить, используя коммутационные обмотки, но некоторые дуга действительно возникает. Чтобы уменьшить искрение, которое приводит к снижению производительности, требуется замена щетки. Замена является частью любой плановой профилактической программа технического обслуживания (PM).

Блок намотки возбуждения устроен почти так же, с железом. ламинаты, составляющие основную часть устройства. Обмотки вставлены по длине вокруг обмоток. Железные прослои имеют тенденцию увеличивать сила магнитного потока. На рис. 3-5 показана типовая конструкция. блока намотки возбуждения двигателя.

Есть дополнительные обмотки, которые устанавливаются на магнитные полюса обмотки возбуждения. Эти обмотки называются компенсационными обмотками и стремятся сгладить поток поля через полюс.Без компенсации обмотки , левая сторона северного полюса станет насыщенной, потому что дополнительных магнитных полей, создаваемых якорем. Рисунок 3-6 показывает расположение этих обмоток.

Здесь следует отметить, что существует другой тип двигателя постоянного тока. в котором вместо обмоток возбуждения используются постоянные магниты. Эти типы двигатели, обозначенные как двигатели постоянного тока «PM», не нуждаются в отдельном возбудителе или источник питания для генерации магнитного потока поля. Только блок питания для арматура нужна.При наличии напряжения питания якоря PM DC Двигатель включает в себя все необходимые магнитные элементы для вращения вала.

Рисунок 3-7 показывает соотношение основных частей двигателя постоянного тока. Эти детали могут немного отличаться в зависимости от производителя, но все двигатели постоянного тока будут иметь эти компоненты.

© 2003 ISA

Принцип работы двигателя постоянного тока

— StudiousGuy

В нашей повседневной жизни мы сталкиваемся с различными электрическими устройствами с батарейным питанием, которые преобразуют электрическую энергию в механическую, например фены, игрушечные транспортные средства, крошечные вентиляторы, триммеры и т. Д.Электрический компонент, ответственный за это действие, — это двигатель постоянного тока, присутствующий внутри этих устройств. Двигатель постоянного тока — это устройство, которое работает на постоянном токе и преобразует его в механическую работу. Официальная заслуга в изобретении двигателя постоянного тока принадлежит американскому кузнецу Томасу Дэвенпорту; однако несколько других ученых, в том числе Уильям Стерджен и Фрэнк Джулиан Спраг, также внесли свой вклад в разработку двигателя постоянного тока. Сегодня двигатели постоянного тока стали неотъемлемой частью промышленного сектора и используются для различных применений, таких как двигательные установки электромобилей, лифты, краны и приводы сталепрокатных станов.Чтобы понять, как работает двигатель постоянного тока, давайте сначала рассмотрим компоненты, используемые в его конструкции.

Указатель статей (Нажмите, чтобы перейти)

Компоненты двигателя постоянного тока

Двигатель постоянного тока обычно выглядит как цилиндрическое устройство с выходящим из него валом, который вращается при приложении постоянного тока. Это действие выполняется путем расположения следующих компонентов определенным образом.

Статор

Статор или стальное ярмо представляет собой цилиндрический металлический кожух, внутри которого размещены все остальные элементы двигателя постоянного тока.Одна сторона статора содержит выходящий из нее вертикальный вал, а другая сторона имеет два вывода, к которым подключен источник постоянного тока.

Магниты

Внутри статора двигателя постоянного тока установлены два стационарных постоянных магнита. Они действуют как северный и южный полюса магнита, создавая поперек них горизонтальное магнитное поле.

Арматура

В электротехнике термин якорь относится к конструкции вращающихся катушек под действием электромагнитной силы.В двигателе постоянного тока якорь состоит из ротора, расположенного между двумя магнитами. Ротор представляет собой структуру из многослойных дисков, обернутых катушкой проводящего поля. Вал, выходящий из двигателя, проходит вдоль оси якоря и вращается вместе с ней.

Полевая катушка

Катушка возбуждения или обмотка возбуждения в двигателе постоянного тока представляет собой катушку из медных проводов, которая заменяет постоянные магниты, прикрепленные к внутренним стенкам статора. Когда через эту катушку проходит постоянный ток от батареи, он образует электромагнит, полярность которого можно контролировать, создавая желаемое магнитное поле.

