Site Loader

Содержание

Презентация «Устройство и принцип действия машин постоянного тока»

Выполнила преподаватель специальных дисциплин Войсковая Елена Юрьевна ГБПОУ «Златоустовский индустриальный колледж им. П. П. Аносова» УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

1834 год был создан в России академиком Б.С. Якоби двигатель постоянного тока с электромагнитным возбуждением. УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА 1838 год был построен мощный электродвигатель, который использовался для привода гребного винта речного катера.

УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ НЕПОДВИЖНАЯ ЧАСТЬ ИНДУКТОР ВРАЩАЮЩАЯСЯ ЧАСТЬ ЯКОРЬ ЩЁТОЧНО-КОЛЛЕКТОРНЫЙ УЗЕЛ

ИНДУКТОР СТАНИНА(8) ГЛАВНЫЕ ПОЛЮСА Служит для создания магнитного поля машины Служит для крепления полюсов и подшипниковых щитов и является частью магнитопровода предназначены для создания магнитного поля возбуждения Состоят из сердечника (7) и полюсных катушек (6) 8 7 6

УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА ГЛАВНЫЕ ПОЛЮСА 3 1 – СТАНИНА КАРКАСНЫЕ БЕСКАРКАСНЫЕ 2 – СЕРДЕЧНИК ГЛАВНОГО ПОЛЮСА 3 – ПОЛЮСНЫЕ КАТУШКИ 1 2 4 4 – КАРКАС

ЯКОРЬ СЕРДЕЧНИК (5) ЯКОРНАЯ ОБМОТКА(13) 13 5 Служит для создания вращающего момента Изготавливается из медного провода и состоит из отдельных секций Имеет продольные пазы, в которые укладывается якорная обмотка

ЩЁТОЧНО-КОЛЛЕКТОРНЫЙ УЗЕЛ КОЛЛЕКТОР (3) ЩЁТОЧНЫЙ УЗЕЛ (4) 3 4 Механический преобразователь переменного тока в постоянный и наоборот Вращающаяся часть машины, состоит из коллекторных пластин и служит для крепления якорной обмотки Является неподвижной частью машины и служит для подвода или отвода электрического тока

УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА КОЛЛЕКТОР Вращающаяся часть машины и состоит из коллекторных пластин Изготавливаются из меди, имеют трапецеидальную форму и служат для крепления якорной обмотки КОЛЛЕКТОРНЫЕ ПЛАСТИНЫ

УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА 1 – ЗАЖИМ 4 – ПРУЖИНА 2 1 ЩЁТОЧНЫЙ АППАРАТ 5 6 3 4 3 – ЩЁТКА 2 – ОБОЙМА 5 – ГИБКИЙ ТРОСИК 6 – КУРОК

УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА Служит для крепления щёток Являются неподвижной частью машины и служат для подвода или отвода электрического тока ЩЕТОЧНЫЙ АППАРАТ Представляет собой откидную деталь, передающую давление пружины на щетку Служит для включения щетки в электрическую цепь машины ОБОЙМА КУРОК ГИБКИЙ ТРОСИК ЩЕТКА

УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УЗЛЫ Служит для визуального осмотра коллектор и щёток Служат для обеспечения механической прочности машины Служит для самовентиляции машины ВЕНТИЛЯТОР СМОТРОВОЕ ОКНО ПОДШИПНИКОВЫЕ ЩИТЫ

УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА 8 7 6 11 8 – СТАНИНА 7 – СЕРДЕЧНИК ГЛАВНЫХ ПОЛЮСОВ 6 – ПОЛЮСНЫЕ КАТУШКИ 11 – ЛАПЫ ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ 5 13 3 4 10 2 12 9 1 5 – СЕРДЕЧНИК ЯКОРЯ 13 – ЯКОРНАЯ ОБМОТКА 3– КОЛЛЕКТОР 4 – ЩЁТОЧНЫЙ АППАРАТ 10 –ВЕНТИЛЯТОР 2– СМОТРОВОЕ ОКНО 12 – ВАЛ 9 – ЗАДНЯЯ КРЫШКА 1 – ПОДШИПНИК

КЛАССИФИКАЦИЯ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

Машины постоянного тока Машины с электромагнитным возбуждением Машины с магнитоэлектрическим возбуждением Классификация машин постоянного тока

Машины с магнитоэлектрическим возбуждением Магнитное поле машины создаётся с помощью постоянных магнитов Uном ОЯ Iном

Машины с электромагнитным возбуждением Магнитное поле машины создаётся с помощью тока, протекающего по обмотке возбуждения независимого возбуждения параллельного возбуждения последовательного возбуждения смешанного возбуждения

ОЯ Машины с независимым возбуждением Обмотка якоря и обмотка возбуждения включены параллельно и питаются от разных источников питания Uном Uов ОВ Iном Iов

Машины с параллельным возбуждением Обмотка якоря и обмотка возбуждения включены параллельно и питаются от одного источника питания Uном ОЯ ОВ Iном Iов Iоя Двигатель Генератор Iном Iов

Машины с последовательным возбуждением Обмотка якоря и обмотка возбуждения включены последовательно и питаются от одного источника питания Uном ОЯ ОВ Uоя Iном Uов

Машины со смешанным возбуждением Обмотка якоря и две обмотки возбуждения включены последовательно и параллельно и питаются от одного источника питания обмотки возбуждения включены согласно обмотки возбуждения включены встречно

Обмотки возбуждения включены согласно Uном ОЯ ОВ1 ОВ2 Iном Iов2 Iоя

Обмотки возбуждения включены встречно Uном ОЯ ОВ1 ОВ2 Iном Iов2 Iоя

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ МПТ ДВИГАТЕЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОРНЫЙ

ДВИГАТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ N S Iв Iв Iя Iя

ДВИГАТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ N S Iв Iв Iя Iя Фв

ДВИГАТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ N S Iя Фв FЭМ FЭМ Мэм Мэм n

ДВИГАТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ N S Iя Фв Мэм Мэм n Ея Ея

ДВИГАТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ Iя Мэм Uя ↑ Fэм ↑ Eя n Фя ↑ ↑ Iв Фв Uв Mэм = M2 + M0 Uя = Ея + IяRя

ГЕНЕРАТОРНЫЙ РЕЖИМ N S Iв Iв Фв n

ГЕНЕРАТОРНЫЙ РЕЖИМ N S Iв Iв Фв n Ея Ея Iя Iя

ГЕНЕРАТОРНЫЙ РЕЖИМ N S Iв Iв Фв n Ея Ея Iя Iя FЭМ FЭМ Мэм Мэм

ГЕНЕРАТОРНЫЙ РЕЖИМ N S Iв Iв Фв n Ея Ея Iя Iя Мэм Мэм

ГЕНЕРАТОРНЫЙ РЕЖИМ Iя М1 ↑ Fэм ↑ Eя n Фя ↑ ↑ Iв Фв Uв Mэм = M1 — M0 Uя = Ея — IяRя Мэм

ГЕНЕРАТОРНЫЙ РЕЖИМ ↑ ↑ М1 n ↑ ↑ Iв Фв Uв Iя Eя Фя Fэм Мэм ДВИГАТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ Мэм Fэм ↑ ↑ Iя Uя Фя Iв Фв Uв ↑ ↑ n Ея

Принципы работы машин постоянного тока. Особенности их конструкции. Двигатели постоянного тока независимого возбуждения (ДПТНВ). Особенности конструкции, механические и регулировочные характеристики. Режимы работы ДПТ. Механические характеристики для различных режимов работы. Система уравнений и развернутая схема ДПТНВ. Формирование статических характеристик движения при помощи введения обратных связей

1.  Принципы работы машин постоянного тока. Особенности их конструкции.

Электрическая машина постоянного тока состоит из двух основных частей: статора и ротора. В машинах постоянного тока ротор включает в себя якорь (обмотку с сердечником) и коллектор для выпрямления тока.

Конструкция машины постоянного тока представлена на рисунке ниже.

Электромагнитная схема двухполюсной машины постоянного тока (а) и эквивалентная схема ее обмотки якоря (б)

Основные элементы конструкции машины постоянного тока:

1 — обмотка возбуждения 2 — главные полюсы

3 — якорь 4 — обмотка якоря

5 — щетки 6 — корпус (станина)

Принцип действия.

Машина постоянного тока имеет обмотку возбуждения, расположенную на явно выраженных полюсах статора. По этой обмотке проходит постоянный ток Iв , который создает магнитное поле возбуждения Фв . На роторе расположена двухслойная обмотка, в которой при вращении ротора индуцируется ЭДС.

В процессе вращения якоря направление ЭДС, наводимой в обмотках, определяется только тем, под каким полюсом располагается обмотка. Иными словами, направление индуцируемой ЭДС в обмотках якоря неизменно по разные стороны относительно оси симметрии (геометрической нейтрали).

Это свойство позволяет утверждать, что суммарная наводимая ЭДС под одним полюсом является неизменной во времени и по величине (почти неизменна). Эта ЭДС снимается с обмотки якоря с помощью скользящего контакта (щетки), включенного между обмоткой и внешней цепью.

Для обеспечения надежного токосъема щетки скользят не по проводникам обмотки якоря (как это было вначале развития электромашиностроения), а по коллектору, выполняемому в виде цилиндра, который набирается из медных пластин, изолированных одна от другой.

Если машина работает в генераторном режиме, то коллектор вместе со скользящими по его поверхности щетками является выпрямителем. В двигательном режиме, когда к якорю подводится питание от источника постоянного тока и он преобразует электрическую энергию в механическую, коллектор со щетками можно рассматривать как преобразователь частоты, связывающий сеть постоянного тока с обмоткой, по проводникам которой проходит переменный ток.

Таким образом, главной особенностью машины постоянного тока является наличие коллектора и скользящего контакта между обмоткой якоря и внешней электрической цепью

.

2.  Двигатели постоянного тока независимого возбуждения (ДПТНВ). Особенности конструкции, механические и регулировочные характеристики.

В двигателе с независимым возбуждением, обмотка возбуждения подключается к независимому источнику питания (магнитное поле обмотки возбуждения создается сторонним источником питания).

Достоинства ДПТНВ:

1.  Отсутствие самохода (самоторможения двигателя при снятии сигнал управления)

2.  Широкий диапазон регулирования частоты вращения

3.  Линейности механических и регулировочных характеристик

4.  Устойчивость работы во всем диапазоне частот вращения

5.  Большой пусковой момент

6.  Малая мощность управления

7.  Быстродействие

8.  Малые габариты и масса

Недостатки ДПТНВ:

1.  Наличие скользящего контакта между щетками и коллектором (источник радио помех)

2.  Малый срок службы щеточного устройства

Для получения выражения для механической и регулировочной характеристики воспользуемся следующими известными выражениями:

Известно что:  Следовательно:

Связь между частотой вращения и ЭДС в обмотке якоря, а также между вращающим моментом и током якоря устанавливается через общий электромеханический коэффициент:

Подставив в уравнение для второго закона Кирхгофа  выражения для тока якоря  и ЭДС якоря  получим:

Отсюда уравнение механической и регулировочной характеристики будет иметь вид:

Вывод: механическая характеристика (U=const) имеет линейный вид с отрицательным угловым коэффициентом. Регулировочная характеристика (M=const) также имеет линейный вид, только угловой коэффициент наклонная является положительным.

3.  Режимы работы ДПТ. Механические характеристики для различных режимов работы

Выражения для построения механической характеристики ДПТНВ имеет вид:

Построить механическую характеристику можно по двум характерным точкам:

1 – точка идеального холостого хода

Частота идеального холостого хода:  (при моменте нагрузки

НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА — Студопедия

Назначение. Машины постоянного тока применяют в качестве электродвигателей и генераторов. Электродвигатели постоянного тока имеют хорошие регулировочные свойства, значительную перегрузочную способность и позволяют получать как жесткие, так и мягкие механические характеристики. Поэтому их широко используют для привода различных механизмов в черной металлургии (прокатные станы, кантователи, роликовые транспортеры), на транспорте (электровозы, тепловозы, электропоезда, электромобили), в грузоподъемных и землеройных устройствах (краны, шахтные подъемники, экскаваторы), на морских и речных судах, в металлообрабатывающей, бумажной, текстильной, полиграфической промышленности и др. Двигатели небольшой мощности применяют во многих системах автоматики.

Конструкция двигателей постоянного тока сложнее и их стоимость выше, чем асинхронных двигателей. Однако в связи с широким применением автоматизированного электропривода и тиристорных преобразователей, позволяющих питать электродвигатели постоянного тока регулируемым напряжением от сети переменного тока, эти электродвигатели широко используют в различных отраслях народного хозяйства.


Генераторы постоянного тока ранее широко использовались для питания электродвигателей постоянного тока в стационарных и передвижных установках, а также как источники Электрической энергии для заряда аккумуляторных батарей, питания электролизных и гальванических ванн, для электроснабжения различных электрических потребителей на автомобилях, самолетах, пассажирских вагонах, электровозах, тепловозах и др.