Коммутатор

Коммутатор — это полая цилиндрическая деталь, сегментированная во многих местах для изменения полярности электромагнитной катушки якоря внутри двигателя постоянного тока. Это важная часть двигателя для работы от источника постоянного тока. Он находится на конце якоря вокруг вала. Концы катушки якоря подключены к коммутатору, а все остальные части, кроме щеток, электрически изолированы от него.

Кисти

Щетки в двигателе постоянного тока — это компоненты, которые соединяют статические клеммы с вращающимися частями двигателя.Обычно они изготавливаются из угольного графита, поскольку он отлично проводит электричество и обладает отличными смазочными свойствами. Коммутатор расположен между двумя щетками, которые дополнительно подключаются к клеммам двигателя, замыкая цепь с источником питания постоянного тока.

Принцип работы двигателя постоянного тока

Двигатель постоянного тока работает по принципу, что всякий раз, когда проводник с током помещается в магнитное поле, он испытывает магнитную силу, направление которой задается правилом левой руки Флеминга.Другими словами, двигатель постоянного тока вращается из-за взаимодействия магнитного поля постоянного магнита с магнитным полем электромагнита с током.

Правило левой руки Флеминга

Правило левой руки Флеминга — это мнемонический инструмент для понимания взаимно перпендикулярных отношений между током, приложенным магнитным полем и индуцированной силой в электродвигателе. Если мы вытянем указательный, средний и большой пальцы левой руки во взаимно перпендикулярных направлениях, совместив средний палец с условным направлением тока внутри тока, а указательный палец — с приложенным магнитным полем, тогда большой палец даст направление силы, испытываемой проводником.Чтобы понять, как это действует в двигателе постоянного тока, давайте обсудим работу двигателя постоянного тока более подробно.

Работа двигателя постоянного тока

Чтобы понять, как работает двигатель постоянного тока, давайте сначала рассмотрим более простой случай, когда одна прямоугольная проволочная петля размещена внутри северного и южного полюсов постоянного магнита. Когда ток протекает через проволочную петлю, он создает вокруг нее магнитное поле, которое взаимодействует с ранее существовавшим магнитным полем постоянных магнитов, в результате чего возникает сила отталкивания, направление которой можно определить с помощью правила левой руки Флеминга.Направление тока для сегмента провода около северного полюса постоянного магнита — вперед (идущий от положительной клеммы батареи), что приводит к тому, что сила направляется вниз. Точно так же для участка провода около южного полюса постоянного магнита ток течет назад (к отрицательному выводу батареи), заставляя силу быть направленной вверх. Два противоположных направления сил развивают крутящий момент в катушке, заставляя ее вращаться вокруг оси.

Тем не менее, одиночная петля из проволоки не обладает достаточной магнитной силой, чтобы преодолевать магнитный поток постоянных магнитов, и в конечном итоге остановится, образуя равновесие.Напряженность магнитного поля электромагнита усиливается за счет наматывания его на лопасти ротора. В двигателе постоянного тока ток поступает в катушку через коммутатор, который трется об одну из щеток, подключенных к источнику постоянного тока. Когда ток проходит через катушку, ротор начинает вращаться в результате действующего на него крутящего момента. Сегментация коммутатора позволяет якорю избегать положения равновесия, отключая некоторые катушки от источника питания и обеспечивая однонаправленный крутящий момент.Этот цикл периодически повторяется, что приводит к вращению вала, прикрепленного к якорю.

Типы двигателей постоянного тока

Двигатели постоянного тока (DC) повсеместно используются в сегодняшнем промышленном секторе и служат для различных автомобильных приложений малого и среднего размера, от робототехники до транспорта. Из-за их универсальной функциональности на рынке доступно несколько типов двигателей постоянного тока, которые можно разделить на следующие категории в зависимости от их подключения:

Двигатель постоянного тока с постоянным магнитом

Двигатель постоянного тока с постоянными магнитами является типичным примером двигателя постоянного тока, в котором постоянные магниты создают поперечное магнитное поле внутри статора.Пара (или пары) радиально намагниченных постоянных магнитов прикреплены к внутренним стенкам статора, при этом северный и южный полюса поочередно обращены друг к другу и создают однородное магнитное поле между ними. Цилиндрическая форма стального статора не только удерживает постоянные магниты, но и служит обратным каналом с низким сопротивлением для магнитного потока. Недостатком этих типов двигателей постоянного тока является то, что постоянные магниты могут со временем терять свои магнитные свойства; однако в некоторых усовершенствованных двигателях постоянного тока с постоянными магнитами магниты работают вместе с дополнительными катушками возбуждения, чтобы компенсировать потерю намагниченности.