Недостатком машин постоянного тока является наличие щеточноколлекторного аппарата, который требует тщательного ухода в эксплуатации и снижает надежность работы машины. Поэтому в последнее время генераторы постоянного тока в стационарных установках вытесняются полупроводниковыми преобразователями, а на транспорте — синхронными генераторами, работающими совместно с полупроводниковыми выпрямителями.

Принципиальная возможность создания электродвигателя постоянного тока была впервые показана М. Фарадеем в 1821 г.; в созданном им приборе проводник, по которому пропускали постоянный ток, вращался вокруг магнита.

Двигатель постоянного тока с электромагнитным возбуждением был создан в России акад. Б. С. Якоби в 1834 г., который назвал его магнитной машиной. В 1838 г. им был построен более мощный электродвигатель, который использовался для привода гребного винта речного катера. Принцип обратимости электрических машин был также впервые сформулирован русским физиком акад. Э. X. Ленцем. В дальнейшем ряд коллекторных машин постоянного тока был созданГ. Феррарисом, В. Сименсом и др. Значительное развитие теория электрических машин постоянного тока получила в трудах Д. А. Лачинова. В 1880 г. он опубликовал труд «Электромеханическая работа», в котором рассмотрел вопросы, создания вращающего момента электродвигателя, КПД электрических машин, условия питания электродвигателя от генератора и дал классификацию машин постоянного тока по способу возбуждения.


В XX столетии продолжалось развитие теории и совершенствование конструкции машин постоянного тока. Большое внимание обращалось на повышение надежности этих машин путем устранения причин, вызывающих возникновения искрения под щетками (улучшения коммутации) и образования кругового огня на коллекторе.

Важное значение в решении всех теоретических и практических вопросов работы машин постоянного тока имели в трудах советских ученых: А. Е. Алексеева, Д. А. Завалишина, Г. А. Люста, А. Б. Иоффе, В. Т. Касьянова, М. П. Костенко, В. С. Кулебакина, С. И. Курбатова, Л. М. Пиотровского, Е. М. Синельникова, В. А. Толвинского, К. И. Шенфера, венгер-ского электротехника О. В. Бенедикта и др.

В настоящее время в рамках Интерэлектро разработана серия электродвигателей постоянного тока типа ПИ мощностью от 0,25 до 750 кВт, которая выпускается электропромышленностью всех стран — членов СЭВ. Эти двигатели Предназначены для регулируемых электроприводов и рассчитаны на питание от полупроводниковых преобразователей. Кроме того, электропромышленность выпускает ряд двигателей постоянного тока специального исполнения — для электротяги, экскаваторов, металлургического оборудования, шахтных подъемников, буровых установок, морских и речных судов и других приводов мощностью от нескольких сотен до нескольких тысяч кВт.



Рис. 8.1. Электромагнитная схема двухполюсной машины постоянного тока (а) и эквивалентная схема ее обмотки якоря (б): 1 — обмотка возбуждения; 2 — главные полюсы; 3 — якорь; 4 — обмотка якоря; 5 — щетки; 6 — корпус (станина)

Принцип действия. Машина постоянного тока (рис. 8.1, а) имеет обмотку возбуждения, расположенную на явно выраженных полюсах статора. По этой обмотке проходит постоянный ток Iв , который создает магнитное поле возбуждения Фв . На роторе расположена двухслойная обмотка, в которой при вращении ротора индуцируется ЭДС. Таким образом, ротор машины постоянного тока является якорем, а конструкция машины сходна с конструкцией обращенной синхронной машины.

При заданном направлении вращения якоря направление ЭДС, индуцируемой в его проводниках, зависит только от того, под каким полюсом находится проводник. Поэтому во всех проводниках, расположенных под одним полюсом, направление ЭДС одинаковое и сохраняется таким независимо от частоты вращения. Иными словами, характер, отображающий направление ЭДС на рис. 8.1, а, неподвижен во времени: в проводниках, расположенных выше горизонтальной оси симметрии, которая разделяет полюсы (геометрическая нейтраль), ЭДС всегда направлена в одну сторону; в проводниках, лежащих ниже геометрической нейтрали, ЭДС направлена в противоположную сторону.

При вращении якоря проводники обмотки перемещаются от одного полюса к другому; ЭДС, индуцируемая в них, изменяет знак, т. е. в каждом проводнике наводится переменная ЭДС. Однако количество проводников, находящихся под каждым полюсом, остается неизменным. При этом суммарная ЭДС, индуцируемая в проводниках, находящихся под одним полюсом, также неизменна по направлению и приблизительно постоянна по величине. Эта ЭДС снимается с обмотки якоря с помощью скользящего контакта, включенного между обмоткой и внешней цепью.

Обмотка якоря выполняется замкнутой, симметричной (рис. 8.1,б). При отсутствии внешней нагрузки ток по обмотке не проходит, так как ЭДС, индуцируемые в различных частях обмотки, взаимно компенсируются.

Если щетки, осуществляющие скользящий контакт с обмоткой якоря, расположить на геометрической нейтрали, то при отсутствии внешней нагрузки к щеткам прикладывается напряжение U, равное ЭДС Е, индуцированной в каждой из половин обмоток. Это напряжение практически неизменно, хотя и имеет некоторую переменную составляющую, обусловленную изменением положения проводников в пространстве. При большом количестве проводников пульсации напряжения весьма незначительны.

При подключении к щеткам сопротивления нагрузки Rн через обмотку якоря проходит постоянный ток Iа, направление которого определяется направлением ЭДС Е. В обмотке якоря ток Iа разветвляется и проходит по двум параллельным ветвям (токи ia ).

Для обеспечения надежного токосъема щетки скользят не по проводникам обмотки якоря (как это было вначале развития электромашиностроения), а по коллектору, выполняемому в виде цилиндра, который набирается из медных пластин, изолированных одна от другой. К каждой паре соседних коллекторных пластин присоединяют часть обмотки якоря, состоящую из одного или нескольких витков; эту часть называют секцией обмотки якоря.

Если машина работает в генераторном режиме, то коллектор вместе со скользящими по его поверхности щетками является выпрямителем. В двигательном режиме, когда к якорю подводится питание от источника постоянного тока и он преобразует электрическую энергию в механическую, коллектор со щетками можно рассматривать как преобразователь частоты, связывающий сеть постоянного тока с обмоткой, по проводникам которой проходит переменный ток.

Таким образом, главной особенностью машины постоянного тока является наличие коллектора и скользящего контакта между обмоткой якоря и внешней электрической цепью.

Машины постоянного тока. Электродвигатели и генераторы. – www.motors33.ru

1. Особенности коллекторных машин постоянного тока

Коллекторные машины — это в основном машины постоянного тока. Они выпускаются мощностью от долей ватта до десятков тысяч киловатт. Коллекторные машины переменного тока находят применение в качестве приводных двигателей лишь для узкого круга специальных механизмов небольшой мощности, например как приводы некоторых бытовых приборов, электрифицированного ручного инструмента, медицинского оборудования, т. е. в тех случаях, когда для питания двигателей используется однофазный и реже трехфазный переменный ток, а характеристики асинхронных машин не удовлетворяют требованиям приводного механизма.
Коллекторные машины постоянного тока используются как двигатели и как генераторы. В промышленности более распространены двигатели, что объясняется все возрастающим применением различных статических выпрямителей, обеспечивающих промышленные установки энергией постоянного тока.
Широкое распространение электродвигателей постоянного тока несмотря на их более высокую стоимость и сложность эксплуатации по сравнению с асинхронными двигателями, объясняется в первую очередь простыми и надежными способами регулирования частоты вращения, большими пусковыми моментами и перегрузочной способностью, чем у двигателей переменного тока. Наибольшее распространение двигатели постоянного тока получили в приводах, требующих глубокого регулирования частоты вращения (металлургическая промышленность, транспорт и т.

Рис. 1. Двигатель постоянного тока серии 2П:
1 — тахогенератор; 2 — траверса; 3 — коллектор; 4 — станина; 5 — якорь; 6 — главный полюс; 7 — добавочный полюс;

Основными конструктивными элементами машин постоянного тока (рис. 1) являются станина с закрепленными на ней главными и добавочными полюсами, вращающийся якорь с обмоткой и коллектором и щеточный аппарат. В машинах малой и средней мощностей станина одновременно служит и корпусом, к которому крепятся лапы для установки машины, и частью магнитопровода. По ней замыкается магнитный поток. В большинстве машин станина выполнена массивной, из стальных труб, либо сварной из листов конструкционной стали. В ряде машин станину выполняют шихтованной.
К внутренней поверхности станины крепят главные и добавочные полюсы. Сердечники главных полюсов массивные либо набраны из листов стали толщиной 1 — 2 мм. Сердечники добавочных полюсов, как правило, массивные. На главных полюсах располагаются обмотки возбуждения; их МДС создают рабочий поток машины. Обмотки добавочных полюсов, расположенных по поперечным осям машины, служат для обеспечения нормальной коммутации.
Магнитопровод якоря шихтуется из листов электротехнической стали. В машинах малой мощности сердечник якоря насаживается непосредственно на вал со шпонкой и фиксируется в осевом направлении буртиком вала и кольцевой шпонкой. С торцов якоря для предотвращения распушения листов во время работы установлены нажимные шайбы, совмещенные с обмоткодержателями.
Обмотки якорей двухслойные. В машинах мощностью до 15 — 20 кВт они выполнены из круглого провода и уложены в полузакрытые пазы. В пазовых частях обмотка крепится пазовыми клиньями, в лобовых — бандажами из стеклоленты или немагнитной стальной проволоки, которые прижимают их к обмоткодержателям. В машинах большой мощности катушки обмотки якоря наматывают из прямоугольного провода и укладывают в открытые пазы. Крепление обмотки либо такое же, как и в машинах малой мощности, т. е. клиньями в пазовой и бандажами в лобовой части, либо бандажами и в пазовой, и в лобовой части. Выводные концы каждой секции обмотки впаиваются в прорези коллекторных пластин.
Коллекторы в большинстве машин общего назначения цилиндрические. Торцевые коллекторы применяют лишь в некоторых машинах малой мощности специального назначения. Во всех цилиндрических коллекторах пластины имеют клиновидную форму с углом наклона, при котором пластины, собранные в кольцо, плотно прилегают друг к другу боковыми поверхностями и зажимают миканитовую изоляцию (рис. 2). Наибольшее распространение получили коллекторы, в которых пластины удерживаются в сжатом состоянии металлическими нажимными конусами (рис. 3) либо опрессовкой в пластмассу (рис. 4).

Рис. 2. Положение коллекторных пластин в цилиндрических коллекторах:
1 — пластины коллектора; 2 — изоляция между пластинами; Р — сила давления нажимных конусов; Р, — сила арочного распора

В коллекторах с нажимными конусами пластины закрепляются передвижением переднего нажимного конуса по втулке коллектора. При этом создается давление на нижнюю часть ласточкина хвоста пластин и возникает арочный распор (рис. 2). Такие коллекторы называют арочными. Пластины коллектора с расположенными между ними изоляционными прокладками образуют монолитное кольцо. Нажимные конусы изолируют от пластин миканитовыми фигурными прокладками — манжетами, имеющими большую механическую прочность.

Рис. 3. Коллектор с нажимными конусами:
1 — передний нажимной конус; 2 — пластины коллектора ; 3 — втулка коллектора; 4 — изоляционная манжета; 5 —задний нажимной конус

Коллекторы на пластмассе более просты в изготовлении, но в силу меньшей механической прочности и надежности не применяются в машинах большой мощности.
В некоторых быстроходных машинах, например в возбудителях турбогенераторов, из-за больших центробежных сил, действующих на пластины коллектора, прочность их крепления с помощью ласточкиных хвостов оказывается недостаточной и коллекторные пластины крепят на втулку с помощью внешних бандажных колец (рис. 5).

Рис. 5. Принципиальная конструкция коллектора с бандажными кольцами:
1 — изоляция под бандажными кольцами; 2 — бандажные кольца; 3 — пластины коллектора; 4 — втулка коллектора

Щетки коллекторных машин устанавливают в щеткодержатели, закрепленные на щеточных пальцах, причем на каждом щеточном пальце может быть установлено по нескольку щеткодержателей и щеток, соединенных между собой параллельно. Число щеток и их размеры определяются номинальным током машины. Число щеточных пальцев должно быть равно числу полюсов машины. Двигатели с волновой обмоткой на якоре при отсутствии места для установки полного комплекта щеточных пальцев допускают установку неполного числа щеточных пальцев, что используется в некоторых конструкциях тяговых двигателей. Щеточные пальцы укреплены на траверсе, которая допускает поворот на некоторый угол вокруг оси машины для регулирования положения щеток на коллекторе.
В последние годы получают распространение бесколлекторные двигатели постоянного тока, в которых механический преобразователь тока — коллектор со щеточным аппаратом — заменен вентильным коммутатором. Вентильные двигатели имеют широкий диапазон регулирования частоты вращения и не имеют недостатков, связанных с работой скользящих контактов коллектор—щетки, характерных для коллекторных машин постоянного тока.

3. Характеристики машин постоянного тока.
Машины постоянного тока по своим характеристикам определяются системой возбуждения: независимой, параллельной, последовательной или смешанной.