Приложения

Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами обычно используются в тех электрических устройствах, которые не потребляют много энергии и не требуют очень эффективного управления скоростью двигателя. Немногочисленные примеры таких электрических устройств — игрушечные машинки, дворники, нагнетатели горячего воздуха, приводы компакт-дисков и т. Д.

Двигатель постоянного тока с независимым возбуждением

Возбужденный двигатель постоянного тока содержит катушку электромагнитного поля вместо постоянных магнитов для создания магнитного поля внутри статора.Эти двигатели имеют устройство возбуждения поля, установленное внутри двигателя, которое генерирует магнитное поле с использованием электрического тока. В двигателе постоянного тока с независимым возбуждением цепь, обеспечивающая ток для возбуждения возбуждения, имеет источник напряжения, отличный от того, который подает ток на катушки якоря. Другими словами, ток, протекающий через катушки якоря, не течет через катушки устройств возбуждения поля. Устройство возбуждения поля работает с постоянным напряжением, тогда как катушки якоря могут иметь переменное напряжение для регулирования скорости двигателя.Кроме того, путем переключения полярности катушек возбуждения можно мгновенно изменить направление вращения вала двигателя. Тем не менее, недостатком является стоимость дополнительного источника напряжения, необходимого для возбуждения катушки возбуждения.

Приложения

Двигатели постоянного тока с независимым возбуждением обычно встречаются в электроприборах, требующих вращения в обоих направлениях с точным контролем скорости. Они используются в различных устройствах, включая бумагоделательные машины, электрические силовые установки и даже контроллеры тяги в электропоездах.

Двигатели постоянного тока с самовозбуждением

Как следует из названия, электродвигатели постоянного тока с самовозбуждением имеют общий источник напряжения для катушек возбуждения и катушек якоря. Обе катушки могут быть подключены либо последовательно, либо параллельно, либо в некоторой комбинации последовательно-параллельной конфигурации. В зависимости от конфигурации подключения, двигатели постоянного тока с самовозбуждением подразделяются на следующие три категории:

Самовозбуждающийся двигатель постоянного тока с последовательной обмоткой

В двигателе постоянного тока с последовательным возбуждением катушка возбуждения внутри последовательно соединена с катушкой якоря.Хотя конструкция электродвигателя постоянного тока с последовательной обмоткой и самовозбуждением аналогична структуре других электродвигателей постоянного тока с возбуждением, катушка возбуждения самовозбуждающегося электродвигателя постоянного тока содержит относительно меньше витков и имеет более толстый провод, чем катушка якоря, что обеспечивает низкое электрическое сопротивление. В результате, создаваемый в этом случае электромагнитный момент намного выше, чем обычно, что приводит к более высокой скорости двигателя. Тем не менее, регулировка скорости в двигателях с самовозбуждением с последовательной обмоткой не так впечатляет, как в других двигателях с возбуждением.

Приложения

Из-за высокой скорости вращения самовозбуждающиеся двигатели с последовательной обмоткой обычно используются в качестве стартеров для тяжелых промышленных устройств, таких как краны и лифты.Кроме того, серийные двигатели часто используются только в течение короткого промежутка времени, например нескольких секунд, потому что высокий последовательный ток может сжечь катушки последовательного возбуждения, сделав двигатель бесполезным.

Двигатели постоянного тока с параллельным возбуждением и самовозбуждением

В двигателе постоянного тока с самовозбуждением с шунтирующей обмоткой катушка возбуждения подключена параллельно катушке якоря двигателя, что приводит к одинаковому напряжению, но разной величине и потоку тока для обеих катушек. По сравнению с обмоткой якоря двигателя постоянного тока обмотка возбуждения имеет значительно большее количество витков, чтобы увеличить полезную магнитную связь, и проводник меньшего диаметра для увеличения сопротивления (меньший ток).Это дает самовозбуждающемуся двигателю постоянного тока с шунтовой обмоткой уникальную способность саморегулировать свою скорость при приложении нагрузки к валу клемм ротора. Другими словами, когда двигатель переключается с холостого хода на нагруженный, скорость двигателя существенно не колеблется.

Приложения

Двигатели постоянного тока с шунтовой обмоткой и самовозбуждением обычно встречаются в устройствах, которые работают с постоянной скоростью. Их способность к саморегулированию скорости пригодится там, где требуется точное управление скоростью, например.g., шлифовальные станки, печатные машины, токарные станки и т. д. Тем не менее, нагрузка во время запуска двигателя должна быть ограничена, поскольку он не может обеспечить высокий пусковой крутящий момент.

Самовозбуждающиеся электродвигатели постоянного тока с комбинированной обмоткой

Самовозбуждающийся двигатель постоянного тока с составной обмоткой, также известный как составной двигатель постоянного тока, представляет собой комбинацию как последовательных, так и параллельных двигателей. В составных двигателях постоянного тока катушки возбуждения подключены к катушкам якоря как последовательно, так и параллельно.Цель такой структурной комбинации — получить лучшие качества обоих типов. Параллельный двигатель имеет очень эффективное регулирование скорости, тогда как последовательный двигатель имеет очень высокий начальный крутящий момент. В результате составной двигатель постоянного тока является фантастическим компромиссом с точки зрения этих характеристик. Обе катушки возбуждения работают вместе, чтобы обеспечить требуемый магнитный поток и желаемую скорость вращения. Основываясь на соединениях катушки возбуждения с катушкой якоря, электродвигатели постоянного тока с комбинированной обмоткой можно разделить на два основных типа:

• Двигатели постоянного тока с шунтирующей обмоткой с длинной шунтовой обмоткой — это двигатели, в которых катушка возбуждения с параллельной обмоткой подключена параллельно через последовательную комбинацию якоря и катушки возбуждения.

• Короткие шунтирующие двигатели постоянного тока с составной обмоткой — это двигатели, в которых ток сначала проходит через последовательно включенную обмотку возбуждения, а затем разделяется на параллельное соединение обмотки возбуждения с параллельной обмоткой и обмотки якоря.

Кроме того, составные двигатели постоянного тока также можно разделить на две другие категории в зависимости от возбуждения и характеристик компаундирования:

• Суммарное смешение: В двигателе постоянного тока с кумулятивным составом поток шунтирующего поля, создаваемый катушкой шунтирующего поля, усиливает влияние потока основного поля, создаваемого катушкой последовательного поля.Другими словами, поток, создаваемый обмоткой шунтирующей катушки, складывается с потоком, создаваемым последовательной обмоткой катушки, чтобы получить общий поток.

• Дифференциальное смешивание: Говорят, что двигатель имеет дифференциальное смешивание, если поток шунтирующего поля снижает влияние основной последовательной обмотки. Это происходит из-за противоположной полярности катушки возбуждения с шунтирующей обмоткой и катушки с последовательной обмоткой. Поскольку чистый поток, созданный в этом случае, ниже, чем исходный поток, эта конфигурация вряд ли будет иметь какое-либо практическое применение.

Приложения

Подобно электродвигателям постоянного тока с шунтовой обмоткой и самовозбуждением, составной электродвигатель постоянного тока также часто используется в устройствах, требующих работы с быстрой и постоянной скоростью. Основное различие в их полезности заключается в том, что составные двигатели постоянного тока могут работать независимо от нагрузки, приложенной к валу. Другими словами, в случае составных двигателей постоянного тока нагрузка не вызывает особого беспокойства. Обычные применения двигателей постоянного тока с составной обмоткой можно увидеть в таких машинах, как эскалаторы, лифты, штамповочные прессы, прокатные станы, поршневые машины и т. Д.

Принцип генератора постоянного тока: глава

книги по науке и технике

В этой главе авторы обсуждают принципы работы генератора постоянного тока, изменение напряжения, индуцируемого в проводнике, в зависимости от положения проводника. После этого авторы обсуждают частоту наведенного напряжения, величину наведенного напряжения. Эта глава заканчивается обсуждением основных частей и конструкции машины постоянного тока.