При независимой системе возбуждения обмотка возбуждения питается от постороннего источника постоянного тока и ток возбуждения не зависит от режима работы и нагрузки машины. Генераторы с независимой системой возбуждения допускают регулирование напряжения практически от нуля до номинального. Изменение напряжения при увеличении нагрузки определяется только размагничивающим действием реакции якоря и увеличением падения напряжения на сопротивлении якорной цепи.
Ток параллельной обмотки возбуждения генераторов с самовозбуждением меняется в зависимости от напряжения на выводах генератора и уменьшается с ростом нагрузки из-за размагничивающего действия реакции якоря, что в свою очередь приводит к добавочному увеличению падения напряжения. За счет этого номинальное падение напряжения генераторов с параллельным возбуждением больше, чем генераторов с независимым возбуждением.
В генераторах со смешанной системой возбуждения при согласном включении параллельной и последовательной обмоток поток стабилизируется, так как размагничивающее действие реакции якоря компенсируется изменением МДС последовательной обмотки, пропорциональным току нагрузки. Последовательную обмотку таких машин называют стабилизирующей. Номинальное падение напряжения генераторов со стабилизирующей обмоткой мало. Некоторые генераторы выполнены со стабилизирующей обмоткой, при которой обеспечивается равенство 7НОМ = (7Х|Х (где 1/Х]Х — напряжение холостого хода).

При встречном включении параллельной и последовательной обмоток возбуждения напряжение на выводах генератора резко падает с увеличением тока нагрузки. Такие системы возбуждения находят применение в сварочных генераторах постоянного тока.
В двигателях параллельного возбуждения размагничивающее действие реакции якоря может вызвать неустойчивую работу, так как уменьшение потока с ростом нагрузки из-за действия реакции якоря при малом суммарном сопротивлении якорной цепи приводит к увеличению частоты вращения двигателя. Поэтому в большинстве двигателей средней и во всех двигателях большой мощности помимо параллельной устанавливается последовательная обмотка возбуждения, стабилизирующая магнитный поток и придающая устойчивость механической характеристике (рис. 7, а).

Рис. 7. Механические характеристики двигателей постоянного тока:
а — смешанного возбуждения; б — последовательного возбуждения

Механические характеристики двигателей с последовательным возбуждением (рис. 7,б) имеют специфический «падающий» характер. Двигатели с последовательным возбуждением используются в приводах, требующих больших пусковых моментов и устойчивой работы при малых частотах вращения.

4. Регулирование частоты вращения машин постоянного тока.

Частота вращения двигателя при неизменной нагрузке может быть изменена регулированием питающего напряжения U, включением последовательно с якорем дополнительного регулировочного резистора и изменением магнитного потока машины (изменением тока возбуждения). В практике применяются все три способа регулирования.
Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения встречает трудности, связанные со сложностью преобразования напряжения постоянного тока. Для этой цели либо применяют статические преобразователи напряжения, либо питают двигатель от отдельного генератора постоянного тока, допускающего плавное регулирование напряжения (система генератор — двигатель). Такие системы применяют лишь для отдельных специальных приводов, требующих регулирования частоты вращения по сложной программе, например для главных двигателей прокатных станов.
Регулирование частоты вращения потоком является наиболее экономичным способом, так как потери в регулировочных резисторах, включаемых для этой цели последовательно с обмоткой возбуждения, невелики из-за малого тока возбуждения.
Однако этот способ позволяет лишь увеличивать частоту вращения двигателей по сравнению с номинальной. Такой способ регулирования предусмотрен для всех серийных двигателей постоянного тока.
Включение добавочного резистора в цепь якоря дает возможность плавно регулировать частоту вращения, но сопряжено с большими потерями в регулировочном реостате, по которому проходит полный ток нагрузки. Этот способ используется, например, для регулирования частоты вращения тяговых двигателей.
В современных системах регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока применяются тиристорные схемы, позволяющие осуществить регулирование частоты вращения в широких пределах по заданной программе. Датчиками частоты вращения для осуществления обратной связи при регулировании могут быть тахогенераторы, размещенные на валу якоря двигателя (рис. 1).

5. Коммутация машин постоянного тока

Коммутация машин постоянного тока, т. е. изменение направления тока в секциях обмотки якоря при переходе секций от одного полюсного деления к другому, происходит при кратковременном замыкании их щетками на пластинах коллектора. При коммутации в короткозамкнутых секциях возникают реактивная ЭДС и ЭДС вращения, наводимая потоком реакции якоря, магнитные силовые линии которого пронизывают замкнутые при коммутации секции. При движении коллектора в момент отхода пластины коллектора от замыкающей данную секцию щетки происходит разрыв цепи (замкнутой секции), имеющей индуктивное сопротивление, и возникает искрение между сбегающим краем щетки и коллекторной пластиной. При неудовлетворительной коммутации искрение может быть значительным и может привести к местному повреждению коллектора, что в свою очередь ухудшает переходный контакт щетка—коллектор и усиливает искрение. Качество коммутации машины постоянного тока оценивается по интенсивности искрения на коллекторе (табл. 1).
Для улучшения коммутации во всех машинах постоянного тока, кроме машин малой мощности, устанавливают добавочные полюсы, МДС которых компенсирует МДС реакции якоря по поперечной оси машины, т. е. в зоне расположения коммутируемых секций. Кроме того, поток, создаваемый обмоткой добавочных полюсов, наводит в замкнутых при коммутации секциях ЭДС, несколько превышающую реактивную ЭДС секций и направленную ей навстречу. Коммутация машины при этих условиях становится прямолинейной или даже ускоренной. Напряжение под сбегающим краем щеток уменьшается до весьма малых значений и искрение под щетками становится не опасным для работы машины.
В крупных машинах постоянного тока кроме добавочных полюсов в пазах на наконечниках главных полюсов располагают компенсационную обмотку . Компенсационная обмотка предназначена для компенсации воздействия реакции якоря на поток возбуждения по продольной оси. Уменьшение влияния реакции якоря позволяет выполнять машины с уменьшенным воздушным зазором и улучшить их коммутацию.

Таблица 1. Оценка степени искрения под сбегающим краем щеток по ГОСТ 183-74

Степень искрения Характеристика степени искрения Состояние коллектора и щеток
1 Отсутствие искрения Отсутствие почернения на коллекторе и следов нагара на щетках
ll 4 Слабое искрение под небольшой частью края щетки
‘i Слабое искрение под большей частью края щетки Появление следов почернения на кол-[ лекторе и следов нагара на щетках, легко устраняемых протиранием поверхности коллектора бензином
2 Искрение под всем краем щетки. Допускается только при кратковременных толчках нагрузки и перегрузки Появление следов почернения на коллекторе и следов нагара на щетках, не устраняемых протиранием поверхности коллектора бензином
3 Значительное искрение под всем краем щетки с появлением крупных и вылетающих искр. Допускается только при прямом включении или реверсировании машин, если при этом коллектор и щетки остаются в состоянии, пригодном для дальнейшей работы Значительное почернение на коллекторе, не устраняемое протиранием поверхности коллектора бензином, а также подгар и частичное разрушение щеток

 

Устройство и принцип действия и применение машин постоянного тока

Назначение. Машины постоянного тока применяют в качестве электродвигателей и генераторов. Электродвигатели постоянного тока имеют хорошие регулировочные свойства, значительную перегрузочную способность и позволяют получать как жесткие, так и мягкие механические характеристики. Поэтому их широко используют для привода различных механизмов в черной металлургии (прокатные станы, кантователи, роликовые транспортеры), на транспорте (электровозы, тепловозы, электропоезда, электромобили), в грузоподъемных и землеройных устройствах (краны, шахтные подъемники, экскаваторы), на морских и речных судах, в металлообрабатывающей, бумажной, текстильной, полиграфической промышленности и др. Двигатели небольшой мощности применяют во многих системах автоматики.

Конструкция двигателей постоянного тока сложнее и их стоимость выше, чем асинхронных двигателей. Однако в связи с широким применением автоматизированного электропривода и тиристорных преобразователей, позволяющих питать электродвигатели постоянного тока регулируемым напряжением от сети переменного тока, эти электродвигатели широко используют в различных отраслях народного хозяйства.

Генераторы постоянного тока ранее широко использовались для питания электродвигателей постоянного тока в стационарных и передвижных установках, а также как источники Электрической энергии для заряда аккумуляторных батарей, питания электролизных и гальванических ванн, для электроснабжения различных электрических потребителей на автомобилях, самолетах, пассажирских вагонах, электровозах, тепловозах и др.

Недостатком машин постоянного тока является наличие щеточноколлекторного аппарата, который требует тщательного ухода в эксплуатации и снижает надежность работы машины. Поэтому в последнее время генераторы постоянного тока в стационарных установках вытесняются полупроводниковыми преобразователями, а на транспорте — синхронными генераторами, работающими совместно с полупроводниковыми выпрямителями.



Принципиальная возможность создания электродвигателя постоянного тока была впервые показана М. Фарадеем в 1821 г.; в созданном им приборе проводник, по которому пропускали постоянный ток, вращался вокруг магнита.

Двигатель постоянного тока с электромагнитным возбуждением был создан в России акад. Б. С. Якоби в 1834 г., который назвал его магнитной машиной. В 1838 г. им был построен более мощный электродвигатель, который использовался для привода гребного винта речного катера. Принцип обратимости электрических машин был также впервые сформулирован русским физиком акад. Э. X. Ленцем. В дальнейшем ряд коллекторных машин постоянного тока был создан Г. Феррарисом, В. Сименсом и др. Значительное развитие теория электрических машин постоянного тока получила в трудах Д. А. Лачинова. В 1880 г. он опубликовал труд «Электромеханическая работа», в котором рассмотрел вопросы, создания вращающего момента электродвигателя, КПД электрических машин, условия питания электродвигателя от генератора и дал классификацию машин постоянного тока по способу возбуждения.

В XX столетии продолжалось развитие теории и совершенствование конструкции машин постоянного тока. Большое внимание обращалось на повышение надежности этих машин путем устранения причин, вызывающих возникновения искрения под щетками (улучшения коммутации) и образования кругового огня на коллекторе.

Важное значение в решении всех теоретических и практических вопросов работы машин постоянного тока имели в трудах советских ученых: А. Е. Алексеева, Д. А. Завалишина, Г. А. Люста, А. Б. Иоффе, В. Т. Касьянова, М. П. Костенко, В. С. Кулебакина, С. И. Курбатова, Л. М. Пиотровского, Е. М. Синельникова, В. А. Толвинского, К. И. Шенфера, венгер-ского электротехника О. В. Бенедикта и др.

В настоящее время в рамках Интерэлектро разработана серия электродвигателей постоянного тока типа ПИ мощностью от 0,25 до 750 кВт, которая выпускается электропромышленностью всех стран — членов СЭВ. Эти двигатели Предназначены для регулируемых электроприводов и рассчитаны на питание от полупроводниковых преобразователей. Кроме того, электропромышленность выпускает ряд двигателей постоянного тока специального исполнения — для электротяги, экскаваторов, металлургического оборудования, шахтных подъемников, буровых установок, морских и речных судов и других приводов мощностью от нескольких сотен до нескольких тысяч кВт.

Рис. 8.1. Электромагнитная схема двухполюсной машины постоянного тока (а) и эквивалентная схема ее обмотки якоря (б): 1 — обмотка возбуждения; 2 — главные полюсы; 3 — якорь; 4 — обмотка якоря; 5 — щетки; 6 — корпус (станина)

Принцип действия. Машина постоянного тока (рис. 8.1, а) имеет обмотку возбуждения, расположенную на явно выраженных полюсах статора. По этой обмотке проходит постоянный ток Iв , который создает магнитное поле возбуждения Фв . На роторе расположена двухслойная обмотка, в которой при вращении ротора индуцируется ЭДС. Таким образом, ротор машины постоянного тока является якорем, а конструкция машины сходна с конструкцией обращенной синхронной машины.

При заданном направлении вращения якоря направление ЭДС, индуцируемой в его проводниках, зависит только от того, под каким полюсом находится проводник. Поэтому во всех проводниках, расположенных под одним полюсом, направление ЭДС одинаковое и сохраняется таким независимо от частоты вращения. Иными словами, характер, отображающий направление ЭДС на рис. 8.1, а, неподвижен во времени: в проводниках, расположенных выше горизонтальной оси симметрии, которая разделяет полюсы (геометрическая нейтраль), ЭДС всегда направлена в одну сторону; в проводниках, лежащих ниже геометрической нейтрали, ЭДС направлена в противоположную сторону.

При вращении якоря проводники обмотки перемещаются от одного полюса к другому; ЭДС, индуцируемая в них, изменяет знак, т. е. в каждом проводнике наводится переменная ЭДС. Однако количество проводников, находящихся под каждым полюсом, остается неизменным. При этом суммарная ЭДС, индуцируемая в проводниках, находящихся под одним полюсом, также неизменна по направлению и приблизительно постоянна по величине. Эта ЭДС снимается с обмотки якоря с помощью скользящего контакта, включенного между обмоткой и внешней цепью.

Обмотка якоря выполняется замкнутой, симметричной (рис. 8.1,б). При отсутствии внешней нагрузки ток по обмотке не проходит, так как ЭДС, индуцируемые в различных частях обмотки, взаимно компенсируются.