Top

2.1 Принцип генератора постоянного тока

Закон электромагнитной индукции Фарадея 2 ^и гласит, что всякий раз, когда происходит относительное движение между проводником и магнитным полем, в проводнике индуцируется напряжение.Теперь есть две возможности:

Первая — это принцип работы генератора постоянного тока, а вторая — принцип трансформатора.

Из принципа генератора постоянного тока очевидно, что необходимы две вещи.

Магенетическое поле

Оно создается постоянным магнитом или электромагнитом. Электромагнит состоит из сердечника из кремнистой стали и медных обмоток.

Вращающийся якорь

Состоит из якоря из кремнистой стали с пазами и зубьями.Медные обмотки размещены в пазах вращающегося якоря

Индуцированное напряжение равно

, где B — магнитная индукция

1 — длина проводника

θ — угол между направлением магнитного поля и направлением движения

проводника.

См. Рисунок 1.

Рисунок 1.

Углы между полем и направлением движения проводника в различных точках составляют

180 ° в точке 1

90 ° в точке 2

0 ° в точке 3

-90˚ в точке 4

Верх

2.2 Изменение напряжения, индуцируемого в проводнике, в зависимости от положения проводника

Давайте рассмотрим простейший двухполюсный генератор, показанный на рисунке 1. Проводник начинает двигаться в направлении, показанном с позиции 1. Он находится под влиянием северного полюса вверх. в положение 3 и генерирует положительный полупериод. Точно так же под влиянием Южного полюса генерируется отрицательный полупериод. Итак, мы видим, что для двухполюсной машины, соответствующей механическому вращению на 360˚, создается полный полный цикл.Один электрический цикл соответствует 360 ° электрического. Аналогично для четырехполюсной машины, соответствующей механическому вращению на 360 °, генерируются два полных электрических цикла, т.е. 720 ⁰ , поэтому мы можем записать следующее соотношение:

(2.1) , где Ө _e — электрические градусы и Ө _м — механические градусы, P — количество полюсов.

Дифференцирующее уравнение

(2.2) (2.2) где ω _e — электрическая угловая скорость, а ω _м — угловая механическая скорость.Из приведенного выше обсуждения очевидно, что в этом простом генераторе генерируется переменное напряжение. Это переменное напряжение преобразуется в напряжение направления с помощью коммутатора.

2.2.1 Частота наведенного напряжения

Из уравнения 2.2

, где f — частота, а n — скорость в оборотах в секунду (2.3) , где N — скорость в оборотах в минуту

Генератор постоянного тока: Принцип работы и схемы

Прежде чем мы сможем объяснить принцип работы генератора постоянного тока, нам нужно охватить основы генераторов.

Есть два типа генераторов — генераторы постоянного тока и генераторы переменного тока. Генераторы постоянного и переменного тока преобразуют механическую энергию в электрическую. Генератор постоянного тока производит постоянную мощность, а генератор переменного тока — переменную.

Оба этих генератора вырабатывают электроэнергию на основе принципа закона электромагнитной индукции Фарадея.

Этот закон гласит, что когда проводник движется в магнитном поле, он перерезает магнитные силовые линии, которые индуцируют в проводнике электромагнитную силу (ЭДС).

Величина этой наведенной ЭДС зависит от скорости изменения магнитного потока, связанного с проводником. Эта ЭДС вызовет протекание тока, если цепь проводника замкнута.

Следовательно, основными двумя основными частями генератора являются:

1. Магнитное поле
2. Проводники, которые движутся внутри этого магнитного поля.

Теперь, когда мы понимаем основы, мы можем обсудить принцип работы генератора постоянного тока .Вам также может быть полезно узнать о типах генераторов постоянного тока.

Генератор постоянного тока с одним контуром

На рисунке выше одиночный контур проводника прямоугольной формы помещен между двумя противоположными полюсами магнита.

Допустим, прямоугольная петля проводника — это ABCD, который вращается внутри магнитного поля вокруг своей оси ab.

Когда петля поворачивается из вертикального положения в горизонтальное, она обрезает силовые линии поля.Поскольку во время этого движения две стороны, то есть AB и CD петли, пересекают силовые линии, ЭДС будет индуцирована на обеих сторонах (AB и BC) петли.

Когда контур замыкается, в контуре будет циркулировать ток. Направление течения можно определить с помощью правила правой руки Флемминга.

Это правило гласит, что если вы протянете большой, указательный и средний пальцы правой руки перпендикулярно друг другу, то большие пальцы указывают направление движения проводника, указательный палец указывает направление магнитного поля, т. .е., N — полюс к S — полюс, а средний палец указывает направление протекания тока по проводнику.

Теперь, если мы применим это правило правой руки, мы увидим, что в этом горизонтальном положении петли ток будет течь из точки A в B, а на другой стороне петли ток будет течь из точки C в D.

Теперь, если мы позволим петле двигаться дальше, она снова вернется в свое вертикальное положение, но теперь верхняя сторона петли будет CD, а нижняя сторона будет AB (прямо противоположная предыдущему вертикальному положению).

В этом положении тангенциальное движение сторон петли параллельно силовым линиям поля. Следовательно, не будет и речи о резке флюса, и, следовательно, в контуре не будет тока.

Если петля поворачивается дальше, она снова переходит в горизонтальное положение. Но теперь указанная сторона петли AB находится перед полюсом N, а CD — перед полюсом S, то есть прямо противоположно предыдущему горизонтальному положению, как показано на рисунке рядом.

Здесь тангенциальное движение стороны петли перпендикулярно силовым линиям; следовательно, скорость отсечения потока здесь максимальна, и, согласно правилу правой руки Флемминга, в этой позиции ток течет от B к A, а с другой стороны от D к C.

Теперь, если цикл продолжает вращаться вокруг своей оси. Каждый раз, когда сторона AB оказывается перед полюсом S, ток течет от A к полюсу B. Опять же, когда он проходит перед полюсом N, ток течет от B к A.

Аналогично, каждый раз, когда сторона CD входит. перед полюсом S ток течет от C к D. Когда сторона CD проходит перед полюсом N, ток течет от D к полюсу C.

Если мы наблюдаем это явление по-разному, мы можем сделать вывод, что каждая сторона петля проходит перед полюсом N, ток будет течь через эту сторону в том же направлении, т.е.е., вниз к плоскости отсчета.

Аналогично, каждая сторона петли проходит перед S-полюсом, ток через него течет в том же направлении, то есть вверх от плоскости отсчета. Отсюда мы перейдем к теме принципа генератора постоянного тока .

Теперь петля открывается и соединяется с разрезным кольцом, как показано на рисунке ниже. Разъемные кольца, состоящие из проводящего цилиндра, разрезаются на две изолированные друг от друга половины или сегменты.

Мы соединяем клеммы внешней нагрузки с двумя угольными щетками, которые опираются на эти сегменты разъемного контактного кольца.

Принцип работы генератора постоянного тока

Мы видим, что в первой половине оборота ток всегда течет по ABLMCD, то есть щетке № 1, контактирующей с сегментом a.

На следующей половине оборота, как показано на рисунке, направление индуцированного тока в катушке меняется на противоположное. Но в то же время положение сегментов a и b также меняется на противоположное, в результате чего кисть № 1 соприкасается с сегментом b.

Следовательно, ток в сопротивлении нагрузки снова течет от L к M.Форма волны тока через цепь нагрузки показана на рисунке. Этот ток однонаправлен.

Приведенное выше содержание является основным принципом работы генератора постоянного тока , объясненным моделью одноконтурного генератора.

Положение щеток генератора постоянного тока таково, что переключение сегментов a и b с одной щетки на другую происходит, когда плоскость вращающейся катушки находится под прямым углом к ​​плоскости силовых линий. . В таком положении наведенная ЭДС в катушке равна нулю.

Машина постоянного тока: основные компоненты и функции

Основные компоненты машины постоянного тока

Каждая машина постоянного тока содержит две отдельные клеммы с намагниченным центром между ними. Есть две основные части, статор и ротор. Статор содержит такие детали, как щетки, магниты и корпус для всего двигателя. Ротор содержит обмотки, коммуникатор и выходной вал. Две части работают вместе, когда подается напряжение, чтобы создать движущийся двигатель.

A DC Machine

Двигатели постоянного тока работают в двух направлениях.Машина постоянного тока, которая вырабатывает электричество, потребляя механическую энергию, является генератором. Двигатель постоянного тока, который потребляет электричество для создания механической энергии, называется двигателем. Одна и та же базовая машина постоянного тока может быть либо двигателем, либо генератором.