Если щетки, осуществляющие скользящий контакт с обмоткой якоря, расположить на геометрической нейтрали, то при отсутствии внешней нагрузки к щеткам прикладывается напряжение U, равное ЭДС Е, индуцированной в каждой из половин обмоток. Это напряжение практически неизменно, хотя и имеет некоторую переменную составляющую, обусловленную изменением положения проводников в пространстве. При большом количестве проводников пульсации напряжения весьма незначительны.

При подключении к щеткам сопротивления нагрузки Rн через обмотку якоря проходит постоянный ток , направление которого определяется направлением ЭДС Е. В обмотке якоря ток Iа разветвляется и проходит по двум параллельным ветвям (токи ia ).

Для обеспечения надежного токосъема щетки скользят не по проводникам обмотки якоря (как это было вначале развития электромашиностроения), а по коллектору, выполняемому в виде цилиндра, который набирается из медных пластин, изолированных одна от другой. К каждой паре соседних коллекторных пластин присоединяют часть обмотки якоря, состоящую из одного или нескольких витков; эту часть называют секцией обмотки якоря.

Если машина работает в генераторном режиме, то коллектор вместе со скользящими по его поверхности щетками является выпрямителем. В двигательном режиме, когда к якорю подводится питание от источника постоянного тока и он преобразует электрическую энергию в механическую, коллектор со щетками можно рассматривать как преобразователь частоты, связывающий сеть постоянного тока с обмоткой, по проводникам которой проходит переменный ток.

Таким образом, главной особенностью машины постоянного тока является наличие коллектора и скользящего контакта между обмоткой якоря и внешней электрической цепью.

Назначение и принцип действия ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Назначение и принцип действия ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

ПРЕИМУЩЕСТВА электрические машины постоянного тока в настоящее время широко применяются в качестве двигателей и, в меньшей степени, в качестве генераторов. Электродвигатели постоянного тока имеют хорошие регулировочные свойства, значительную перегрузочную способность и позволяют получать жесткие и мягкие механические характеристики.

ХАРАКТЕРИСТИКИ плавное регулирование частоты вращения ротора простыми способами; большой пусковой моментами при относительно малых пусковых токах.

НАЗНАЧЕНИЕ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА машины широко используют для привода различных механизмов в черной металлургии (прокатные станы, роликовые транспортеры), на транспорте (электровозы, тепловозы, электропоезда, электромобили), в грузоподъемных и землеройных устройствах (краны, шахтные подъемники, экскаваторы), на морских и речных судах, в металлообрабатывающей, бумажной, текстильной, полиграфической промышленности и др. Двигатели небольшой мощности применяют во многих системах автоматики в качестве исполнительных звеньев, а специальные генераторы используются как усилители электрических сигналов и как датчики частоты вращения. Генераторы постоянного тока ранее широко использовались для питания электродвигателей постоянного тока в стационарных и передвижных установках, а также как источники электрической энергии для заряда аккумуляторных батарей, питания электролизных и гальванических ванн, для электроснабжения различных электрических потребителей на автомобилях, самолетах, пассажирских вагонах, электровозах, тепловозах и др.

Рисунок 1. Электромагнитная схема двухполюсной машины постоянного тока (а) и эквивалентная схема ее обмотки якоря (б): 1 — обмотка возбуждения; 2 — главные полюсы; 3 — якорь; 4 —обмотка якоря; 5 — щетки; 6 — корпус (станина)

НЕДОСТАТОК МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА наличие щеточноколлекторного аппарата, который требует тщательного ухода в эксплуатации и снижает надежность работы машины.

Машина имеет два полюса (1). Вращающаяся часть машины состоит из укрепленных на валу цилиндрического якоря (2) и коллектора (3). Якорь состоит из сердечника, набранного из листов электротехнической стали, и обмотки, укрепленной на сердечнике якоря. Обмотка в простейшей машине имеет один виток. Концы витка соединены с изолированными от вала медными пластинами коллектора, число которых в рассматриваемом случае равно двум. На коллектор налегают две неподвижные щетки (4), с помощью которых обмотка якоря соединяется с внешней цепью. Рисунок 2. Простейшая машина постоянного тока

Основной магнитный поток в нормальных машинах постоянного тока создаются обмоткой возбуждения, которая расположена на сердечниках полюсов и питается постоянным током. Магнитный поток проходит от северного полюса N через якорь к южному полюсу S и от него через ярмо снова к северному полюсу. Сердечники полюсов и ярмо также изготовляются из ферромагнитных материалов. В данном случае основной магнитный поток создается постоянными магнитами, но в большинстве случаев используются электромагниты. Рисунок 3. Работа простейшей машины тока в режиме генератора (а и в режиме двигателя (б).

РАБОТА В РЕЖИМЕ ГЕНЕРАТОРА Предположим, что якорь машины приводится во вращение по часовой стрелке. Тогда в проводниках обмотки якоря индуцируется ЭДС, направление которой может быть определено по правилу правой руки. Поскольку поток полюсов предполагается неизменным, то эта ЭДС индуктируется только вследствие вращения якоря и называется ЭДС вращения. Величина индуктируемой в проводнике обмотки якоря ЭДС епр=Blv, где В – величина магнитной индукции в воздушном зазоре между полюсом и якорем в месте расположения проводника; l – активная длина проводника, т. е. та длина, на протяжении которой он расположен в магнитном поле; v – линейная скорость движения проводника.

В обоих проводниках вследствие симметрии индуктируются одинаковые ЭДС, которые по контуру витка складываются, и поэтому полная ЭДС якоря рассматриваемой машины Ea=2 eпр=2 Blv. Эта ЭДС является переменной, так как проводники обмотки якоря проходят попеременно под северным и южным полюсами, в результате чего направление ЭДС в проводниках меняется. По форме кривая ЭДС проводника в зависимости от времени t повторяет кривую распределения индукции В вдоль воздушного зазора. Частота ЭДС f в двухполюсной машине равна скорости вращения якоря n, выраженной в оборотах в секунду: f=n, а в общем случае, когда машина имеет p пар полюсов с чередующейся полярностью, f=pn. Если обмотка якоря с помощью щеток замкнута через внешнюю цепь, то в этой цепи, а так же в обмотке якоря возникает ток Ia. В обмотке якоря этот ток будет переменным, и кривая его по форме аналогична кривой ЭДС Однако во внешней цепи направление тока будет постоянным, что объясняется действием коллектора.

При повороте якоря и коллектора на 900 и изменении направления ЭДС в проводниках одновременно происходит также смена коллекторных пластин под щетками. Вследствие этого под верхней щеткой всегда будет находиться пластина, соединенная с проводником, расположенным под северным полюсом, а под нижней щеткой – пластина, соединенная с проводником, расположенным под южным полюсом. В результате этого полярность щеток и направление тока во внешней цепи остаются неизменными. В генераторе коллектор является механическим выпрямителем, который преобразовывает переменный ток обмотки якоря в постоянный ток во внешней цепи.

РЕЖИМ ДВИГАТЕЛЯ Простейшая машина может работать также двигателем, если к обмотке ее якоря подвести постоянный ток от внешнего источника. При этом на проводники обмотки якоря будут действовать электромагнитные силы Fпр и возникнет электромагнитный момент Мэм. Величины Fпр и Мэм, как и для генератора. При достаточной величине Мэм якорь машины придет во вращение и будет развивать механическую мощность. Момент Мэм при этом является движущим и действует в направлении вращения. Если полярность полюсов направления вращения генератора и двигателя были одинаковы, то направление действия Мэм, а следовательно и направление тока Ia у двигателя должны быть обратными по сравнению с генератором.

В режиме двигателя коллектор превращает потребляемый из внешней цепи постоянный ток в обмотке якоря и работает, таким образом, в качестве механического инвертора тока. Проводники обмотки якоря двигателя также вращаются в магнитном поле, и поэтому в обмотке якоря двигателя тоже индуктируется ЭДС Еа, величина которой определяется равенством. Направление ЭДС в двигателе такое же, как и в генераторе. Таким образом, в двигателе ЭДС якоря Еа направлена против тока Ia и приложенного к зажимам якоря напряжения Uа. Поэтому ЭДС якоря двигателя называется также противоэлектродвижущей силой. Приложенное к якорю двигателя напряжение уравновешивается ЭДС Еа и падением напряжения в обмотке якоря: Ua=Ea+Iara. Из сравнения равенств видно, что в генераторе UaEa.

УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА Сердечники полюсов набираются из листов, выштампованных из электротехнической стали, а иногда из листов конструкционной стали. Так как магнитный поток полюсов в стационарных режимах не изменяется, то листы друг от друга обычно не изолируются. Расположенная на полюсе обмотка часто разбивается на 2 -4 катушки для лучшего ее охлаждения.

Число главных полюсов всегда четное, причем северные и южные полюсы чередуются, что достигается соответствующим соединением катушек возбуждения отдельных полюсов. Катушки всех полюсов соединяются обычно последовательно. Для улучшения токосъема с коллектора в машинах мощностью более 0, 5 квт между главными полюсами устанавливаются также дополнительные полюсы, которые меньше главных по своим размерам. Сердечники дополнительных полюсов обычно изготовляются из конструкционной стали. Как главные, так и дополнительные полюсы крепятся к ярму с помощью болтов. Ярмо в современных машинах обычно выполняется из стали (из стальных труб в машинах малой мощности, из стального листового проката, а так же из стального литья).

В машинах постоянного тока массивное ярмо является одновременно также станиной, т. е. той частью, к которой крепятся другие неподвижные части машины и с помощью которой машина обычно крепится к фундаменту или другому основанию. Сердечник якоря набирается из штампованных дисков электротехнической стали. Диски насаживаются либо непосредственно на вал, либо набираются на якорную втулку, которая надевается на вал. Сердечники якоря диаметром 100 см и выше составляются из штампованных сегментов электротехнической стали. сегменты набираются на корпус якоря, который изготовляется обычно из листового стального проката и с помощью втулки соединяется с валом. В пазы на внешней поверхности якоря укладываются катушки обмотки якоря. Выступающие с каждой стороны из сердечника якоря лобовые части обмотки 3 имеют вид цилиндрического кольца и своими внутренними поверхностями опираются на обмоткодержатели 5, а по внешней поверхности крепятся проволочными бандажами 7. Обмотка соединяется с коллектором 4.

Рисунок 4. Сердечник якоря с обмоткой.

ТРЕБОВАНИЯ ЯКОРЯ: обмотка должна быть рассчитана на заданные величины напряжения и тока нагрузки, соответствующие номинальной мощности; обмотка должна иметь необходимую электрическую, механическую и термическую прочность; конструкция обмотки должна обеспечить удовлетворительные условия токосъема с коллектора, без вредного искрения; расход материала при заданных эксплуатационных показателях должен быть минимальным; технология изготовления обмотки должна быть по возможности простой.

В современных машинах постоянного тока якорная обмотка укладывается в пазах на внешней поверхности якоря. Такие обмотки называются барабанными. Обмотки якорей подразделяют на петлевые и волновые. Существуют также обмотки, которые представляют собой сочетание этих двух обмоток. Коллектор состоит из медных пластин изолированных друг от друга миканитовыми прокладками. Пластины имеют трапецеидальное сечение и вместе с прокладками составляют кольцо. Коллектор крепится на валу с помощью шпонки. К каждой пластине коллектора присоединяются соединительные проводники от обмотки якоря. Для отвода тока от вращающегося коллектора и подвода к нему тока применяется щеточный аппарат, который состоит из щеток, щеткодержателей, щеточных пальцев, щеточной траверсы и токособирающих шин.

Коллектор и щеточный аппарат являются весьма ответственными узлами машины, от конструкции и качества изготовления которых в большей степени зависит бесперебойная работа машины и надежность электрического контакта между коллектором и щетками. На корпусе машины имеется коробка с зажимами, куда выведены концы обмотки якоря и обмотки возбуждения. Обычно на корпусе присутствует паспортный щиток, на котором указаны номинальные параметры машины (отдаваемая электрическая мощность генератора или механическая мощность двигателя, напряжение, ток, частота вращения, способ возбуждения, коэффициент полезного действия, масса, номер машины, данные производителя

РАБОТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА В РЕЖИМЕ ГЕНЕРАТОРА Любая электрическая машина обладает свойством обратимости, т. е. может работать в режиме генератора или двигателя. Если к зажимам приведенного во вращение якоря генератора присоединить сопротивление нагрузки, то под действием ЭДС якорной обмотки в цепи возникает ток где U — напряжение на зажимах генератора; Rя — сопротивление обмотки якоря. называется основным уравнением генератора

С появлением тока в проводниках обмотки возникнут электромагнитные силы. На рис7 схематично изображен генератор постоянного тока, показаны направления токов в проводниках якорной обмотки. Воспользовавшись правилом левой руки, видим, что электромагнитные силы создают электромагнитный момент Мэм, препятствующий вращению якоря генератора. Чтобы машина работала в качестве генератора, необходимо первичным двигателем вращать ее якорь, преодолевая тормозной электромагнитный момент, возникающий по правилу Ленца. Рисунок 7. Генератор постоянного тока.

ГЕНЕРАТОРЫ С НЕЗАВИСИМЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ. Магнитное поле генератора с независимым возбуждением создается током, подаваемым от постороннего источника энергии в обмотку возбуждения полюсов. Схема генератора с независимым возбуждением показана на рис. 8. Магнитное поле генераторов с независимым возбуждением может создаваться от постоянных магнитов. С ростом тока нагрузки напряжение на зажимах генератора уменьшается из-за увеличения падения напряжения в якорной обмотке. Рисунок 8. Недостатком генератора с независимым возбуждением является необходимость иметь отдельный источник питания. Но при определенных условиях обмотку возбуждения можно питать током якоря генератора.

ГЕНЕРАТОРЫ С САМОВОЗБУЖДЕНИЕМ. ПРИНЦИП САМОВОЗБУЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРА С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ Самовозбуждающиеся генераторы имеют одну из трех схем: с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением. На рис9. изображен генератор с параллельным возбуждением. Обмотка возбуждения подключена параллельно якорной обмотке. В цепь возбуждения включен реостат Rв. Генератор работает в режиме холостого хода. Чтобы генератор самовозбудился, необходимо выполнение определенных условий. Рисунок 9

УСЛОВИЯ САМОВОЗБУЖДЕНИЯ Первым из этих условий является наличие остаточного магнитного потока между полюсами. При вращении якоря остаточный магнитный поток индуцирует в якорной обмотке небольшую остаточную ЭДС Вторым условием является согласное включение обмотки возбуждения. Обмотки возбуждения и якоря должны быть соединены таким образом, чтобы ЭДС якоря создавала ток, усиливающий остаточный магнитный поток. Усиление магнитного потока приведет к увеличению ЭДС. Машина самовозбуждается и начинает устойчиво работать с каким-то током возбуждения Iв = const и ЭДС Е = const, зависящими от сопротивления Rв в цепи возбуждения. Третьим условием является то, что сопротивление цепи возбуждения при данной частоте вращения должно быть меньше критического. Ток обмотки возбуждения увеличивает магнитный поток полюсов при согласном включении обмотки возбуждения. ЭДС, индуцированная в якоре, возрастает, что приводит к дальнейшему увеличению тока обмотки возбуждения, магнитного потока и ЭДС. Рост ЭДС от тока возбуждения замедляется при насыщении магнитной цепи машины.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ Из чего состоит машина постоянного тока ? Принцип действия машины постоянного тока? Назовите основное уравнение генератора? Где создает магнитное поле у генератора с независимым возбуждением? Недостатки машин постоянного тока? Перечислить условия генератора самовозбуждения? Назначение машин постоянного тока.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ Найти и дополнить конспект по теме «Механические характеристики электродвигателей постоянного тока» : Двигатель смешанного возбуждения ; Двигатели с параллельным возбуждением; Двигатели с последовательным возбуждением.

Вопросы к экзамену | Могилевский Государственный Политехнический Колледж

1 Роль и значение электрических машин в современной электротехнике и энергетике
2 Краткая история и перспективы развития электромашиностроения. Охрана труда и техника безопасности при эксплуатации и ремонте электрических машин
3 Классификация электрических машин. Общие принципы устройства
4 Конструкция машин постоянного тока. Назначение основных элементов, деталей и узлов
5 Преобразование переменной э.д.с. в постоянную. Назначение и конструкция коллекторно-щеточного узла
6 Принцип действия машин постоянного тока
7 Электродвижущая сила обмотки якоря машины постоянного тока
8 Электромагнитный момент машины постоянного тока
9 Классификация обмоток якоря машин постоянного тока. Конструкция обмоток и их основные параметры. Шаги обмоток по якорю и коллектору
10 Петлевые обмотки якоря машин постоянного тока. Основные параметры и соотношения
11 Волновые обмотки якоря машин постоянного тока. Основные параметры и соотношения
12 Комбинирование (лягушечьи) обмотки якоря машин постоянного тока (пример секции обмотки). Состав обмотки. Основные параметры
13 Реакция якоря в машинах постоянного тока и ее влиянии на энергетические показатели машины (основной магнитный поток)
14 Способы уменьшения размагничивающего действия реакции якоря в нагруженной машине постоянного тока
15 Процессы коммутации тока в машинах постоянного тока. Виды коммутации
16 Уравнение тока коммутируемой секции. Способы улучшения коммутации
17 Классы коммутации и их характеристика
18 Помехи радиоприему при работе машин постоянного тока и способы их уменьшения
19 Магнитная цепь машины постоянного тока. Принцип расчета магнитной цепи. Характеристика намагничивания
20 Характеристика холостого хода генератора постоянного тока, ее получение и связь с характеристикой намагничивания
21 Генераторы постоянного тока. Классификация по способам возбуждения. Соотношения токов
22 Условия самовозбуждения генераторов постоянного тока
23 Характеристики генераторов постоянного тока с независимым возбуждением
24 Характеристики генераторов постоянного тока с параллельным возбуждением
25 Характеристики генераторов постоянного тока со смешанным возбуждением при различных взаимовключениях обмоток возбуждения
26 Характеристики генераторов постоянного тока с последовательным возбуждением
27 Построение внешней характеристики генератора постоянного тока с независимым возбуждением по характеристике холостого хода и характеристическому треугольнику
28 Построение регулировочной характеристики генератора постоянного тока с независимым возбуждением по характеристике холостого хода и характеристическому треугольнику
29 Параллельная работа генераторов постоянного тока с независимым возбуждением. Условия включения. Перевод нагрузки
30 Построение внешней и регулировочной характеристик генераторов постоянного тока с параллельным возбуждением по характеристике холостого хода и характеристическому треугольнику
31 Тахогенераторы постоянного тока. Назначение, конструкция, выходная характеристика, погрешности
32 Электромашинный усилитель. Назначение, конструкция, принцип действия
33 Внешние характеристики электромашинного усилителя с учетом степени компенсации размагничивающего действия реакции якоря
34 Двигатели постоянного тока. Классификация, соотношение токов, уравнение якорной цепи
35 Рабочие характеристики двигателей постоянного тока
36 Механическая характеристика двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. Уравнение
37 Регулирование скорости вращения якоря двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением. Механические характеристики
38 Регулирование скорости вращения якоря двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением. Механические характеристики
39 Импульсное регулирование скорости вращения якоря двигателя постоянного тока. Механические характеристики
40 Регулирование скорости вращения якоря двигателя постоянного тока с независимым возбуждением изменением подводимого напряжения. Механические характеристики
41 Пуск двигателей постоянного тока. Способы пуска. Временные диаграммы тока и скорости при пуске изменением сопротивления якорной цепи
42 Торможение двигателей постоянного тока. Способы торможения и их обоснование
43 Реверсирование двигателей постоянного тока
44 Конструкция однофазных трансформаторов
45 Конструкция трехфазных трансформаторов
46 Принцип действия трансформатора. Уравнения трансформатора
47 Холостой ход трансформатора. Уравнения, схема замещения, векторная диаграмма, характеристики
48 Короткое замыкание трансформатора. Уравнения, схема замещения, векторная диаграмма, характеристики
49 Устойчивость работы двигателей
50 Трансформатор в рабочем режиме. Уравнения, схема замещения, внешняя характеристика и векторная диаграмма при активно-индуктивной нагрузке
51 Трансформатор в рабочем режиме. Уравнения, схема замещения, внешняя характеристика и векторная диаграмма при активно-емкостной нагрузке

Основная конструкция и работа генератора постоянного тока.

Генератор постоянного тока

Генератор постоянного тока — это электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электричество постоянного тока . Это преобразование энергии основано на принципе создания динамически индуцированной ЭДС. В этой статье описывается базовая конструкция и работа генератора постоянного тока .

Конструкция машины постоянного тока:

Примечание: Теоретически генератор постоянного тока можно использовать в качестве двигателя постоянного тока без каких-либо конструктивных изменений, и наоборот.Таким образом, генератор постоянного тока или двигатель постоянного тока можно в широком смысле назвать машиной постоянного тока . Эти основные конструктивные особенности также действительны для конструкции двигателя постоянного тока . Следовательно, давайте назовем эту точку конструкцией машины постоянного тока , а не просто «конструкцией генератора постоянного тока».

На приведенном выше рисунке показаны детали конструкции простого 4-полюсного генератора постоянного тока . Машина постоянного тока состоит из двух основных частей; статор и ротор. Основные конструктивные части машины постоянного тока описаны ниже.

  1. Ярмо: Наружная рама машины постоянного тока называется ярмом. Он сделан из чугуна или стали. Он не только обеспечивает механическую прочность всей сборки, но и переносит магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения.
  2. Столбы и полюсные наконечники: Столбы соединяются с ярмом с помощью болтов или сварки. Они несут обмотки возбуждения и к ним крепятся полюсные наконечники. Полюсные туфли служат двум целям; (i) они поддерживают катушки возбуждения и (ii) равномерно распределяют поток в воздушном зазоре.
  3. Обмотка возбуждения: Обычно они изготавливаются из меди. Катушки возбуждения предварительно намотаны и размещены на каждом полюсе и соединены последовательно. Они намотаны таким образом, что под напряжением образуют чередующиеся северный и южный полюса.
  4. Сердечник якоря (ротор)
  5. Сердечник якоря: Сердечник якоря — это ротор машины постоянного тока. Он имеет цилиндрическую форму с прорезями для размещения обмотки якоря.Якорь состоит из тонких многослойных круглых стальных дисков для уменьшения потерь на вихревые токи. Он может быть снабжен воздуховодами для осевого воздушного потока с целью охлаждения. Якорь прикреплен к валу шпонкой.
  6. Обмотка якоря: Обычно это бывшая намотанная медная катушка, которая находится в пазах якоря. Жилы якоря изолированы друг от друга, а также от сердечника якоря. Обмотку якоря можно намотать одним из двух способов; намотка внахлест или волновая намотка. Обычно используются двухслойные нахлесточные или волновые обмотки.Двухслойная обмотка означает, что каждый паз якоря будет иметь две разные катушки.
  7. Коммутатор и щетки: Физическое соединение с обмоткой якоря осуществляется через устройство коллектор-щетка. Функция коммутатора в генераторе постоянного тока состоит в том, чтобы собирать ток, генерируемый в проводниках якоря. В то время как в случае двигателя постоянного тока коммутатор помогает подавать ток на проводники якоря. Коммутатор состоит из набора медных сегментов, изолированных друг от друга.Количество сегментов равно количеству витков якоря. Каждый сегмент подключен к катушке якоря, а коммутатор прикреплен к валу шпонкой. Щетки обычно делают из углерода или графита. Они опираются на сегменты коммутатора и скользят по сегментам, когда коммутатор вращается, сохраняя физический контакт для сбора или подачи тока.

Коммутатор

Принцип работы генератора постоянного тока:

Согласно законам электромагнитной индукции Фарадея, всякий раз, когда проводник помещается в переменное магнитное поле (ИЛИ проводник перемещается в магнитном поле), в проводнике индуцируется ЭДС (электродвижущая сила).Величину наведенной ЭДС можно рассчитать из уравнения ЭДС генератора постоянного тока. Если в проводнике предусмотрен замкнутый путь, индуцированный ток будет циркулировать внутри пути. В генераторе постоянного тока катушки возбуждения создают электромагнитное поле, а проводники якоря вращаются в поле. Таким образом, в проводниках якоря возникает ЭДС электромагнитного поля. Направление индуцированного тока определяется правилом правой руки Флеминга.


Потребность в коммутаторе с разъемным кольцом:

Согласно правилу правой руки Флеминга, направление индуцированного тока изменяется всякий раз, когда изменяется направление движения проводника.Рассмотрим якорь, вращающийся по часовой стрелке, а проводник слева движется вверх. Когда якорь совершит половину оборота, направление движения этого конкретного проводника изменится на нисходящее. Следовательно, направление тока в каждом проводнике якоря будет переменным. Если вы посмотрите на приведенный выше рисунок, вы узнаете, как меняется направление индуцированного тока в проводнике якоря. Но в коммутаторе с разъемным кольцом соединения проводов якоря также меняются местами, когда происходит реверсирование тока.А значит, на выводах получаем однонаправленный ток.

Типы генератора постоянного тока:

Генераторы постоянного тока можно разделить на две основные категории, а именно; (i) отдельно возбужденный и (ii) самовозбужденный.
(i) С отдельным возбуждением : В этом типе катушки возбуждения получают питание от независимого внешнего источника постоянного тока.
(ii) Самовозбуждающийся : В этом типе катушки возбуждения получают питание от тока, производимого самим генератором. Первоначальная генерация ЭДС происходит из-за остаточного магнетизма в полюсах поля.Генерируемая ЭДС заставляет часть тока течь в катушках возбуждения, тем самым усиливая поток поля и тем самым увеличивая генерацию ЭДС. Генераторы постоянного тока с самовозбуждением можно разделить на три типа —
(а) Последовательная обмотка — обмотка возбуждения последовательно с обмоткой якоря
(b) Шунтирующая обмотка — обмотка возбуждения параллельно обмотке якоря
(c) Составная обмотка — комбинация последовательной и параллельной обмоток

Вы можете узнать больше о типах генераторов / машин постоянного тока здесь.