Основные компоненты машины постоянного тока

Машины постоянного тока либо используют, либо производят электрическую энергию. Он делает это путем преобразования механической энергии в электрическую или наоборот. Машина постоянного тока состоит из двух основных частей, неподвижной и подвижной, называемых полем и якорем.Важным примером машины постоянного тока является медная катушка, вращающаяся вокруг своей оси между двумя магнитами. Практичная машина постоянного тока также нуждается в коммутаторе, щетках, полюсах и подшипниках.

1- Поле (магнитные полюса)

2- Якорь

3- Коммутатор

4- Ярмо и подшипники

5- Угольные щетки машины постоянного тока

1. Полевая обмотка машины постоянного тока

• поле — это неподвижная часть двигателя постоянного тока. Поле обычно строится из магнитных полюсов.В приведенном выше примере медной катушки, вращающейся вокруг своей оси между двумя магнитами, два магнита создают магнитное поле, в котором проводник, якорь, должен перемещаться, чтобы произвести электрический заряд.
• Функция полевой системы — создавать однородное магнитное поле, в котором вращается якорь.

2. Обмотка якоря

• Якорь — подвижная часть двигателя постоянного тока. Он перемещается по полю для завершения электромеханического преобразования энергии машины постоянного тока.В приведенном выше примере медная катушка — это якорь, вращающийся в магнитном поле.

Обмотка якоря машины постоянного тока

3. Коммутатор

• Вращающийся якорь и его щетки создают переменное электромагнитное поле (ЭМП), которое может нарушить работу машины постоянного тока. Коммутатор в сочетании с коммутирующими полюсами устраняет переменную ЭДС и предотвращает искрение щеток.
• Это механический выпрямитель, преобразующий переменное напряжение, генерируемое в обмотке якоря, в постоянное напряжение на щетках.Он изготовлен из медных сегментов, изолированных друг от друга подходящим изоляционным материалом и установлен на валу машины.

4. Хомут и подшипники

Каждая часть двигателя постоянного тока работает по-своему. Как коммутатор, состоит из полукруглых колец. Которые преобразуют переменный ток в пульсирующий постоянный. И угольные щетки, которые контактировали цепи с внешним источником или батареей. И здесь мы также предоставляем магнит, который вращает ротор в магнитном поле, чтобы использовать электрическую энергию или накапливать электрическую энергию.Это просто происходит, когда электрическая машина используется как электрогенератор.

5. Угольные щетки в машине постоянного тока

• Щетки используются для сбора электрического заряда с якоря. Они должны поддерживаться щеткодержателями. Ярмо и подшипники обеспечивают механическую поддержку вращающегося якоря машины постоянного тока, обеспечивая плавное, устойчивое движение и уменьшая трение.
• А предназначение угольных щеток для ч / б соединения вращающегося коллектора и стационарной внешней цепи нагрузки.
• Используется для уменьшения искрения и обеспечения лучшего соединения.

Щетки предназначены для обеспечения электрических соединений между вращающимся коммутатором и стационарной внешней цепью нагрузки. Щетки изготовлены из угля и опираются на коллектор. Давление щетки регулируется с помощью регулируемых пружин.

Угольные щетки, используемые в машине постоянного тока

Если давление щетки очень велико, трение вызывает нагрев коллектора и щеток. С другой стороны, если он слишком слабый, несовершенный контакт с коммутатором может вызвать искрение.У многополюсных машин столько щеток, сколько полюсов. Например, у 4-полюсного станка 4 щетки. Когда мы обходим коммутатор, следующие друг за другом щетки имеют положительную и отрицательную полярность. Щетки, имеющие одинаковую полярность, соединяются вместе, так что у нас есть две клеммы, а именно клемма + ve и клемма -ve.

Заключительные слова

Мы надеемся, что вам понравилась эта статья об основных функциях и структуре машины постоянного тока.

Вы также можете прочитать о различных функциях энергосистемы и изучить программное обеспечение для электротехники.

Если вам понравилась эта статья, то, пожалуйста, подпишитесь на наш канал YouTube, где вы найдете видеоуроки и описания проектов.