Каков принцип работы генератора постоянного тока?

— Объявление —

Генераторы — это электрические машины, работа которых начинается при отключении электроэнергии из местной сети. Здесь начинают работать генераторы, вырабатывая электричество. Эти электрические машины служат источником электроэнергии для многих бизнес-объектов, промышленных зданий и даже домов, когда электричество отключено. Генераторы делятся на два типа генераторов переменного и постоянного тока.Мы здесь, чтобы объяснить вопрос «каков принцип работы генератора постоянного тока?» и подробно обсудите DC. Linquip собрал самую актуальную и точную информацию по этой теме, которую вы можете прочесть.

Прежде чем мы обсудим основную тему этой статьи, мы должны узнать о структуре и основных функциях контроллеров домена. Давайте кратко рассмотрим конструкцию, функции, детали и компоненты генераторов постоянного тока.

Что такое генератор постоянного тока?

Как упоминалось ранее, существует два типа генераторов в зависимости от выходной мощности: генераторы переменного и постоянного тока.Основная функция генераторов постоянного тока — преобразовывать механическую энергию в электрическую. Есть много источников, которые обеспечивают механическую энергию для генераторов постоянного тока, таких как двигатели внутреннего сгорания, водяные, газовые и паровые турбины и даже ручные кривошипы. Для генераторов постоянного тока определена обратная функция: эту обратную работу можно выполнить с помощью электродвигателя.

Двигатель постоянного тока преобразует электрическую мощность в механическую. Генераторы постоянного тока вырабатывают электроэнергию на основе принципа закона электромагнитной индукции Фарадея.Согласно этому закону, когда проводник движется в магнитном поле, магнитные силовые линии перерезаются. Это приводит к индукции электромагнитной силы в проводнике.

Чтобы получить более четкий ответ на вопрос «каков принцип работы генератора постоянного тока?», Давайте также кратко остановимся на его частях и компонентах. В следующем разделе мы очень кратко расскажем вам об основных частях генератора постоянного тока и о том, как они работают. Продолжай читать.

Конструкция генератора постоянного тока

В предыдущем разделе мы очень кратко объяснили, что такое генератор постоянного тока.Теперь мы хотим, чтобы вы поближе познакомились с его конструкцией. В одном генераторе постоянного тока есть много компонентов, которые помогают всей машине функционировать должным образом. В различных статьях упоминается более десяти частей для генераторов постоянного тока.

Мы не будем подробно останавливаться на всех этих компонентах, потому что объяснение функций этих частей выходит за рамки данной статьи и уводит нас от основной темы нашего обсуждения. В следующих разделах вы прочитаете о четырех наиболее важных компонентах генератора постоянного тока, которые помогут вам найти ответ на вопрос «каков принцип работы генератора постоянного тока?»

Статор

Одной из наиболее важных частей генератора постоянного тока является статор, работа которого заключается в создании магнитных полей, вокруг которых вращаются катушки.Статор состоит из двух устойчивых магнитов с противоположными полюсами, обращенными друг к другу. Эти магниты помещаются в область ротора.

Ротор

Ротор или сердечник якоря — еще одна важная часть генератора постоянного тока. В роторе есть металлические пластины с прорезями, которые уложены друг на друга, образуя цилиндрический сердечник якоря. Обычно потери уменьшаются из-за вихревых токов в этих слоях.

Коммутатор

Коммутатор работает как выпрямитель для преобразования переменного напряжения в постоянное в усилении обмотки якоря.Он имеет медный сегмент, и каждый медный сегмент с помощью листов слюды экранирован друг от друга. Он находится на валу машины.

Щетки

С помощью щеток можно обеспечить электрическое соединение между коммутатором и внешней цепью нагрузки.

Теперь, когда вы знакомы с сущностью и основными компонентами генератора постоянного тока, понять, как работает генератор постоянного тока, похоже на кусок пирога. В следующем разделе мы собираемся обсудить, как работает генератор постоянного тока, на понятном языке.Оставайтесь с нами.

Каков принцип работы генератора постоянного тока?

В предыдущих разделах мы обсуждали, что определяет генератор постоянного тока и как он работает. В этом разделе мы поговорим о принципе работы генераторов постоянного тока.

Как упоминалось ранее, генератор постоянного тока — это преобразователь энергии, который превращает механическую энергию в электрическую. Это изменение формы энергии происходит на основе принципа электромагнитной индукции, что означает, что везде, где происходит изменение магнитного потока, связанного с проводником, в нем индуцируется ЭДС или электромагнитная сила.Эта индукция вызывает протекание тока в случае, если цепь проводника замкнута.

Итак, исходя из того, что мы уже сказали, основные требования к генератору постоянного тока — это магнитное поле и проводник. Проводник движется, чтобы отсечь магнитный поток. Таким образом, можно сказать, что генератор постоянного тока работает по принципу динамически индуцированной электромагнитной силы. Это то, что гласит закон электромагнитной индукции Фарадея: когда проводник с током помещается в переменное магнитное поле, в проводнике индуцируется ЭДС.С другой стороны, согласно правилу правой руки Флеминга, при изменении направления движения проводника изменяется и направление индуцированного потока.

Представьте себе якорь, вращающийся по часовой стрелке, и проводник слева, движущийся вверх. Теперь, когда якорь совершит половину оборота, направление движения проводника изменится на обратное. Таким образом, направление тока в каждой арматуре будет меняться. Но с разъемным кольцевым коммутатором соединения проводов якоря меняются местами, когда происходит реверсирование тока.Следовательно, на выводах получаем однонаправленный ток.

Простой для понимания пример принципа работы генератора постоянного тока

Позвольте нам упростить для вас функцию и принцип работы генератора постоянного тока. Вы должны заметить, если генератор очень маленький, например, он используется в магазине, небольшой мастерской, кинотеатре или доме, основным двигателем или поставщиком механической энергии является дизельный двигатель. Если генератор очень большой, как на электростанциях, то первичным двигателем будет водяная, паровая или газовая турбина.

Когда механическая энергия, подаваемая первичным двигателем, передается генератору, якорь генератора начинает вращаться. Обычно полюса ярма делают из постоянных магнитов. Это означает, что согласно законам электромагнитной индукции Фарадея проводники якоря отсекают слабое магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами, и в обмотке якоря индуцируется небольшое количество ЭДС. Эта индуцированная электромагнитная сила обеспечивает циркуляцию небольшого количества тока через обмотку возбуждения и усиливает подаваемый магнитный поток и, следовательно, наведенную ЭДС.Таким образом, за счет усиления магнитного потока и ЭДС генератор выдает номинальное напряжение.

Заключение

Каков принцип работы генератора постоянного тока — это основная тема этой статьи, на которую мы попытались ответить. Чтобы ответить на этот вопрос, во-первых, мы решили дать очень короткое, но полезное объяснение того, что такое генератор постоянного тока. Следующим шагом было знакомство с основными компонентами этого преобразователя энергии. Итак, мы подробно остановились на 4 наиболее важных частях генератора постоянного тока и на том, как они работают.

наконец-то мы вошли в раздел принципа работы генератора постоянного тока и попытались объяснить это на ярком примере. Если у вас возникнут другие вопросы по теме, Linquip готов на них ответить. Все, что вам нужно, это зарегистрироваться. Кроме того, если у вас есть опыт использования генераторов постоянного тока, будем рады, если вы поделитесь им в комментариях. Надеюсь, вам понравилась эта статья.

— Реклама —

Машина постоянного тока — Конструкция, принцип работы, типы и применение

Первый коммутатор был изобретен Уильямом Осетром с помощью этой машины в 1837 году.После этого американский изобретатель Томас Дэвенпорт изобрел другую машину постоянного тока коммутаторного типа, а затем были изобретены машины переменного тока. Эта машина используется для управления устройствами, работающими от переменного тока. Машина постоянного тока используется для управления устройствами, использующими однонаправленный ток. Когда мы оцениваем с помощью машин постоянного тока, машины переменного тока имеют больше преимуществ из-за потерь, которые появляются на постоянном токе. Хотя потери больше, машины постоянного тока находят свое значение в современной повседневной жизни.Он имеет уникальную особенность генерирования однонаправленного тока. Таким образом, эти машины используются там, где требуется однонаправленная мощность. Эти машины используются в батареях для генерации однонаправленной энергии. В этой статье дается обзор машины постоянного тока, который включает в себя конструкцию, работу, детали, уравнение ЭДС, типы, ее потери и области применения.

Что такое машина постоянного тока?

Это вращающееся устройство, которое может быть двигателем или генератором. В зависимости от конструкции и работы он классифицируется как двигатель или генератор.Двигатель — это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. Генератор — это электрическое устройство, которое используется для преобразования энергии из механической в ​​электрическую.

Строительство

Детали станка

Он состоит из ярма, полюсного сердечника, полюсного башмака, сердечника якоря, коллектора, щеток, подшипников и вентилятора.

Ярмо используется для защиты устройства от внешних воздействий окружающей среды. Он используется как щит для защиты внутренних частей машины.Он обеспечивает механическую поддержку внутренних частей устройства.

Сердечник полюса состоит из полюсного наконечника, а обмотка возбуждения опирается на полюсный наконечник. Полюсный башмак с обмоткой возбуждения вставляется в пазы полюсного сердечника.

В машине две основные части — это статор и ротор, где статор является неподвижной частью, а ротор — вращающейся частью. В этой машине две обмотки: обмотка возбуждения и обмотка якоря. Расположение этих обмоток может быть таким: обмотка возбуждения расположена на статоре, а обмотка якоря — на роторе.Однако в машине переменного тока устройство обратное для машины переменного тока. Это основное различие между машиной постоянного и переменного тока. Конструкция генератора постоянного тока показана на следующей схеме и показаны его части.

Детали генератора постоянного тока

Сердечник якоря состоит из обмотки якоря, которая опирается на пазы сердечника. Он состоит из пазов зубчатого типа, так что обмотка якоря легко вставляется в пазы.

Коммутатор — это устройство, которое используется для сбора тока с обмотки якоря, тогда как щетка собирает ток с коммутатора.

Для плавной работы используются подшипники. Вентилятор используется для отвода тепла, выделяемого во время работы машины.

Работает

Машина

постоянного тока работает по закону Фарадея принципа электромагнитной индукции, который гласит, что когда проводник перерезает магнитные силовые линии, внутри проводников будет индуцироваться электромагнитная сила.

В генераторе постоянного тока, когда катушка, помещенная в магнитное поле, вращается с помощью первичного двигателя или любой ручки.Катушки перерезают магнитные силовые линии, чтобы вызвать ЭДС. Эта наведенная ЭДС развивает ток в обмотке якоря. Направление этого тока в генераторах постоянного тока можно наблюдать с помощью правила правой руки Флеминга. Рабочее изображение генератора постоянного тока показано ниже.

Работа генератора

Ток в катушке изменяется каждые полупериод при вращении катушки, что определяется правилом правой руки Флеминга. Благодаря этому возникает переменный ток, который регистрируется гальванометром.Итак, чтобы получить однонаправленный ток, к щеткам прикрепляют сегменты коммутатора. Эти сегменты генерируют однонаправленный ток при вращении катушки. Сегменты плавно проходят между щетками и не позволяют току изменяться. Когда катушка вращается, на половине оборота сегменты вращаются между щетками, но не позволяют току изменить свое направление. Таким образом, генератор постоянного тока может преобразовывать входящую механическую энергию в выходную электрическую энергию постоянного тока.

Работа двигателя постоянного тока и генератора аналогична, однако здесь питание постоянного тока подается на обмотку якоря. Благодаря этому в катушке, находящейся под магнитным полем, течет ток. Всякий раз, когда катушка, по которой проходит ток, оказывается под влиянием магнитного поля, которое испытывает силу. Направление силы можно найти с помощью правила левой руки Флеминга. Схема работы двигателя постоянного тока показана ниже.

Двигатель постоянного тока работает

Роль коммутатора в двигателе постоянного тока очень важна.При вращении катушка не может развивать однонаправленный крутящий момент, поскольку действующая сила неоднородна. Ток в катушке на левом конце направлен внутрь, а сила действует вверх по правилу Флеминга. Ток в катушке на правом конце направлен наружу, а сила действует вниз. Эта сила позволяет катушке вращаться по часовой стрелке. Но после полуоборота сила на левом конце будет действовать вниз из-за изменения тока. И сила на правом конце будет действовать вверх из-за изменения тока.

Итак, чтобы развить однонаправленный крутящий момент, сила должна быть равномерной и действовать в одном направлении. Тогда только катушка сможет вращаться по часовой стрелке. Это достигается за счет использования коммутатора, он состоит из сегментов, прикрепленных к щеткам. Эти сегменты позволяют току в катушке быть в том же направлении, что и раньше. Тогда сила будет действовать вверх на левом конце и вниз на правом конце. Это позволяет развивать вращающий момент, который является однонаправленным, и заставляет двигатель работать непрерывно.

Уравнение ЭДС машины постоянного тока

Уравнение ЭДС: E = ФZNP / 60A

Пусть

P = количество полюсов

Z = количество проводников, распределенных в якоре

Ф = поток, создаваемый каждым полюсом в weber

N = частота вращения ротора, об / мин

A = количество параллельных путей

Индуцированная ЭДС внутри проводников якоря соответствует закону электромагнитной индукции Фарадея.

где e = скорость изменения потока, e = dФ / dt

Общий поток (Ф T ) или (dФ) = поток, создаваемый отдельным полюсом * количество полюсов

T ) = Ф * P

Время, необходимое для того, чтобы проводник совершил один оборот (dT) = 60 / Н

подставляя эти значения в наведенную ЭДС, получаем

e = Ф * P / 60 / N

e = Ф * P * N / 60 для одного проводника

e = Ф * P * N * Z / 60 * A для проводников «Z» для параллельных путей «A»

Следовательно, уравнение ЭДС задается как e = Ф * P * N * Z / 60 * A

Реакция якоря

Противодействие главному магнитному потоку развитым потоком якоря известно как реакция якоря.Индуцированная ЭДС возникает, когда катушка вращается в магнитных силовых линиях. Эта наведенная ЭДС позволяет току течь в обмотке якоря, поскольку обмотка представляет собой замкнутую цепь. Этот ток якоря при дальнейшем взаимодействии с магнитными силовыми линиями развивает поток якоря. Этот поток якоря используется для создания реакции якоря. Благодаря этому создается однонаправленный крутящий момент, который используется для вращения ротора. Реакция якоря этого типа машины показана на следующем изображении.

Обмотки поля якоря рассматриваются как

Есть определенные недостатки, связанные с реакцией якоря. Он искажает или ослабляет магнитный поток, что приводит к снижению генерируемого напряжения в случае генератора.

Коммутация в машинах постоянного тока

Коммутация — это процесс изменения формы переменного напряжения или тока на однонаправленное напряжение или ток и наоборот.

Он состоит из нескольких сегментов, которые играют решающую роль в этом процессе преобразования.Сегменты коммутатора в основном используются в машинах постоянного тока. Он изготовлен из слюды, которая действует как изоляционный материал между двумя сегментами. Он имеет высокую диэлектрическую прочность и сопротивление пробою от 30 до 40 В.

Они используются после якоря для сбора тока с обмотки якоря. Любой из сегментов подключен к щеткам, которые используются для сбора тока от этих сегментов. Сегменты коммутатора со щетками показаны на рисунке ниже.

Сегменты коммутатора в машинах постоянного тока

В этом типе сегменты коммутатора помогают избежать перекручивания проводов во время вращения ротора.

В генераторе постоянного тока коммутатор используется для преобразования генерируемого переменного напряжения или тока в однонаправленное напряжение или ток.

В двигателе постоянного тока сегменты коммутатора играют ключевую роль в создании однонаправленного крутящего момента. Эти сегменты используются для изменения тока в катушке таким образом, что создается однонаправленный крутящий момент. А мотор способен вращаться по часовой стрелке.

Потери в машине постоянного тока

В машине есть три типа потерь.Их

Потери в меди, потери в железе и паразитные потери.

  • Потери в меди подразделяются на три категории: якорь, шунтирующее поле и медное поле последовательного поля.
  • Потери в стали подразделяются на две категории: одни — это вихретоковые, а другие — гистерезисные.
  • Паразитные потери подразделяются на две группы: одна — это фрикционные, а вторая — ветровые потери.

Рисунок, поясняющий классификацию потерь в машине, показан ниже.

Потери в машине постоянного тока

Приложения

  • Они используются в различных приложениях, таких как токарные станки, вентиляторы, воздуходувки, воздушные компрессоры, электрическая тяга, краны, лифты и пылесосы.

В этой статье обсуждается обзор машины постоянного тока. Это устройство, которое используется либо для преобразования ME в EE, либо для преобразования EE в ME, в зависимости от его конструкции и работы. Он действует как генератор, когда катушка вращается в магнитном поле, и действует как двигатель, когда на обмотку ротора подается постоянный ток и она находится в магнитном поле.В приведенных выше данных они также включают конструкцию, уравнение ЭДС, рабочие потери и приложения. Вот вам вопрос, в чем разница между генератором и двигателем?

Принцип работы генератора постоянного тока

Принцип работы генератора постоянного тока

Все генераторы работают по принципу динамически индуцированной ЭДС. Этот принцип не что иное, как закон индукции электромагнетизма Фарадея. В нем говорится, что «всякий раз, когда количество магнитных силовых линий i.е. магнитная связь с проводником или катушкой изменяется, в этом проводнике или катушке создается электродвижущая сила. Изменение магнитного потока, связанное с проводником, может существовать только тогда, когда существует относительное движение между проводником и магнитным потоком. Относительное движение может быть достигнуто вращением проводника относительно магнитного потока или вращением магнитного потока относительно проводника. Таким образом, в проводнике генерируется напряжение, пока существует относительное движение между проводником и магнитным потоком.

Такой индуцированный e.м.ф. которая возникает из-за физического движения катушки или проводника относительно магнитного потока или движения магнитного потока относительно катушки или проводника, называется динамически индуцированной ЭДС.

Обозначение Точка : Итак, для генерирующего действия необходимы следующие основные компоненты:

i) Проводник или катушка

ii) Относительное движение между проводником и магнитным потоком.

В конкретном генераторе проводники вращаются, чтобы отсекать магнитный поток, сохраняя постоянный поток.Чтобы на выходе было большое напряжение, несколько проводников соединяются вместе определенным образом, образуя обмотку. Эта обмотка называется обмоткой якоря постоянного тока. машина. Часть, на которой держится эта обмотка, называется якорем постоянного тока. машина. Чтобы проводники вращались, проводники, расположенные на якоре, вращаются с помощью какого-либо внешнего устройства. Такое внешнее устройство называется перфоратором. Обычно используемые первичные двигатели — это дизельные двигатели, паровые двигатели, паровые турбины, водяные турбины и т. Д.Необходимый магнитный поток создается токоведущей обмоткой, которая называется обмоткой возбуждения. Направление наведенной э.д.с. можно получить, используя роль правой руки Флеминга.

Принципы работы электродвигателей постоянного тока

Двигатель постоянного тока (DC) — одна из первых машин, предназначенных для преобразования электроэнергии в механическую. Постоянный магнит (ПМ) постоянного тока преобразует электрическую энергию в механическую за счет взаимодействия двух магнитных полей.Одно поле создается узлом постоянного магнита, другое поле создается электрическим током, протекающим в обмотках двигателя. Эти два поля приводят к крутящему моменту, который стремится вращать ротор. Когда ротор вращается, ток в обмотках коммутируется, чтобы обеспечить постоянный выходной крутящий момент. Стационарное электромагнитное поле двигателя также может быть намотано проволокой, как якорь (так называемый двигатель с возбужденным полем), или может состоять из постоянных магнитов (называемых постоянным магнитом. мотор).
Коммутатор любого типа (с возбужденным полем или с постоянным магнитом). действует как половина механического переключателя и вращается вместе с якорем. Коммутатор состоит из токопроводящих сегментов (называемых стержнями), обычно сделанных из меди, которые представляют собой окончание отдельных катушек провода, распределенных вокруг якоря. Вторая половина механического переключателя комплектуется щетками. Эти щетки обычно остаются неподвижными с корпусом двигателя, но движутся (или кисть) на вращающемся коммутаторе.Поскольку электрическая энергия проходит через щетки и, следовательно, через якорь, возникает скручивающая сила как реакция между полем двигателя и якорем, вызывающая вращение якоря двигателя. Когда якорь вращается, щетки переключаются на соседние стержни на коммутаторе. Это переключающее действие передает электрическую энергию соседней обмотке якоря, которая, в свою очередь, поддерживает крутильное движение якоря.
Двигатели с постоянными магнитами (PM), вероятно, являются наиболее часто используемыми двигателями постоянного тока, но есть также некоторые другие типы двигателей постоянного тока (типы, которые также используют катушки для создания постоянного магнитного поля).Двигатели постоянного тока работают от источника постоянного тока. Движение магнитного поля достигается переключением тока между катушками внутри двигателя. Это действие называется «коммутацией». Очень многие двигатели постоянного тока (щеточного типа) имеют встроенную коммутацию, что означает, что при вращении двигателя механические щетки автоматически коммутируют катушки на роторе. Вы можете использовать щеточные двигатели постоянного тока в самых разных областях. Простой двигатель постоянного тока с постоянными магнитами является важным элементом в различных продуктах, таких как игрушки, сервомеханизмы, приводы клапанов, роботы и автомобильная электроника.Есть несколько типичных преимуществ двигателя с постоянными магнитами. По сравнению с двигателями переменного или постоянного тока с возбуждением от возбуждения, двигатели с постоянными магнитами обычно физически меньше по габаритам и легче при заданной номинальной мощности. Кроме того, поскольку поле двигателя, создаваемое постоянным магнитом, постоянно, соотношение между крутящим моментом и скоростью очень линейно. Двигатель с постоянными магнитами может обеспечивать относительно высокий крутящий момент на низких скоростях, а поле с постоянными магнитами обеспечивает некоторое внутреннее самоторможение при отключении питания двигателя. Есть несколько недостатков, в основном это большой ток во время останова и во время мгновенного реверсирования.Это может повредить некоторые двигатели или создать проблемы для схемы управления. Кроме того, некоторые материалы магнита могут быть повреждены при воздействии чрезмерного тепла и некоторой ослабленной напряженности поля, если двигатель разбирается.
Для крупногабаритных предметов повседневного обихода, таких как ручные дрели и кухонная техника, используется серводвигатель постоянного тока, известный как универсальный двигатель. Эти универсальные двигатели представляют собой двигатели постоянного тока с последовательной обмоткой, в которых неподвижная и вращающаяся катушки представляют собой последовательно соединенные провода. Эти двигатели могут работать как от переменного, так и от постоянного тока.Одним из недостатков / мер предосторожности, связанных с двигателями постоянного тока с последовательной обмоткой, является то, что если они разгружены, единственное, что ограничивает их скорость, — это потери на ветер и трение. Некоторые могут буквально разорвать сами по себе, если запустить без нагрузки.
Бесщеточный двигатель работает так же, как и традиционный щеточный двигатель. Однако, как следует из названия, щеток (и коммутатора) нет. Функция механического переключения, реализуемая комбинацией щетки и коммутатора в щеточном двигателе, заменена электронным переключением в бесщеточном двигателе.В типичном бесщеточном двигателе электромагнитное поле, создаваемое постоянными магнитами, является вращающимся элементом двигателя и называется ротором. Вращающийся Магнитное поле создается несколькими электромагнитами, коммутируемыми с электронными переключателями (обычно транзисторами или полевыми транзисторами) в правильном порядке при правильной скорости. В бесщеточном двигателе хитрость заключается в том, чтобы узнать, когда переключить электрическую энергию в обмотках, чтобы сохранить вращательное движение. Обычно это достигается в бесщеточном двигателе с помощью некоторых средств обратной связи, предназначенных для индикации положения полюсов магнита на роторе относительно обмоток.А Устройство на эффекте Холла (HED) является широко используемым средством для обеспечения этой позиционной обратной связи. В некоторых приложениях бесщеточные двигатели коммутируются без датчиков или с использованием энкодера для обратной связи по положению. Бесщеточный двигатель часто используется, когда требуются высокая надежность, длительный срок службы и высокие скорости. Подшипники в бесщеточном двигателе обычно становятся единственными изнашиваемыми деталями. В приложениях, где требуются высокие скорости (обычно выше 30000 об / мин), бесщеточный двигатель считается лучший выбор (поскольку с увеличением скорости двигателя увеличивается износ щеток традиционных двигателей).Управление коммутацией бесщеточного двигателя может быть легко отделено и интегрировано в другую необходимую электронику, тем самым улучшая эффективное соотношение мощности к весу и / или мощности к объему. Бесщеточный двигатель (двигатель и контроллер коммутации) обычно будет стоить больше, чем щеточный, но стоимость часто может быть компенсирована другими преимуществами. Например, в приложениях, где требуется сложный контроль работы двигателя. В настоящее время бесщеточные двигатели используются во многих компьютерных приложениях, например, они вращают обычные вентиляторы ПК, жесткие диски и дисководы.
Иногда необходимо изменить направление вращения. В обычных двигателях с постоянными магнитами это вращение изменяется путем изменения полярности рабочей мощности (например, путем переключения с отрицательного источника питания на положительный или путем смены клемм питания, идущих к источнику питания). Это изменение направления обычно реализуется с помощью реле или схемы, называемой H-мостом. Есть некоторые типичные характеристики щеточных двигателей постоянного тока.
Когда двигатель постоянного тока подключен напрямую к батарее (без контроллера), он потребляет большой импульсный ток при подключении.Выброс возникает из-за того, что двигатель, когда он вращается, действует как генератор. Генерируемое напряжение прямо пропорционально скорости двигателя. Ток через двигатель регулируется разницей между напряжением батареи и генерируемым двигателем напряжением (иначе называемым обратной ЭДС). Когда двигатель впервые подключается к аккумуляторной батарее (без регулятор скорости мотора) обратной ЭДС нет. Таким образом, ток регулируется только напряжением батареи, сопротивлением двигателя (и индуктивностью) и проводами батареи.Таким образом, без обратной ЭДС двигатель, прежде чем он начнет вращаться, потребляет большой импульсный ток. Когда используется контроллер скорости двигателя, он изменяет напряжение, подаваемое на двигатель. Первоначально при нулевой скорости контроллер не будет подавать напряжение на двигатель, поэтому ток не течет. По мере увеличения выходного напряжения контроллера скорости двигателя, мотор начнет вращаться. Сначала напряжение, подаваемое на двигатель, небольшое, поэтому ток также невелик, и по мере увеличения напряжения контроллера скорости двигателя увеличивается и обратная ЭДС двигателя.В результате начальный выброс тока устраняется, ускорение становится плавным и полностью контролируемым.



В управлении скоростью двигателя постоянного тока нет ничего нового. Самый простой способ контролировать скорость вращения двигателя постоянного тока — это управлять его управляющим напряжением. Чем выше напряжение, тем более высокую скорость пытается достичь двигатель. Во многих приложениях простое регулирование напряжения приведет к значительным потерям мощности в цепи управления, поэтому во многих приложениях управления двигателями постоянного тока используется метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ).В основном методе широтно-импульсной модуляции (ШИМ) рабочая мощность двигателей равна включается и выключается, чтобы модулировать ток, подаваемый на двигатель. Отношение времени включения к времени выключения определяет скорость двигателя. При управлении ШИМ имейте в виду, что двигатель — это устройство с низким проходом. Причина в том, что двигатель в основном представляет собой большой индуктор. Он не способен передавать высокочастотную энергию и, следовательно, не будет хорошо работать с высокими частотами. Требуются достаточно низкие частоты, и тогда будут работать методы ШИМ.Более низкие частоты обычно лучше, чем более высокие частоты, но ШИМ перестает работать на слишком низкой частоте. Идея о том, что более низкая частота ШИМ работает лучше, просто отражает то, что цикл включения должен быть довольно широким, прежде чем двигатель будет потреблять какой-либо ток (из-за индуктивности двигателя). Более высокая частота ШИМ будет работать нормально, если вы повесите большой конденсатор на двигатель или закоротите двигатель в цикле выключения (например, мощность / тормозной импульс). Причина этого в том, что короткие импульсы не позволяют протекать большому току раньше. существование отрезать.Затем протекающий ток рассеивается в виде индуктивного удара — вероятно, в виде тепла через обратные диоды. Конденсатор интегрирует импульс и обеспечивает более длительный, но более низкий ток через двигатель после отключения драйвера. Индуктивного толчка тоже нет, так как ток не прерывается. Знание частоты спада нижних частот двигателя помогает определить оптимальную частоту для работы ШИМ. Попробуйте протестировать свой двигатель с квадратичным рабочим циклом используя переменную частоту, а затем наблюдайте за падением крутящего момента по мере увеличения частоты.Этот метод может помочь определить точку спада с точки зрения энергоэффективности.

Помимо щеточных двигателей постоянного тока, существует еще один тип двигателя постоянного тока: бесщеточный двигатель постоянного тока. Бесщеточные двигатели постоянного тока используют внешний силовой привод для коммутации неподвижной медной обмотки статора. Это изменяющееся поле статора заставляет вращаться ротор с постоянным магнитом. Бесщеточный двигатель с постоянными магнитами — самый эффективный. двигатель с точки зрения крутящего момента / веса или эффективности.Бесщеточные двигатели обычно являются самым дорогим типом двигателей. Бесщеточные двигатели постоянного тока с электронной коммутацией широко используются в качестве приводов для нагнетателей и вентиляторов, используемых в электронике, телекоммуникациях и промышленном оборудовании. Существует множество различных бесщеточных двигателей для различных областей применения. Некоторые из них предназначены для вращения с постоянной скоростью (те, что используются в дисковых накопителях), а скорость некоторых можно контролировать. изменяя подаваемое на них напряжение (обычно это двигатели, используемые в вентиляторах).Некоторые бесщеточные двигатели постоянного тока имеют встроенный тахометр, который выдает импульсы при вращении двигателя (это относится как к двигателям дисководов, так и к некоторым вентиляторам компьютеров). Как правило, пользователи выбирают электродвигатели постоянного тока щеточного типа, когда низкая стоимость системы является приоритетом, и бесщеточные электродвигатели для удовлетворения других требований (таких как работа без обслуживания, высокие скорости и взрывоопасные среды, где искрение может быть опасным). Тип кисти DC двигатели используются в очень многих устройствах с батарейным питанием. Бесщеточные двигатели постоянного тока обычно используются в таких приложениях, как вентиляторы с питанием от постоянного тока и двигатели вращения дисков.

Электрические двигатели постоянного тока Принцип работы и типы — Электротехника 123

Прежде всего, мы должны понять концепцию электрических двигателей постоянного тока, электродвигатель — это машина, которая преобразует электрическую энергию в механическую. Большинство электродвигателей работают за счет взаимодействия между магнитным полем электродвигателя и токами обмотки для создания силы внутри двигателя.В некоторых приложениях, таких как транспортная промышленность с тяговыми двигателями, электродвигатели могут работать как в двигательном, так и в генерирующем или тормозном режимах, чтобы также производить электрическую энергию из механической энергии.

Принцип работы двигателей постоянного тока

Когда токопроводящий проводник помещается в магнитное поле, он испытывает крутящий момент и имеет тенденцию двигаться. Это называется автомобильным движением. Если направление тока в проводе меняется на противоположное, направление вращения также меняется.Когда магнитное поле и электрическое поле взаимодействуют, они создают механическую силу, и на этом основан принцип работы двигателя постоянного тока.

Направление вращения электродвигателя постоянного тока задается правилом Флеминга для левой руки , которое гласит, что если указательный, средний и большой пальцы левой руки вытянуты взаимно перпендикулярно друг другу и если указательный палец палец представляет направление магнитного поля, средний палец указывает направление тока, затем большой палец представляет направление, в котором сила действует на вал двигателя постоянного тока.

В двигателе постоянного тока электрическая энергия подается на входной порт, и мы можем получать механическую энергию из выходного порта. Обратитесь к приведенной ниже блок-схеме, чтобы понять принцип двигателя постоянного тока .

Напряжение питания E и ток I подаются на электрический или входной порт, и мы получаем механический выходной сигнал, то есть крутящий момент T и скорость ω, из механического или выходного порта. Переменные входного и выходного порта двигателя постоянного тока связаны параметром K. ∴ T = K.I & E = K.ω

Типы двигателей постоянного тока

Мы можем классифицировать двигатели постоянного тока в зависимости от способа соединения якоря и обмотки возбуждения двигателя:

  1. Параллельный двигатель постоянного тока: Якорь и обмотка возбуждения соединены параллельно питающему напряжению. Эти двигатели представляют собой двигатели с постоянной скоростью, поэтому используются в приложениях, требующих постоянной скорости, например, в токарных станках, сверлильных станках, шлифовальных станках, нагнетателях и компрессорах и т. Д.
  2. Двигатель постоянного тока : В этом типе двигателя постоянного тока якорь и обмотки возбуждения соединены между собой. серии.Эти двигатели полезны в приложениях, где требуется высокий пусковой крутящий момент при быстром ускорении, например, тяговые механизмы, подъемники, подъемники, краны, прокатные станы и конвейеры и т. Д.
  3. Составные двигатели постоянного тока, которые далее классифицируются на соединения с коротким шунтом, соединение с длинным шунтом, кумулятивное соединение. , Дифференциально-накопительное соединение: Составной двигатель постоянного тока представляет собой комбинацию последовательного двигателя и параллельного двигателя. Он имеет последовательную обмотку возбуждения, которая соединена последовательно с якорем, и шунтирующее поле, которое параллельно якорю.Комбинация последовательной и параллельной обмоток позволяет двигателю иметь характеристики крутящего момента последовательного двигателя и характеристики регулируемой скорости параллельного двигателя. кумулятивные составные двигатели используются для различных применений, например, лифтов, прокатных станов, пуансонов, ножниц и строгальных станков и т. д.
Конструкция двигателей постоянного тока

Выходная мощность двигателя постоянного тока, т.е. преобразование электрической энергии в механическую энергию, по существу сводится к Наличие двух основных частей, необходимых для изготовления двигателей постоянного тока:

  1. Статор — Статическая часть, в которой размещены обмотки возбуждения и получает питание.
  2. Ротор — Вращающаяся часть, которая вызывает механическое вращение.

В дополнение к вышеупомянутым частям и, как показано на рисунке выше, приведен список других частей двигателя постоянного тока:

  • Ярмо двигателя постоянного тока
  • Полюса двигателя постоянного тока
  • Обмотка возбуждения двигателя постоянного тока.
  • Обмотка якоря двигателя постоянного тока
  • Коммутатор двигателя постоянного тока
  • Щетки двигателя постоянного тока

Как уже упоминалось выше, для электродвигателей постоянного тока возможны три типа электрических соединений между статором и ротором i.е. последовательный, шунтирующий / параллельный и составной.

Уравнение напряжения и мощности двигателя постоянного тока

Уравнение напряжения и мощности двигателя постоянного тока
Управление скоростью двигателей постоянного тока

Уравнение скорости двигателя постоянного тока: ?? / ∅ ∝ (? — ????) / ∅

Но сопротивление обмотки якоря или последовательной обмотки возбуждения в двигателе постоянного тока невелико. Поэтому падение напряжения ???? или ?? (?? +??) через них будет незначительным по сравнению с напряжением внешнего источника питания V в приведенном выше уравнении.

Следовательно? ∝? / ∅, т.к. V >>>> ???? поэтому мы можем сказать, что

  1. Скорость обратно пропорциональна потоку ∅.
  2. Скорость прямо пропорциональна напряжению якоря.
  3. Скорость прямо пропорциональна приложенному напряжению V.

Таким образом, изменяя один из вышеупомянутых параметров, можно изменить скорость двигателя постоянного тока .

Credit 1, 2

Принцип работы двигателя постоянного тока

Принцип работы электрического двигателя постоянного тока:

На рисунке ниже показан электродвигатель постоянного тока.Хотите узнать , что такое электрический двигатель постоянного тока . Это электрическая машина, которая преобразует электрическую энергию в механическую. Эти электрические двигатели постоянного тока могут работать, подавая как переменный, так и постоянный ток.


  • Он имеет входные и выходные клеммы. Входные клеммы подключены к электрическому току, а механическая энергия собирается с выходных клемм.
  • Он работает по принципу из законов электромагнитной индукции Фарадея .

    Внутренние части электродвигателя показаны ниже на рисунке:

      Принцип работы электродвигателя постоянного тока:

      Машина, преобразующая постоянный ток. мощность в механическую мощность известна как d.c.

      мотор . Его работа основана на принципе , что при наличии тока

      проводник помещен в магнитное поле, на проводник действует механическая сила. Направление этой силы задается правилом левой руки Флеминга , а величина определяется как;

      F = млрд ньютонов

      В принципе, конструктивной разницы между d.c. двигатель и постоянный ток. генератор . То же d.c. Машина может работать как генератор или двигатель. Принцип работы двигателя постоянного тока можно объяснить с помощью правила левой руки Флеминга.

      Правило левой руки Флеминга:
      • Согласно правилу левой руки Флеминга , если проводник с током помещен в магнитное поле, то на него действует сила, перпендикулярная магнитному полю и направлению тока.
      • Если мы протянем большой, указательный и средний пальцы левой руки перпендикулярно, и если указательный палец представляет направление магнитного поля, а средний палец представляет направление тока, то большой палец представляет направление силы, которую испытывает проводник с током.

      Работа двигателя постоянного тока:

      Рассмотрим часть многополюсной цепи постоянного тока . двигатель , как показано на рисунке ниже. Когда клеммы двигателя подключены к внешнему источнику d.c. предложение:

      (i) полевые магниты возбуждаются, образуя чередующиеся полюса N и S;

      (ii) по проводникам якоря течет ток. Все проводники под N-полюсом

      переносят токи в одном направлении, в то время как все проводники под S-полюсом

      переносят токи в обратном направлении.

      Предположим, что проводники под N-полюсом переносят токи в плоскость бумаги, а проводники под S-полюсом переносят токи из плоскости бумаги, как показано на рисунке выше.Поскольку каждый проводник якоря проводит ток и находится в магнитном поле, на него действует механическая сила. Ссылаясь на приведенный выше рисунок и применяя правило левой руки Флеминга , становится ясно, что сила, действующая на каждый проводник, имеет тенденцию вращать арматуру против часовой стрелки. Все эти силы в сумме создают крутящий момент, который приводит во вращение якорь и .

      Когда проводник перемещается от одной стороны щетки к другой, ток в этом проводнике меняется на противоположный, и в то же время он попадает под влияние следующего полюса, имеющего противоположную полярность.Следовательно, направление силы на проводник остается прежним.
      Наличие коммутатора будет давать однонаправленный крутящий момент. Если его нет, то движение (сила) проводника менялось бы каждый раз при изменении направления магнитного поля. Это , как работает двигатель постоянного тока .

      .

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *