Машины постоянного тока

Просмотр содержимого документа
«Машины постоянного тока»

Машины постоянного тока

Электрические машины постоянного тока

• преобразуют механическую энергию в электрическую;
• для работы генератора, его ротор (вал) надо вращать каким-либо двигателем;

• преобразуют электрическую энергию в механическую;
• для работы двигателя его подключают к источнику энергии

Машины постоянного тока

Любая машина постоянного тока может работать как в режиме генератора , так и в режиме двигателя

Принцип действия генератора постоянного тока

• Простейшим генератором является виток, вращающийся между полюсами магнита
• Принцип действия

основан на явлении

электромагнитной

индукции

Принцип действия генератора постоянного тока

• При вращении витка с некоторой частотой его стороны пересекают магнитный поток Ф и в каждом проводнике индуцируется э. д. с.  Е

Принцип действия двигателя постоянного тока

• Простейший электродвигатель –виток с током, размещенный в магнитном поле.
• Действие двигателя

основано на

законе Ампера

Принцип действия двигателя постоянного тока

• Если подключить виток к источнику электрической энергии, то по каждому его проводнику начнет проходить электрический ток.
• Этот ток, взаимодействуя с магнитным полем полюсов, создает электромагнитные силы F.

Устройство машин постоянного тока

1 – корпус ( станина )

2 – статор ( индуктор )

На явно выраженных полюсах статора (главные полюса) расположена обмотка возбуждения , по которой проходит постоянный ток I в

3 – ротор ( якорь )

4 — обмотка якоря , в которой при вращении ротора индуцируется э. д. с.

Устройство машин постоянного тока

• Эта э. д. с. снимается с обмотки якоря при помощи скользящего контакта – щеток (5), включенных между обмоткой и внешней цепью.
• Иногда к основным полюсам добавляют дополнительные полюса

Устройство машин постоянного тока

• Для преобразования переменного тока в постоянный применяют коллектор .

Устройство машин постоянного тока

Принцип его действия состоит в следующем:

• Концы витка присоединяют к двум медным полукольцам ( коллекторным пластинам ).
• Их укрепляют на валу машины и изолируют друг от друга
• На пластинах помещаются неподвижные щетки , отдающие электрическую энергию потребителю.

Устройство машин постоянного тока

• При вращении витка коллекторные пластины вращаются вместе с валом машины так, что каждая щетка соприкасается то с одной, то с другой пластиной.
• Щетки на коллекторе устанавливаются так, чтобы они переходили с одной пластины на другую в тот момент, когда ЭДС в витке была ровна нулю.

Устройство машин постоянного тока

Устройство машин постоянного тока

• Напряжение и ток при этом получаются постоянными по направлению, но переменными по значению.
• Такой ток и напряжение называют 

пульсирующими .

Устройство машин постоянного тока

• Для сглаживания пульсации в обмотке якоря увеличивают число витков и соответственно число коллекторных пластин.

Устройство машин постоянного тока

• Для лучшего использования обмотки якоря отдельные витки соединяют друг с другом последовательно.

• К каждой коллекторной пластине присоединяют конец предыдущего и начало, следующего витка.

Устройство машин постоянного тока

• Сердечник якоря набирается из листов электротехнической стали, на внешней

поверхности которых выштампованы пазы.

• В пазы сердечника укладываются секции из медного провода. Концы секций, которые выводятся на коллектор и припаиваются к его пластинам, образуют замкнутую обмотку якоря.

Обмотка якоря

• Петлевая — концы каждой секции присоединены к двум рядом лежащим коллекторным пластинам. Начало каждой последующей секции соединяют с концом предыдущей.

• Волновая — получается последовательным соединением секций, находящихся под разными парами полюсов.

Обмотка якоря

• Петлевая — в се секции укладываются в пазы за один оборот якоря.
• при числе полюсов больше двух (6, 8 и т.д.) число параллельных ветвей и щеток равно числу полюсов.

• Волновая –
• число параллельных ветвей и щеток вне зависимости от числа полюсов равно двум.

Машины постоянного тока

Типы машин постоянного тока и их применение

Определение 1

Машина постоянного тока — это машина, используемая для превращения механической энергии в электрическую (генератор) или для обратного превращения (двигатель).

Машины постоянного тока подразделяют по следующим критериям:

1. По расположению вала. По данному критерию машины постоянного тока могут быть вертикальные и горизонтальные.
2. По наличию коммутации. По данному критерию машины постоянного тока могут быть без коммутации (униполярный электрический двигатель или генератор).
3. По мощности. По данному критерию машины постоянного тока могут быть большой (более 200 кВт), средней (от 10 до 200 кВт), малой (от 0,5 до 10кВт) мощности, а также микромашины (до 0,5 кВт).
4. По типу переключателей тока. По данному критерию машины постоянного тока могут быть с бесколлекторными переключателями тока (вентильный электрический двигатель) или с коллекторными переключателями тока (машины постоянного тока с щеточно-коллекторным переключателем).
5. По числу оборотов в минуту. По данному критерию машины постоянного тока могут быть тихоходные (до 300 оборотов), сверхбыстроходные (более 6000 оборотов), средней быстроходности (от 300 до 1500 оборотов) и быстроходные (от 1500 до 6000 оборотов).

Электрические двигатели постоянного тока получили широкое распространение в самых разнообразных отраслях промышленности, что объясняется следующими их преимуществами:

1. Возможность плавного регулирования частоты вращения.
2. Высокие тормозные, пусковые и перегрузочные моменты.
3. Относительно высокое быстродействие.

Электрические двигатели постоянного тока применяются для приводов разнообразных механизмов и станков, мощность данных двигателей может достигать сотни киловатт. В последнее время значительно расширилась область применения двигателей постоянного тока с малой мощностью из-за увеличения степени автоматизации технологических процессов. Генераторы, в отличии от электрических двигателей, используются реже, так как проигрывают конкуренцию полупроводниковым и ионным преобразователям.

Генераторы и электродвигатели составляют значительную часть электрического оборудования летательных аппаратов, в котором генераторы применяются, как источники питания, а электрические двигатели для привода различных механизмов. Электрические двигатели постоянного тока также нашли применение в электрической тяге в приводах металлорежущих станков и подъемных механизмов. Используются они и для привода прокатных станков, а также для вращения гребных винтов на судах. Генераторы постоянного тока являются источниками питания для промышленных установок, которые потребляют ток низкого напряжения Объем выпуска машин постоянного тока на территории Российской Федерации гораздо ниже объема выпуска машин переменного тока, так цена первых очень высока.

Готовые работы на аналогичную тему

Конструкция машин постоянного тока. Принцип действия машин постоянного тока, режимы их работы

На рисунке ниже представлена схема конструкции типичной машины постоянного тока.

Рисунок 1. Схема конструкции типичной машины постоянного тока. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Машина постоянного тока может функционировать в двух режимах: генераторном или двигательном. Режим работы зависит от того, какую энергию подвести к машине. В случае, если подведена электрическая энергия, то машина постоянного тока будет функционировать в режиме электрического двигателя, а если к ней подведена механическая энергия, то в режиме генератора. Как правило, выпускаемые производителем машины постоянного тока предназначены только для одного режима работы.

Электродвигатель электрического тока стоят практически в каждом автомобиле. Он ответственен за работу стартера, вентилятора отопления, электрического привода стеклоочистителя. Роль индуктора играет статор, на котором находится обмотка. На эту обмотку подается постоянный ток, из-за чего вокруг нее образуется постоянное магнитное поле. Обмотка ротора состоит из проводников, питание которых осуществляется через коллектор. В результате чего на них воздействует пара сил Ампера, связывающие вращающий момент. Направление этих сил определяется по закону «левой руки». Вращающий момент способен повернуть ротор только на 180 градусов, что приведет к его остановке. Для предотвращения такой ситуации используется щеточно-коллекторный узел, играющий роль датчика положения ротора и переключателя полюсов.

Определение 2

Индуктор — это прибор, используемый для возбуждения электричества при помощи земного магнетизма.

Роль индуктора в генераторе тоже исполняет статор, который создает магнитное поле между полюсами. Во время вращения ротора в проводниках обмотки якоря наводится электродвижущая сила (закон электромагнитной индукции). Переменная электродвижущая сила якоря выпрямляется при помощи коллектора (через неподвижные щетки). На автомобилях генераторы постоянного тока стояли до 70-х годов прошлого века, затем большой популярностью начали пользоваться генераторы переменного трехфазного тока, которые в итоге их заменили.

Конструкция машин постоянного тока

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МАШИНАХ ПОСТОЯННОГО ТОКА

 

Роль и значение машин постоянного тока

 

В настоящее время преимущественное распространение имеют сети переменного тока, поэтому в промышленности находят применение главным образом машины переменного тока. Вместе с тем широко используются и машины постоянного тока, несмотря на то, что стоимость их выше, чем машин переменного тока. Это объясняется тем, что обладают лучшими эксплуатационными характеристиками в отношении регулирования частоты вращения, пуска, реверса и допускают более высокие перегрузки по сравнению с машинами переменного тока.

В настоящее время машины постоянного тока изготавливаются на мощности от долей ватт до 12 МВт. Номинальное напряжение их не превышает 1500 В и только для крупных машин доходит до 3000 В. Частота вращения машин колеблется в широких пределах — от нескольких оборотов до нескольких тысяч оборотов в минуту.

Наиболее широкое применение нашли машины постоянного тока с механическим коммутатором — коллектором. Коллектор осложняет условия работы машины, но опыт эксплуатации в самых тяжелых условиях работы показал, что правильно спроектированная и качественно изготовленная машина постоянного тока является не менее надёжной, чем более простые по конструкции машины переменного тока.

 

Принцип работы машин постоянного тока

 

На рис. 1.1 схематично изображен поперечный разрез машины постоянного тока. На неподвижной части машины (статоре)размещаются стальные полюсы П с надетыми на них катушками обмотки возбуждения В.

Рис. 1.1. Поперечный разрез машины постоянного тока с кольцевой обмоткой якоря

 

Катушки соединяются между собой так, чтобы при прохождении по обмотке постоянного тока полюсы приобретали чередующуюся полярность N, S, N, S и т.д.). Магнитный поток Ф, создаваемый обмоткой возбуждения, неизменен во времени и замыкается так, как показано на рис. 1.1 штриховыми линиями.

На вращающейся части машины располагается обмотка О, в которой индуцируется основная ЭДС, поэтому в машинах постоянного тока вращающуюся часть называют якорем.

Обмотка располагается на стальном сердечнике, закреплённом на валу. Предположим, что сердечник выполнен в виде полого цилиндра, на внешней и внутренней поверхностях которого размещаются проводники. С торцевых сторон эти проводники соединяются между собой, образуя замкнутый контур. Сплошные линии показывают соединения проводников с переднего торца сердечника, а штрихпунктирные — с заднего.

Изображенные на рис. 1.1 сердечник и обмотка называются кольцевыми. В настоящее время они не имеют практического применения, но их часто используют при анализе рабочих свойств машины, благодаря чему этот анализ приобретает большую наглядность.

От обмотки якоря выполняются ответвления к пластинам коллектора. Коллектор К располагается на валу якоря и представляет собой цилиндрическое тело, состоящее из электрически изолированных между собой медных пластин. Часть обмотки, заключенная между следующими друг за другом ответвлениями к коллекторным пластинам, называется секцией. Обмотка имеет большое число секций, каждая из которых состоит из одного или нескольких витков. Число коллекторных пластин равно числу секций. На рис. 1.1 обмотка состоит из 12 одновитковых секций, а коллектор имеет 12 пластин.

При вращении якоря в проводниках его обмотки индуцируется ЭДС, направление которой определяется по правилу правой руки. В кольцевой обмотке ЭДС будет индуцироваться только в проводниках, расположенных на внешней поверхности сердечника. В проводниках, лежащих на внутренней поверхности, ЭДС не наводится, так как эти проводники не пересекают индукционных линий магнитного поля.

В обмотке якоря машины постоянного тока наводится переменная ЭДС, так как каждый проводник проходит полюсы разной полярности, вследствие чего ЭДС в них меняет свое направление. Если машина работает генератором, то переменная ЭДС обмотки должна выпрямлена. Достигается это с помощью коллектора. С коллектором соприкасаются неподвижные щетки Щ,посредством которых обмотка якоря соединяется с внешней цепью. Для того чтобы ЭДС на выводах машины была максимальна, щетки следует установить в тех местах, где ЭДС, наводимая в проводниках, меняет направление. Это происходит под серединой междуполюсного промежутка. Воображаемая линия, проведенная через середину межполюсного промежутка, называется геометрической нейтралью ГН. Следовательно, в машинах постоянного тока щетки должны быть установленына геометрической нейтрали. Поскольку число нейтралей равно числу полюсов, то и число мест, где устанавливаются щетки, выбирается равным числу полюсов.

Для момента времени, изображенного на рис. 1.1, между парой соседних щеток включены проводники обмотки якоря с одинаковым направлением ЭДС. Поэтому щётки, соприкасающиеся с определенными коллекторными пластинами, будут иметь указанную полярность.

При вращении якоря расположение проводников и коллекторных пластин в пространстве будет меняться, при этом будет изменяться направление ЭДС, индуцируемой в проводниках.Но всегда между коллекторными пластинами, с которыми соприкасаются неподвижные щетки, будут располагаться проводники с одинаковым направлением ЭДС, и щётки всегда будут иметь определенную полярность. Полярность соседних щеток, как и полярность полюсов, будет чередующейся. Щетки одноименной полярности соединяются между собой, а к их общим точкам подключается внешняя сеть. При наличии коллектора во внешней сети генератора будет протекать постоянный ток, в то время как в обмотке якоря ЭДС и ток будут переменными.

В двигателях постоянного тока к щеткам подводится постоянный ток. Роль коллектора в этом случае состоит в том, чтобы в любой момент времени обеспечить такое распределение тока по обмотке якоря, при котором под полюсами разной полярности располагались бы проводники с противоположным направлением тока. Для определенного момента времени такому распределению тока в якоре соответствует рис. 1.1, если принять на нем, что крестиками и точками обозначены направления тока. При таком распределении тока электромагнитные силы всех проводников направлены в одну сторону, в чем можно убедиться, применив правило левой руки. В результате этого при прочих равных условиях двигатель будет создавать наибольший вращающий момент.

По отношению к выводам сети обмотка якоря разбивается на параллельные ветви. Параллельной ветвью называют группу последовательно соединенных проводников, включённых между щетками разной полярности. В данной машине обмотка имеет четыре параллельные ветви. Ее развёртка по отношению к выводам сети показана на рис. 1.2. ЭДС на выводах машины будет равна ЭДС одной параллельной ветви, а ток в сети равен сумме токов параллельных ветвей.

Рис. 1.2. Параллельные ветви обмотки якоря

 

В замкнутом контуре самой обмотки якоря машины постоянного тока сумма ЭДС равна нулю (см. рис. 1.1) поэтому при разомкнутой внешней цепи ток в обмотке возникать не будет.

 

 

Конструкция машин постоянного тока

 

Рассмотрим конструктивную схему машин постоянного тока. Неподвижную часть машины постоянного тока называют статором, вращающуюся часть — якорем (рис. 1.3).

 

Рис. 1.3. Устройство машины постоянного тока:

Коллектор; 2 – щётки; 3 – сердечник якоря; 4 – сердечник полюса; 5 – катушка возбуждения; 6 – станина; 7,12 – подшипниковые щиты; 8 – вентилятор; 9 – обмотка якоря; 10 – вал; 11 – лапы

 

Статор состоит из станины 6 и главных полюсов 4. Станина служит для крепления полюсов и подшипниковых щитов и является частью магнитопровода, так как через нее замыкается магнитный поток машины. Станину изготовляют из стали — материала, обладающего достаточной механической прочностью и большой магнитной проницаемостью. В нижней части станины имеются лапы 11 для крепления машины к фундаментной плите, а по окружности станины расположены отверстия для крепления сердечников главных полюсов 4. Обычно станину делают цельной из стальной трубы либо сварной из листовой стали.

Главные полюсы предназначены для создания в машине магнитного поля возбуждения. Главный полюс состоит из сердечника 4 и полюсной катушки 5. Со стороны, обращенной к якорю сердечник полюса имеет полюсный наконечник, который обеспечивает необходимое распределение магнитной индукции в зазоре ^{машины. Сердечники главных полюсов делают шихтованными излистовой электротехнической стали толщиной 1 — 2 мм.}

Рис. 1.4. Главные полюсы с полюсными катушками:

1 — станина; 2 — сердечник полюса; 3 — полюсная катушка

 

Якорь машины постоянного тока (см. рис. 1.3) состоит из вала 10, сердечника 3 с обмоткой и коллектора 1. Сердечник якоря имеет шихтованную конструкцию и набирается из штампованных пластин тонколистовой электротехнической стали. Листы покрывают изоляционным лаком и собирают в пакет. Готовый сердечник напрессовывают на вал якоря. Такая конструкция сердечника якоря позволяет значительно ослабить в нем вихревые токи, возникающие в результате его перемагничивания в процессе вращения в магнитном поле. На поверхности сердечника якоря имеются продольные пазы, в которые укладывают обмотку якоря. Укладка обмотки в пазы обеспечивает надежное ее закрепление на вращающемся якоре и уменьшает воздушный зазор. Форму пазов выбирают овальной полузакрытой для машин небольшой мощности и прямоугольной открытой для машин средней и большой мощности. Обмотку выполняют из медного провода круглого или прямоугольного сечения. Между стенками паза и проводниками обмотки укладывают изоляцию (пазовая изоляция) (рис. 1.5).

Пазы якоря после заполнения их проводами обмотки обычно закрывают клиньями (текстолитовыми или гетинаксовыми). В некоторых машинах пазы не закрывают клиньями, накладывают на поверхность якоря бандаж из проволоки или стеклоленты с предварительным натягом. Лобовые части 9 обмотки якоря крепят к обмоткодержателям бандажом.

 

Рис. 1.5. Пазы машин постоянного тока:

а – овальный; б – прямоугольный; 1 – проводники; 2 – изоляция;

Клин

 

Коллектор 1 состоит из большого числа электрически изолированных друг от друга пластин, которые штампуют из меди. Пластины собраны таким образом, что коллектор приобретает цилиндрическую форму. На рис. 1.6показана конструкция коллектора с конусными шайбами. Нижняя часть коллекторных пластин 6 имеет форму «ласточкина хвоста». После сборки коллектора эти части пластин оказываются зажатыми между стальными шайбами 1 и 3, изолированными от медных пластин миканитовыми (прессованная слюда) манжетами 4. Конусные шайбы стянуты винтами 2. Между медными пластинами расположены миканитовые изоляционные прокладки. Верхняя часть 5 коллекторных пластин (см. рис. 1.6), называемая петушком, имеет узкий продольный паз, в который закладывают проводники обмотки якоря и тщательно припаивают.

Рис. 1.6. Устройство коллектора с конусными шайбами:

Узнать еще:

Тема: «Электрические машины постоянного тока»

по дисциплине «Электрические машины»

Выполнил:

студент группы

Нечаев И.В.

Шифр: ЭЭ-15-005

Проверил:

Преподаватель

Князев О.А.

Новосибирск

Г.

Расчетно-пояснительная записка

1. Введение. Цель курсового проекта. 3

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

3. Задача 1. Построение схемы обмотки якоря. 10

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

5. Построение скоростной характеристики двигателя постоянного тока. 23

6. Заключение. 26

7. Список используемой литературы. 27

Введение. Цель курсового проекта.

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

Работа над курсовым проектом преследует цели практического закрепления лекционного материала.

Описание конструкции и принципы действия машин постоянного тока.

Устройство статора

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

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

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

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

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

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

Устройство якоря

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

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

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

Рис. 1.3

Принцип действия генератора.

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

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

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

Принцип действия двигателя.

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

Рис. 1.5

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

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

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

Презентация к уроку по теме «Машины постоянного тока»

Презентация содержит информацию по устройству и принципу действия машины постоянного тока; отличия генератора от двигателя; схему выпрямления тока коллекторным узлом; виды обмоток якоря.

Может использоваться как в школе в 10-11 классов в качестве иллюстрации применения явления электромагнитной индукции, так и в начально- и среднепрофессиональном образовании.

Просмотр содержимого документа
«Презентация к уроку по теме «Машины постоянного тока» »

Машины постоянного тока

Электрические машины постоянного тока

• преобразуют механическую энергию в электрическую;
• для работы генератора, его ротор (вал) надо вращать каким-либо двигателем;

• преобразуют электрическую энергию в механическую;
• для работы двигателя его подключают к источнику энергии

Машины постоянного тока

Любая машина постоянного тока может работать как в режиме генератора , так и в режиме двигателя

Принцип действия генератора постоянного тока

• Простейшим генератором является виток, вращающийся между полюсами магнита
• Принцип действия

основан на явлении

электромагнитной

индукции

Принцип действия генератора постоянного тока

• При вращении витка с некоторой частотой его стороны пересекают магнитный поток Ф и в каждом проводнике индуцируется э. д. с.  Е

Принцип действия двигателя постоянного тока

• Простейший электродвигатель -виток, который вращается в магнитном поле.
• Действие двигателя

основано на

законе Ампера

Принцип действия двигателя постоянного тока

• Если подключить виток к источнику электрической энергии, то по каждому его проводнику начнет проходить электрический ток.
• Этот ток, взаимодействуя с магнитным полем полюсов, создает электромагнитные силы F.

Принцип действия двигателя постоянного тока

• При выбранном направлении тока на проводник, расположенный под южным полюсом, будет действовать сила F, направленная вправо (по правилу левой руки), а на проводник, лежащий под северным полюсом,— сила F, направленная влево.

Устройство машин постоянного тока

1 – корпус ( станина )

2 – статор ( индуктор )

• На явно выраженных полюсах статора (главные полюса) расположена обмотка возбуждения , по которой проходит постоянный ток I в

3 – ротор ( якорь )

4 — обмотка якоря , в которой при вращении ротора индуцируется э. д. с.

Устройство машин постоянного тока

• Эта э. д. с. снимается с обмотки якоря при помощи скользящего контакта – щеток (5), включенных между обмоткой и внешней цепью.
• Иногда к основным полюсам добавляют дополнительные полюса

Устройство машин постоянного тока

• Для преобразования переменного тока в постоянный применяют коллектор .

Устройство машин постоянного тока

Принцип его действия состоит в следующем:

• Концы витка присоединяют к двум медным полукольцам ( коллекторным пластинам ).
• Их укрепляют на валу машины и изолируют друг от друга
• На пластинах помещаются неподвижные щетки , отдающие электрическую энергию потребителю.

Устройство машин постоянного тока

• При вращении витка коллекторные пластины вращаются вместе с валом машины так, что каждая щетка соприкасается то с одной, то с другой пластиной.
• Щетки на коллекторе устанавливаются так, чтобы они переходили с одной пластины на другую в тот момент, когда ЭДС в витке была ровна нулю.

Устройство машин постоянного тока

Устройство машин постоянного тока

• Напряжение и ток при этом получаются постоянными по направлению, но переменными по значению.
• Такой ток и напряжение называют 

пульсирующими .

Устройство машин постоянного тока

• Для сглаживания пульсации в обмотке якоря увеличивают число витков и соответственно число коллекторных пластин.

Устройство машин постоянного тока

• Для лучшего использования обмотки якоря отдельные витки соединяют друг с другом последовательно.

• К каждой коллекторной пластине присоединяют конец предыдущего и начало, следующего витка.

Устройство машин постоянного тока

• При вращении якоря между любыми двумя точками такой обмотки действует переменная э. д. с. Однако во внешней цепи между неподвижными щетками действует постоянная по направлению и значению э. д. с. Е
• Следовательно, коллектор работает в качестве механического выпрямителя .
• Чем больше витков в обмотке якоря и коллекторных пластин, тем меньше пульсируют э. д. с. и ток. Полностью освободиться от пульсации невозможно.

Устройство машин постоянного тока

• Электрический контакт с коллектором осуществляется посредством щеток , установленных в щеткодержателях.
• Все щеткодержатели одной полярности соединены между собой медными шинами, подключенными к выводам машины.
• Количество щеточных комплектов соответствует числу главных полюсов.
• Щетки располагают на коллекторе по оси главных полюсов

Устройство машин постоянного тока

• Сердечник якоря набирается из листов электротехнической стали, на внешней

поверхности которых выштампованы пазы.

• В пазы сердечника укладываются секции из медного провода. Концы секций, которые выводятся на коллектор и припаиваются к его пластинам, образуют замкнутую обмотку якоря.

Обмотка якоря

• Петлевая — концы каждой секции присоединены к двум рядом лежащим коллекторным пластинам. Начало каждой последующей секции соединяют с концом предыдущей.

• Волновая — получается последовательным соединением секций, находящихся под разными парами полюсов.

Обмотка якоря

• Петлевая — в се секции укладываются в пазы за один оборот якоря.
• при числе полюсов больше двух (6, 8 и т.д.) число параллельных ветвей и щеток равно числу полюсов.

• Волновая –
• число параллельных ветвей и щеток вне зависимости от числа полюсов равно двум.

СТРОИТЕЛЬСТВО И РАБОТА МАШИНЫ постоянного тока

Машина постоянного тока может использоваться как двигатель постоянного тока, а также как генератор постоянного тока. Оба типа конструкции одинаковы, но работают по-разному.

КОНСТРУКЦИЯ МАШИНЫ постоянного тока

На приведенном ниже рисунке показана конструкция 4-полюсной машины постоянного тока.

4-ПОЛЮСНЫЙ МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Основные части машины постоянного тока обсуждаются ниже:

ХОМУ

Также называется Frame.Основная функция вилки — защита внутренних частей машины от любых механических травм, пыли или влаги. Он обеспечивает механическую опору для машины. Он также обеспечивает прохождение магнитного потока, создаваемого полюсами.

Для небольших машин ярмо изготовлено из чугуна, а для больших машин — из сварной стали.

ПОЛЮС И ОБУВЬ

Полюс машины постоянного тока подобен электромагниту. На него помещена обмотка возбуждения, создающая магнитный поток.Столбы состоят из склепанных между собой тонких чугунных пластин.

Назначение полюсного башмака — увеличить площадь поперечного сечения, чтобы уменьшить сопротивление магнитного пути. Он более равномерно распределяет магнитный поток в воздушном зазоре.

ПОЛЕВАЯ ОБМОТКА

Назначение обмотки возбуждения — создание магнитного потока при прохождении через нее электрического тока. Он размещается на опоре и к нему подключается небольшой источник постоянного тока. Материал, используемый для полевой обмотки — эмалированный медный провод.

АРМАТУРА

Якорь представляет собой вращающуюся часть машины и имеет цилиндрическую форму. Он состоит из тонких пластин из кремнистой стали круглой формы, склепанных вместе. Тонкое ламинирование используется для уменьшения потерь на вихревые токи.

На внешней периферии / окружности якоря предусмотрены прорези для размещения обмотки якоря.

АРМАТУРА ОБМОТКА

Они помещаются в слоты на арматуре. Состоит из эмалированного медного провода и имеет много витков.Когда якорь вращается, он также будет вращаться, и в этой обмотке индуцируется ЭДС.

КОММУТАТОР

Он установлен на том же валу, что и якорь. Его функция заключается в соединении вращающейся обмотки якоря с неподвижной внешней цепью с помощью щеток, а также в обеспечении однонаправленного крутящего момента в случае двигателя постоянного тока.

Коммутатор имеет цилиндрическую форму и состоит из жестко вытянутых медных сегментов. Эти сегменты изолированы друг от друга тонким листом слюды.

ЩЕТКИ

Щетки помещаются и прижимаются к коммутатору и образуют связующее звено между обмоткой якоря и внешней цепью. Щетки изготовлены из высококачественного угля и помещаются в определенное положение вокруг коллектора с помощью держателя щетки.

РАБОТА МАШИНЫ постоянного тока

Как мы уже говорили ранее, с точки зрения конструкции двигатель постоянного тока и генератор постоянного тока одинаковы, но принцип работы обоих сильно различается.

РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Двигатель постоянного тока преобразует электрическую энергию (в постоянном токе) в механическую энергию.Работа двигателя постоянного тока основана на том факте, что , когда проводник с током помещается в магнитное поле, он испытывает механическую силу, направление которой задается «правилом левой руки Флеминга», а величина этой силы определяется выражением:

F = B * I * L

где, F = Сила, испытываемая проводником.

B = Плотность потока

I = величина тока, переносимого проводником

L = длина проводника

РАБОТА ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Генератор постоянного тока преобразует механическую энергию в электрическую (в постоянном токе).Его принцип работы — закон электромагнитной индукции Фарадея, который гласит, что всякий раз, когда проводник помещается в изменяющееся магнитное поле (или проводник перемещается в магнитном поле) , в нем индуцируется ЭДС. Если цепь проводника замкнута, то по нему тоже начинает течь ток. Направление индуцированного тока можно определить с помощью правила правой руки Флеминга.

(PDF) Анализ принципов работы машины постоянного тока

Jour of Adv Research in Dynamical & Control Systems, Vol.10, специальный выпуск 02, 2018 г.

2323

* Автор для переписки: д-р Сеттар С. Керем, идентификатор электронной почты: [email protected]

История статьи: Поступила: 15 августа 2018 г. 10 сентября 2018 г. Принято: 4 октября 2018 г.

Анализ принципов работы

Dc Machine

Д-р Сеттар С. Керем * 1, Халид Г. Мохаммед2, Майяда Сахиб Ибрагим3

1 Департамент инженерной электротехники колледж, Университет Анбара, Ирак,

сеттар[email protected]

2 Кафедра науки, Университет Диялы, [email protected]

3 Кафедра электроэнергии и машин, инженерный колледж Университета Диялы,

Eng.mayyadah@engineering .uodiyala.edu.iq

Аннотация: Машины постоянного тока стали серьезной проблемой в последние годы. В этой статье объясняется простейший принцип работы двигателя и генератора постоянного тока

. Разработанный анализ генерации напряжения и крутящего момента

представляет собой попытку от одного проводника к целым проводникам якоря.Для сохранения энергии и мощности требуется

, чтобы мощность, подаваемая в схему, должна была откуда-то поступать; в генерирующей катушке якоря, это происходит от

механической стороны, в то время как сохранение энергии и мощности требует, чтобы мощность, подаваемая на элемент эдс

, должна была куда-то уходить; в моторной катушке он идет на механическую сторону

Ключевые слова: двигатель постоянного тока, генератор постоянного тока, машина.

1. Введение

Существует множество схем подключения обмотки возбуждения.Машины постоянного тока включают в себя двигатели постоянного тока

и генератор постоянного тока в обоих случаях, работа машины основана на двух фундаментальных электромагнитных взаимодействиях

; в проводнике, движущемся в магнитном поле, будет индуцированная электродвижущая сила, а на проводнике

, несущем ток и лежащем в магнитном поле, будет развиваться механическая сила. В этой статье

объясняются эти принципы и объясняется, как устроены машины постоянного тока для их использования.

Характеристики электромобиля при работе машины BLDC мощностью 5 кВт представлены в виде токовых и

крутящих характеристик [1]. Авторы разработали машину постоянного тока с помощью источника постоянного тока для определения

индуктивности в машине постоянного тока, устраняющей некоторые трудности, связанные с традиционными методами с использованием источника переменного тока

. В частности, это позволяет обмотке возбуждения выдерживать номинальный постоянный ток. Этим методом была подтверждена возможность измерения индуктивности

в машине постоянного тока и обеспечения ее тока возбуждения, достаточного для обеспечения магнитного насыщения

, так что магнитный поток может быть зарезервирован таким же, как подаваемый поток для работающей машины постоянного тока.

[2].

Методика управления стабильностью напряжения на шине постоянного тока преобразователя накопителя энергии с характеристиками машины постоянного тока

была принята в [3]. В этом методе связь с виртуальной машиной постоянного тока (VDCM) была добавлена ​​к традиционному контроллеру постоянного напряжения с двойным замкнутым контуром

. Кроме того, мы проанализировали принцип работы метода управления

и стабильность слабого сигнала. Эффект от метода управления до и после добавления VDCM составил

по сравнению с построением имитационной модели и маломощной экспериментальной платформы для микросети постоянного тока с фотоэлектрическими элементами и накопителями энергии

.Результаты моделирования и экспериментов показывают, что метод управления после добавления

В постоянного тока имеет инерционные и демпфирующие характеристики машины постоянного тока, которые могут эффективно буферизовать и подавлять

влияния колебаний мощности на напряжение шины постоянного тока и улучшать стабильность напряжения шины постоянного тока.

Машина постоянного тока для преобразования в электрическую структуру может содержать статор, имеющий форму части машины постоянного тока

; ротор, сконфигурированный как часть машины постоянного тока, которая может вращаться относительно статора; и схема управления

для управления ротором, позволяющая ротору непрерывно проскальзывать относительно статора, присутствовала

[4].

Представлено моделирование и динамические характеристики коммутаторных машин постоянного тока [5]. Модель традиционной машины

, используя базовое моделирование основного поля насыщения, позволяет получить основные динамические свойства

. Также была представлена ​​более точная модель насыщения основного поля. Показано, что динамические свойства

, полученные с помощью этой модели, несколько отличались от свойств с использованием старой модели, но также несколько более реалистичны.

2. Генерация напряжения

В прошлом машина постоянного тока была единственным двигателем, который мог обеспечить легкое регулирование скорости. В настоящее время, после появления силовой электроники

, машины с вращающимся полем предлагают более дешевые и более мощные возможности для управления скоростью

. Тем не менее, в старых промышленных установках и средах приводы двигателей постоянного тока все еще могут использоваться. Как результат

, а также из-за их превосходных характеристик, остается поучительным вкратце рассмотреть возможности

машин постоянного тока для управления скоростью, включая, в частности, торможение [6].Переменный характер e продемонстрирован

на Рисунке 1.1. ЭДС на двух сторонах контура, в нескольких положениях,

Типы двигателей постоянного тока: детали, работа, применение [PDF]

Из этой статьи вы узнаете , что такое двигатель постоянного тока? Как это работает? и различных типов двигателей постоянного тока объяснены с помощью частей , конструкции деталей, приложений и других. Кроме того, загрузите PDF-файл этой статьи в конце.

Двигатели постоянного тока и типы

Что такое двигатель постоянного тока?

Электродвигатель — это машина, которая в основном преобразует электрическую энергию в механическую. Двигатель постоянного тока — это электрическая машина, которая преобразует механическую энергию в постоянный ток и наоборот.

Работа двигателя постоянного тока

Как работает двигатель постоянного тока?

Рассмотрим часть многополюсного двигателя постоянного тока, как показано на рисунке. Когда основное питание подается на проводники якоря и возбуждаются полевые магниты, проводники испытывают силу, которая стремится вращать якорь.

Предполагается, что проводники якоря под N-полюсом проводят ток вниз, а S-полюса — вверх. Теперь, применяя правило левой руки Флеминга, можно найти направление силы на каждый проводник. Это показано маленькими стрелками на рисунке в каждом проводе.

Сила «F», действующая на каждый проводник, стремится вращать якорь против часовой стрелки. Непрерывный и однонаправленный крутящий момент создается коммутатором, который меняет направление тока в каждом проводнике, когда он проходит от одного полюса к другому.

Читайте также: Двигатели переменного тока: типы, работа, конструкция, применение и многое другое

Принцип работы двигателя постоянного тока

Работа двигателя постоянного тока основана на принципе работы, когда токопроводящий проводник находится в магнитном поле, он подвергается действию механической силы, подчиняющейся правилу левой руки Флеминга, величина которой определяется выражением:

F = BIl ньютонов.

Где,

• B = плотность потока в куб. / М²
• I = ток через проводник в амперах.
• l = длина жилы в метрах.

Читайте также: Резисторы: типы резисторов и их обозначения, а также выбор резисторов

Конструкция и детали двигателя постоянного тока

Конструкция двигателя постоянного тока такая же, как и у генератора постоянного тока.

Ниже приведены части двигателя постоянного тока:

1. Ярмо или рама
2. Полюса
3. Обмотка возбуждения
4. Щетки
5. Торцевые экраны
6. Сердечник якоря
7. Обмотка якоря
Коммутатор

1) Хомут или рама: Это неподвижная часть, называемая стартером.Функции ярма:

• Он поддерживает полюса возбуждения и обмотку возбуждения.
• Обеспечивает магнитный путь к потоку основного поля.
• Обеспечивает защиту арматуры от механических повреждений.

2) Полюса: Основные функции полюсов:

• Обеспечивает поддержку обмотки возбуждения.
• Обеспечьте медленный путь реактивного сопротивления к потоку основного поля.
• Равномерно распределяет поток основного поля по периферии якоря.

3) Обмотки возбуждения: Они создают магнитное поле, когда через них проходит постоянный ток.

4) Щетки: Они принимают постоянный ток от сети и подают его на обмотку якоря через коммутатор.

5) Торцевые щиты: Основные функции:

• Поддерживает подшипники, в которых вращается якорь.
• Покрывает якорь и защищает его.

6) Сердечник якоря: Он размещает обмотки в пазу и обеспечивает путь с низким реактивным сопротивлением для потока основного поля и потока якоря.

7) Обмотки якоря: Создает магнитный поток якоря, когда через них проходит ток. Этот поток реагирует с потоком основного поля и создает вращение или крутящий момент.

8) Коммутатор: Он собирает постоянный ток с щеток, преобразует его в переменный ток и подает его на обмотки якоря.

9) Вал: Основные функции:

• Он обеспечивает поддержку якоря, обмоток и коммутатора.
• Помогает якорю вращаться.

Типы двигателей постоянного тока

Ниже приведены три основных типа двигателей постоянного тока :

1. Двигатель постоянного тока с отдельным возбуждением
2. Двигатель постоянного тока с постоянным магнитом
3. Самовозбуждающийся двигатель постоянного тока
4. Шунтирующие двигатели
постоянного тока Двигатели постоянного тока серии
6. Двигатели постоянного тока с комбинированной обмоткой
7. Совокупный комбинированный двигатель постоянного тока
8. Дифференциальный комбинированный двигатель постоянного тока
9. Короткий шунтирующий двигатель постоянного тока
10. Длинный параллельный двигатель постоянного тока

# 1 Двигатель постоянного тока с раздельным возбуждением

В этом типе двигателя Для двигателя постоянного тока питание подается отдельно на обмотку возбуждения и обмотку якоря.При этом ток якоря не проходит через обмотку возбуждения, поскольку обмотка возбуждения питается от отдельного внешнего источника постоянного тока.

Таким образом, из уравнения крутящего момента двигателя постоянного тока мы получаем

T _g = K _a φ I _a

В этом случае крутящий момент изменяется путем изменения магнитный поток поля φ , и он не зависит от тока якоря I _a .

# 2 Двигатель постоянного тока с постоянным магнитом

Двигатель постоянного тока с постоянным магнитом имеет обмотку якоря, как обычный двигатель, но не имеет обмотки возбуждения. В этом типе двигателя постоянного тока радиально намагниченные постоянные магниты размещены внутри сердечника статора для создания магнитного потока. А ротор состоит из обычного якоря постоянного тока с коллекторным сегментом и щетками.

Применяя уравнение крутящего момента двигателя постоянного тока,

T _g = K _a φ I _a

Значение φ является постоянным, поскольку постоянные магниты требуемая плотность магнитного потока выбирается во время изготовления и не может быть изменена в дальнейшем.

Для двигателя постоянного тока с постоянным магнитом,

T _g = K _a1 I _a

Где K _a1 = K

.

В этом случае крутящий момент двигателя постоянного тока можно регулировать, управляя питанием якоря.

# 3 Двигатель постоянного тока с самовозбуждением

В двигателе постоянного тока с самовозбуждением обмотка возбуждения подключается последовательно или параллельно, частично последовательно или частично параллельно обмотке якоря.Двигатели постоянного тока с самовозбуждением делятся на 3 типа:

Эти типы двигателей постоянного тока характеризуются соединением обмотки возбуждения относительно якоря.

1. Двигатель с параллельной обмоткой: , в котором обмотка возбуждения подключена параллельно якорю.
2. Двигатель с последовательной обмоткой: , в котором обмотка возбуждения двигателя соединена последовательно с якорем.
3. Электродвигатель с комбинированной обмоткой: с двумя обмотками возбуждения: одна подключена параллельно якорю, а другая — последовательно с ним.

# 4 Шунтирующий двигатель

Шунтирующий двигатель постоянного тока (также известный как двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой) — это тип самовозбуждающегося двигателя постоянного тока, в котором обмотка возбуждения встряхивается или подключается параллельно обмотке якоря двигателя. Поскольку они соединены параллельно, якорь и обмотка возбуждения подвергаются одинаковому напряжению питания.

Но есть отдельные ветви для потока тока якоря и тока возбуждения, как показано на рисунке выше.

Конструкция и принцип работы

Конструкция параллельного двигателя постоянного тока аналогична другим типам двигателей постоянного тока, как показано на рисунке.Этот двигатель может состоять из основных частей, таких как обмотка возбуждения (статор), коммутатор и якорь (ротор).

Принцип работы параллельного двигателя постоянного тока заключается в том, что всякий раз, когда двигатель постоянного тока внезапно включается, постоянный ток протекает через весь статор, а также через ротор. Этот ток будет создавать два поля, в частности полюс и якорь.

На воздушном расстоянии между якорем и полевыми башмаками есть два магнитных поля, и они будут реагировать друг с другом, чтобы вращать якорь.Коммутатор меняет направление тока через якорь через обычные интервалы.

Следовательно, поле якоря, в отличие от полюсного поля, все время вращает якорь в одинаковом направлении.

Читайте также: Электрическая цепь: Типы цепей, закон Кирхгофа и его классификация

Преимущества электродвигателя с параллельной обмоткой постоянного тока

Ниже приведены преимущества электродвигателя с параллельной обмоткой:

1. Параллельные электродвигатели постоянного тока могут использоваться в тяжелой промышленности где крутящий момент и скорость находятся в широком диапазоне.
2. Двигатель с параллельной обмоткой, способный работать с заданной скоростью.
3. Электропитание двигателя постоянного тока недорогое.

Недостатки двигателя постоянного тока с параллельной обмоткой

Ниже приведены недостатки двигателя с параллельной обмоткой:

1. Установка двигателя постоянного тока с параллельной обмоткой дороже по сравнению с другими типами двигателей.
2. Поскольку параллельные двигатели являются двигателями с постоянной скоростью, это будет недостатком, если необходимо работать с переменной скоростью.
3. Двигатели с параллельной обмоткой неточны при работе на малой скорости.

Двигатель серии № 5 с обмоткой

Двигатель постоянного тока похож на любой другой двигатель, поскольку основная функция этого двигателя — преобразовывать электрическую энергию в механическую. Работа серийного двигателя существенно зависит от электромагнитного принципа.

Всякий раз, когда магнитное поле приблизительно формируется, проводник с током взаимодействует с внешним магнитным полем, и тогда может возникать вращательное движение.

Конструкция двигателя серии DC

Двигатель серии DC состоит из ротора (якоря), коллектора, статора, оси, обмоток возбуждения и щеток. Неподвижным элементом двигателя является статор, состоящий из двух или более частей полюса электромагнита.

Ротор состоит из якоря и обмоток на соответствующем сердечнике якоря. Источник питания щеточного массива, связанный с коммутатором, может быть подключен к обмотке якоря.

Ротор включает центральную ось для вращения, и из-за большого количества тока во всей обмотке обмотка возбуждения должна выдерживать более высокий ток, тем больше будет крутящий момент, создаваемый двигателем.

Принцип работы двигателя постоянного тока серии

Внешний источник напряжения применяется в последовательной конфигурации обмотки возбуждения и якоря. Таким образом, один конец источника напряжения присоединяется к обмотке, а другой конец присоединяется к якорю через щетку.

Первоначально двигатель запускается с источником напряжения, подключенным к двигателю, он формирует большой ток, потому что и обмотка, и якорь двигателя состоят из больших проводников, обеспечивающих минимальное сопротивление пути тока.Большой ток через обмотку создает сильное магнитное поле.

Это сильное магнитное поле дает высокий крутящий момент на валу якоря, вызывая вращательное действие якоря. Следовательно, вначале двигатель начинает вращаться с максимальной скоростью. Вращающийся якорь в присутствии магнитного поля возникает во встречной ЭДС, ограничивая нарастание тока в последовательной комбинации якоря и обмотки.

Таким образом, серийные двигатели будут предлагать максимальную скорость и крутящий момент после запуска, но с постепенным увеличением скорости их крутящий момент будет снижаться из-за низкого тока.На практике это требуется от моторов. Из-за высокого крутящего момента, создаваемого якорем, нагрузка на валу изначально настроена на вращение.

Следовательно, низкий крутящий момент будет перемещать нагрузку вперед. Это дополнительно помогает увеличить тепловыделение двигателя. Но величина крутящего момента, создаваемого двигателем, прямо пропорциональна току обмотки.

Преимущества электродвигателя с последовательной обмоткой

Ниже приведены преимущества электродвигателя с последовательной обмоткой:

1. Пусковой момент электродвигателя постоянного тока относительно высок по сравнению с другими электродвигателями, поэтому такие электродвигатели широко используются в тяговых приложениях.
2. Его можно использовать для питания переменного или постоянного тока, поэтому он также известен как универсальный двигатель.
3. Параллельный двигатель развивает большую мощность при том же размере конструкции по сравнению с параллельным двигателем постоянного тока.

Недостатки двигателей с последовательной обмоткой постоянного тока

Ниже приведены недостатки двигателей с последовательной обмоткой:

1. Контроль скорости и регулирование двигателя с последовательной обмоткой постоянного тока недостаточно хорош.
2. Двигатели серии DC необходимо нагружать перед запуском. Поэтому двигатели серии постоянного тока не подходят для использования там, где нагрузка не применяется на начальном этапе.

# 6 Электродвигатель с комбинированной обмоткой

Электродвигатель постоянного тока с комбинированной обмоткой — это тип самовозбуждающегося электродвигателя, который состоит из серии катушек возбуждения и шунтирующих катушек возбуждения, прикрепленных к обмотке якоря. Обе катушки возбуждения обеспечивают ожидаемую величину магнитного потока, который соединяется с катушкой якоря и обеспечивает крутящий момент, необходимый для облегчения вращения с желаемой скоростью.

Как мы знаем, электродвигатель с комбинированной обмоткой в ​​основном формируется путем объединения электродвигателя постоянного тока с шунтирующей обмоткой и электродвигателя постоянного тока с последовательной обмоткой для получения лучших закрывающих свойств обоих этих типов.

Подобно шунтирующему двигателю, двигатель постоянного тока предлагается с высокоэффективной характеристикой регулирования скорости, в то время как двигатель постоянного тока имеет высокий пусковой момент. Таким образом, двигатель постоянного тока с комбинированной обмоткой является компромиссом с точки зрения обеих этих характеристик и имеет хорошее сочетание правильного регулирования скорости и высокого пускового момента.

Однако его начальный крутящий момент не такой высокий, как в случае двигателя постоянного тока, и его регулирование скорости не так хорошо, как у параллельного двигателя постоянного тока. Общие характеристики параллельного двигателя постоянного тока находятся между этими двумя крайними пределами.

Преимущества двигателя с комбинированной обмоткой постоянного тока

Ниже приведены преимущества электродвигателя с комбинированной обмоткой:

1. Двигатель может быстро запускаться и останавливаться.
2. Реверс и ускорение двигателя могут происходить быстро.

Недостатки электродвигателя с комбинированной обмоткой постоянного тока

Ниже приведены недостатки электродвигателя с комбинированной обмоткой:

1. Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание электродвигателей с комбинированной обмоткой высоки.
2. Двигатели постоянного тока не могут работать в опасной ситуации, когда в щетке двигателя есть искра.

Составной двигатель постоянного тока можно разделить на два типа в зависимости от характера компаундирования.

# 7 Кумулятивный составной двигатель постоянного тока

Если шунтирующий составной поток поля, поддерживаемый потоком основного поля, который создается основным полем, последовательно соединенным с обмоткой якоря, называется кумулятивным составным двигателем постоянного тока.

# 8 Дифференциальный составной двигатель постоянного тока

Если шунтирующая и последовательная обмотка расположены таким образом, что поток поля, создаваемый шунтирующей обмоткой возбуждения, уменьшает влияние магнитного потока основной последовательной обмотки возбуждения, то это называется дифференциальным составным. Двигатель постоянного тока.

Оба типа составных двигателей постоянного тока могут быть короткозамкнутыми или длительно закрытыми, в зависимости от конструкции.

# 9 Короткий шунтирующий двигатель постоянного тока

Когда шунтирующая обмотка возбуждения двигателя подключена параллельно обмотке якоря, это называется коротким шунтирующим двигателем постоянного тока. Схематическое изображение двигателя с коротким шунтом показано на рисунке выше.

# 10 Длинный шунтирующий двигатель постоянного тока

Когда шунтирующая обмотка возбуждения двигателя подключена параллельно как обмотке якоря, так и последовательной обмотке возбуждения, это называется длинным шунтирующим двигателем постоянного тока.Схематическое изображение двигателя с длинным шунтом показано на рисунке выше.

Применение двигателей постоянного тока:

1. Двигатель серии: Он используется там, где требуется очень высокий пусковой крутящий момент и регулируемая скорость, например, при работе с электрическими фракциями, электровозах, тележках, кранах, подъемниках, конвейерах. воздушные компрессоры, пылесосы, фены, швейные машины и т. д.
2. Параллельные двигатели: Это там, где требуется постоянная скорость с низким пусковым моментом, например, для токарных станков, центробежных насосов, вентиляторов, поршневых насосов, сверлильных станков, расточных станков.Прядильные и ткацкие станки и т. Д.
3. Составной двигатель: Он используется там, где прилагаются или снимаются резкие нагрузки, например, для ножниц, штампов, машин для резки угля, элеваторов, конвейеров, тяжелых строгальных станков, прокатных станов, льдогенераторов, печатных прессов и т. Д. воздушные компрессоры и т. д.

---

Вот и все, спасибо за чтение. Если у вас есть какие-либо вопросы по « типам двигателей постоянного тока », задавайте их в комментариях. Если вы нашли эту статью полезной, поделитесь ею со своими друзьями.

Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы получать уведомления о новых статьях:

Скачать PDF-файл этой статьи отсюда:

Читать дальше:

ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА: Типы, принцип работы, применение

Определить двигатель постоянного тока?

Двигатель постоянного тока относится к любому классу вращающихся электродвигателей, которые преобразуют электрическую энергию постоянного тока в механическую. Наиболее распространенные типы зависят от сил, создаваемых магнитными полями. Практически все типы двигателей постоянного тока имеют внутренний механизм.

Скачать PDF по двигателю постоянного тока

Как устроен двигатель постоянного тока?

Внутри статора находятся полюсы с медной связкой, также называемой полевой связью, потому что к ней прикреплены магнитные поля. Это постоянные магнитные поля, которые контролируются переключателем включения и выключения. Затем идет Арматура и привязка к ней. Коммутатор находится между двумя щетками. Там происходит движение и на вал поступает давление.

Части двигателя постоянного тока

Двигатель постоянного тока состоит из следующих основных частей:

Якорь или ротор

Якорь представляет собой цилиндр из магнитных пластин, изолированных друг от друга.Якорь расположен перпендикулярно оси цилиндра. Якорь двигателя постоянного тока представляет собой вращающуюся часть, которая вращается вокруг своей оси и отделена от катушки возбуждения воздушным зазором.

Катушка возбуждения или статор

Катушка возбуждения двигателя постоянного тока подразумевает неподвижную часть, в которой обмотка намотана для создания магнитного поля. Между полюсами этого электромагнита имеется цилиндрическая полость.

Коммутатор и щетки

Коммутатор двигателя постоянного тока представляет собой цилиндрическую конструкцию и состоит из медных сегментов, уложенных вместе, но изолированных друг от друга из-за слюды.Основная функция коммутатора — подача электрического тока на обмотку якоря.

Щетки в основном представляют собой углеродные структуры и сделаны из графита. Эти щетки проводят электрический ток от внешнего поля к вращающемуся коммутатору.

Принцип работы двигателя постоянного тока

Двигатель постоянного тока работает по принципу правила левой руки Флеминга: когда проводник с током помещается в магнитное поле, он испытывает крутящий момент и имеет тенденцию двигаться.Это известно как Motoring Action. Если направление тока в проводе меняется на противоположное, направление вращения также меняется на противоположное. Когда магнитное поле и электрическое поле взаимодействуют, они создают механическую силу, которая стремится вращать якорь.

Типы двигателей постоянного тока

Двигатели постоянного тока имеют широкий диапазон применений, от электробритв до автомобилей. Исходя из этого широкого диапазона применений, они классифицируются на различные типы в зависимости от соединения обмотки возбуждения с якорем следующим образом:

• Электродвигатель постоянного тока с самовозбуждением
• Электродвигатель постоянного тока с отдельным возбуждением

Электродвигатель постоянного тока с самовозбуждением

Обмотка возбуждения устанавливается последовательно или параллельно обмотке якоря в двигателях постоянного тока с самовозбуждением.Двигатели постоянного тока с самовозбуждением можно далее классифицировать на:

• Двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой
• Двигатель постоянного тока с последовательной обмоткой
• Двигатель постоянного тока с комбинированной обмоткой

Двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой: Здесь обмотка возбуждения параллельна к арматуре.

Двигатель постоянного тока с последовательной обмоткой: Здесь обмотка возбуждения соединена последовательно с обмоткой якоря.

Электродвигатель постоянного тока с комбинированной обмоткой: Электродвигатели постоянного тока с параллельной обмоткой и последовательной обмоткой возбуждения называются электродвигателями постоянного тока с комбинированной обмоткой.Составной двигатель дополнительно делится на:

• Накопительный составной двигатель
• Дифференциальный составной двигатель

Двигатель постоянного тока с отдельным возбуждением

Катушки возбуждения получают питание от внешнего источника постоянного тока в двигателе постоянного тока с независимым возбуждением.

Применение двигателей постоянного тока

Ниже приведены области применения различных типов двигателей постоянного тока:

Параллельные двигатели постоянного тока

Поскольку параллельные двигатели постоянного тока обладают довольно постоянной скоростью и средним пусковым моментом, они используются в следующих приложениях:

• Токарные станки
• Центробежные и поршневые насосы
• Воздуходувки и вентиляторы
• Сверлильные и фрезерные станки
• Станки
Двигатели постоянного тока серии

Из-за высокого пускового момента и переменной скорости серийных двигателей постоянного тока они используются в следующих приложениях:

• Конвейеры
• Подъемники, лифты
• Краны
• Электровозы

Кумулятивные комбинированные двигатели постоянного тока

Из-за высокого пускового момента кумулятивных комбинированных двигателей постоянного тока они используются в следующих применения:

• Ножницы
• Heavy Pl aners
• Прокатные станы
• Лифты

Правило Флеминга для левой руки

В нем говорится, что если указательный палец, средний палец и большой палец вашей левой руки вытянуты взаимно перпендикулярно друг другу и если указательный палец представляет В направлении магнитного поля средний палец указывает направление тока, затем большой палец представляет направление, в котором сила действует на вал двигателя постоянного тока.

Рекомендуемое видео:

Что следует помнить

• Двигатель постоянного тока (DC) — это разновидность электрической машины, которая преобразует электрическую энергию в механическую.
• Двигатели постоянного тока получают электроэнергию через постоянный ток и преобразуют эту энергию в механическое вращение.
• Доступны три основных типа двигателей постоянного тока: шунтирующий, последовательный и составной.
• Параллельные двигатели постоянного тока могут использоваться во многих областях, таких как экструзия пластмассы или проволоки.
• Отказ двигателя постоянного тока может привести к снижению эффективности и даже к полному простою некоторых операций.

Примеры вопросов

Que 1. Скорость холостого хода какого из следующих двигателей самая высокая? (2 балла)

1. Дифференциальный составной мотор
2. Совокупный составной мотор
3. Мотор серии
4. Параллельный мотор

Ответ: 3.Серийный двигатель

Пояснение:

Во время пуска в двигателе постоянного тока очень низкий магнитный поток. Итак, как мы знаем, обратная зависимость между скоростью и потоком, то есть потоки уменьшаются при увеличении скорости. Поэтому мы никогда не запускаем двигатель постоянного тока без нагрузки.

Que 2. Какая из следующих нагрузок обычно требует пускового момента, превышающего номинальный? (3 балла)

1. Конвейеры
2. Воздуходувки
3. Центробежный насос
4. Воздушный компрессор

Ответ: 1.Конвейеры

Пояснение:

Пусковой крутящий момент также называется крутящим моментом заторможенного ротора, а ток двигателя в этой точке называется «током заторможенного ротора». На этом этапе реактивное сопротивление ротора выше, чем его сопротивление, поскольку частота ротора является самой высокой (равна частоте питания). Пусковой крутящий момент — это крутящий момент, необходимый для преодоления инерции неподвижного двигателя. Конвейеры требуют высокого пускового момента, потому что материал помещается перед запуском конвейерной ленты.

Очевидно, что нам требуется больший крутящий момент для преодоления нагрузки в начальный период. Поэтому конвейер требовал высокого пускового момента и постоянной скорости. Серийный двигатель подходит для конвейерных лент, работающих в определенной области его характеристик крутящего момента и скорости. В отраслях промышленности используется BLDC, так как BLDC обеспечивает метод управления скоростью PWM, который легче изменять, а также требует минимального обслуживания.

Que 3. Какое из следующих правил используется для определения направления вращения двигателя постоянного тока? (2 балла)

1. Закон Колумба
2. Закон Ленца
3. Правило Флеминга для правой руки
4. Правило Флеминга для левой руки
   
   
Правило левой руки Флеминга.

Пояснение:

Когда токопроводящий проводник, такой как провод, подключенный к цепи, перемещается в магнитном поле, в проводе индуцируется электрический ток в соответствии с законом индукции Фарадея. В правой руке большой, первый и второй пальцы удерживаются перпендикулярно друг другу. Большой палец указывает в направлении движения проводника относительно магнитного поля, т. Е. В направлении силы. Указательный палец направлен в направлении магнитного поля.Средний палец показывает направление индуцированного или генерируемого тока внутри проводника.

Вопрос 4. Какая часть двигателя постоянного тока может выдерживать максимальное повышение температуры? (2 балла)

1. Обмотка якоря
2. Обмотка возбуждения
3. Контактное кольцо
4. Коммутатор

Ответ: 4. Коммутатор

Пояснение:
сегменты.Эти медные сегменты изолированы друг от друга с помощью слюды. Слюда имеет очень высокое диэлектрическое напряжение около 1180 кВ / см, и следующим лучшим является алмаз. Он может выдерживать высокие температуры, до 600 ° C.


Вопрос 5. Отношение пускового момента к крутящему моменту при полной нагрузке наименьшее в: (2 балла)

1. Дифференциальный составной двигатель
2. Параллельный двигатель
3. Двигатель серии
4. Накопительный составной двигатель

Ответ: 1.Дифференциальный составной двигатель

Пояснение:

В дифференциальном составном двигателе две обмотки возбуждения, т. Е. Шунтирующая и последовательная обмотки, противоположны друг другу. Это вызывает уменьшение магнитного потока и приводит к уменьшению крутящего момента.


Вопрос 6. Число полюсов в малом двигателе постоянного тока мощностью до 5 л.с. составляет: (2 отметки)

1. 2 полюса
2. 4 полюса
3. 8 полюсов
10 полюсов

Ответ: 1.2 полюса

Пояснение:

Двигатели малой мощности требуют только 2 полюса, потому что количество полюсов обратно пропорционально скорости, поэтому двухполюсный двигатель работает на более высокой скорости, чем четырехполюсный двигатель. Двухполюсный двигатель имеет более высокий КПД. Двухполюсный двигатель имеет лучшие показатели частоты вращения и шума.


Вопрос 7. КПД двигателя постоянного тока при максимальной мощности составляет: (2 балла)

1. 90%
2. 100%
3. Около 80%
4. Менее чем 50%
   

Ответ: 4.Менее 50%

Пояснение:

Почему КПД двигателя постоянного тока ниже 50%. Двигатель постоянного тока развивает максимальную мощность, когда обратная ЭДС равна половине приложенного напряжения Eb = V / 2. Практически невозможно развить точные 50% максимальной мощности, потому что в этом случае ток будет намного больше номинального тока двигателя. Часть энергии тратится впустую в виде тепла и других потерь. Следовательно, КПД двигателя ниже 50%.


Вопрос 8. В каких из следующих приложений используется двигатель постоянного тока? (2 балла)

1. Центробежный насос
2. Работа двигателя в постоянном и переменном токе
3. Привод водяного насоса
4. Автомобильный стартер
   

Ans: 4Автомобильный стартер

Пояснение:

В двигателях постоянного тока Крутящий момент (Ta) увеличивается пропорционально квадрату тока якоря (Ia) Ta ∝ Ia2. Таким образом, двигатель постоянного тока обеспечивает высокий пусковой крутящий момент, необходимый для запуска автомобиля.


Ques 9. В машине постоянного тока используется обмотка с дробным шагом: (3 метки)

1. Для уменьшения гармоник в генерируемой ЭДС
2. Улучшить охлаждение
3. Увеличить ЭДС
4. Для уменьшения потерь в меди
   

Ответ: 1.Для уменьшения гармоник в генерируемой ЭДС

Пояснение:

В полных катушках, поскольку один провод витка в катушке перерезает полюс N, другой проводник того же витка перерезает полюс S, что приводит к возникновению наведенной ЭДС (E ), т.е. фазовый угол составляет 180 градусов. В катушках с коротким шагом оба проводника одного витка в катушке не разрезают соответствующие полюса одновременно. Таким образом, фазовый угол немного меньше 180 градусов. В результате величина наведенной ЭДС уменьшается до E × Cos (nα / 2)

, где E × Cos (nα / 2) называется фактором основного тона

Для устранения 3-й гармоники из генерируемой ЭДС,

Cos ( 3α / 2) = 0

3α / 2 = π / 2

α = π / 3 = 60 °


Вопрос 10.Трехточечный пускатель подходит для: (2 балла)

• Шунтирующий двигатель
• Двигатель серии
• Шунтирующий и составной двигатель
• Шунтирующий, последовательный и составной двигатель
19

Ответ: 3-точечные пускатели в шунтирующих и комбинированных машинах постоянного тока служат для следующих целей. Он ограничивает высокий пусковой ток якоря за счет высокого сопротивления во время пуска и уменьшения его во время работы.Он также защищает двигатель от перегрузки и пониженного напряжения.

Вопрос 11. Может ли двигатель постоянного тока работать от двигателя переменного тока? (2 балла)

Ответ: Да, двигатель серии постоянного тока работает от однофазного источника переменного тока из-за крутящего момента, который изменяется как произведение тока якоря и тока возбуждения, которое всегда положительно. Таким образом, положительный средний крутящий момент заставляет двигатель вращаться.

Что такое двигатель постоянного тока — конструкция, тип, принцип работы, регулирование скорости

Что такое двигатель постоянного тока?

Это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую.В современном мире техники и технологий двигатель постоянного тока (двигатель постоянного тока) находит широкое применение. Двигатели постоянного тока можно найти во всем, от электробритв до автомобилей. В зависимости от области применения используются различные типы двигателей постоянного тока, чтобы приспособиться к этому широкому спектру приложений.

Каков принцип работы двигателя постоянного тока?

Принцип работы двигателя постоянного тока : Когда проводник с током помещается в магнитное поле, он испытывает механическую силу.

Как найти направление создаваемой силы?

Направление силы определяется правилом левой руки Флеминга.

Что такое правило левой руки Флеминга?

Правило Флеминга для левой руки : Когда средний палец указательного пальца и большой палец левой руки расположены взаимно перпендикулярно друг другу, тогда большой палец задает направление магнитной силы, указательный палец задает направление магнитного поля, а средний палец задает направление тока

Величина силы определяется как

.

F = BIL Sinθ

B — магнитное поле, I — ток, L — длина проводника в магнитном поле, θ — угол между магнитным полем и током

Что такое обратная ЭДС?

Когда якорь вращается, проводники также разрезают линию магнитного потока и, следовательно, согласно закону Фарадея электромагнитной индукции, в проводниках якоря генерируется ЭДС в направлении, противоположном току якоря.Это известно как Back EMF

.

Обратная ЭДС прямо пропорциональна скорости двигателя

Магнитный поток — это произведение среднего магнитного поля на перпендикулярную площадь, через которую оно проникает

Первый закон электромагнитной индукции Фарадея

Когда происходит относительное движение между проводником и магнитным полем, магнитная связь с катушкой изменяется, и это изменение потока индуцирует напряжение на катушке

2-й закон электромагнитной индукции Фарадея

В нем указано, что величина ЭДС, индуцированная в катушке, равна скорости изменения магнитного потока, связанного с катушкой.

Потоковая связь катушки — это произведение количества витков в катушке и магнитного потока, связанного с катушкой.

Значение обратной ЭДС

Предположим, что нагрузка на двигатель внезапно снизилась, тогда потребуется инвентарный запас по сравнению с настоящим разговором. Таким образом, разговор о доступе будет иметь тенденцию к увеличению скорости двигателя, но обратная ЭДС, пропорциональная скорости двигателя, также увеличивается, тем самым уменьшая ток якоря, и крутящий момент, пропорциональный току якоря, будет уменьшаться до тех пор, пока он не станет достаточным для нагрузки.

Аналогично для случая повышенной нагрузки.

Детали двигателя постоянного тока

Статор — Стационарная часть двигателя, которая состоит из обмотки возбуждения и получает электропитание

Ротор — вращающаяся часть двигателя

Прочие детали:

1. Ярмо — внешняя рама двигателя называется желтком, она обеспечивает покрытие внутренней части двигателя, а также поддерживает якорь, сделанный из чугуна или стали.
2. Магнитный полюс — Он установлен на внутренней стенке ярма.Состоит из полюсного сердечника и полюсного башмака. Полюсный сердечник удерживает полюсные наконечники, которые имеют большую площадь поверхности для распределения потенциального потока в воздушном зазоре между статором и ротором.
3. Обмотка возбуждения — изготовлена ​​из медной проволоки. Намотка в пазах полюсных наконечников таким образом, чтобы при протекании тока через соседний полюс возникала противоположная полярность.
4. Обмотка якоря — Ротор состоит из сердечника якоря и обмоток, изготовленных из кремнистой стали с низким гистерезисом, чтобы минимизировать магнитные потери, такие как гистерезисные или вихревые потери.

Типы обмоток

Есть два типа обмоток

Круговая намотка	Волновая намотка
1. Последовательные катушки перекрывают друг друга	1. Конец одной катушки соединен с началом другой катушки той же полярности, что и первая катушка.
2. Все полюсные группы катушки, генерирующей ЭДС в одном направлении в любой момент времени, соединены параллельно щетками.	2.Катушки, пропускающие ток в одном направлении, включены в одну последовательную цепь, а катушки, пропускающие ток в противоположном направлении, в другой последовательной цепи.
3. Число параллельных путей = Число полюсов	3. Число параллельных путей = 2
4. Не требуется щеток = Число полюсов	4. Число щеток = 2

Разница между нахлесточной обмоткой и волновой обмоткой

Потери в двигателе постоянного тока

1. Cu — потери / электрические потери

Это потери из-за сопротивления в обмотке и включают потери в обмотке якоря, потери в полевой обмотке и потери при контакте с щеткой.

2. Fe — потери / потери в сердечнике

Состоит из двух потерь

A) Гистерезис потери

Возникает в обмотках якоря из-за перемагничивания сердечника.

B) Вихревые потери

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея из-за относительного движения между сердечником якоря и магнитным потоком в сердечнике индуцируется ЭДС, которая позволяет переносить заряд на тело из-за проводимости сердечника. Этот ток бесполезен, и эта потеря называется потерей на вихревые токи.Его можно свести к минимуму за счет ламинированного сердечника.

3. Механические потери

Состоит из потерь из-за трения между подшипниками и коллектором.

4. Случайные потери

Это потери, вызванные коротким замыканием катушки, искажением магнитного потока, неточностью конструкции машины и другими потерями, которые трудно найти.

Типы двигателей постоянного тока

Двигатель постоянного тока с независимым возбуждением

Обмотки возбуждения и якоря поставляются отдельно в двигателе постоянного тока с раздельной стимуляцией, как следует из названия.Ток якоря не проходит через обмотки возбуждения в таких двигателях постоянного тока, потому что обмотки возбуждения активируются отдельным внешним источником постоянного тока, как показано на рисунке рядом.

T _g = K _a φ I _a — уравнение крутящего момента для двигателя постоянного тока. В этом сценарии крутящий момент можно регулировать путем изменения потока поля φ, который не зависит от тока якоря I _a .

Двигатель постоянного тока с постоянным магнитом

В двигателях этого типа, несмотря на наличие обмотки возбуждения, есть постоянные магниты для создания магнитного поля.Обмотка якоря двигателя постоянного тока с постоянными магнитами (также известного как двигатель с постоянным магнитным постоянным током) аналогична обмотке обычного двигателя, хотя обмотки возбуждения присутствуют не всегда. Поток поля создается радиально намагниченными постоянными магнитами, расположенными на внутренней периферии сердечника статора в этих типах двигателей постоянного тока.

Электродвигатель постоянного тока с самовозбуждением

В случае двигателя постоянного тока с самовозбуждением обмотка возбуждения соединена с обмоткой якоря последовательно, параллельно или частично последовательно, частично параллельно.Двигатели постоянного тока с самовозбуждением можно разделить на следующие категории:

1. Двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой
2. Двигатель постоянного тока с последовательной обмоткой
3. Двигатель постоянного тока с комбинированной обмоткой

Двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой

В этом случае обмотка возбуждения включена параллельно обмотке якоря. Это двигатель с постоянной скоростью.

Электродвигатель постоянного тока серии

В двигателях этого типа обмотка возбуждения соединена последовательно с обмоткой якоря. Скорость зависит от нагрузки.

Электродвигатель постоянного тока с многослойной обмоткой

Обмотка возбуждения представляет собой комбинацию параллельного двигателя и двигателя постоянного тока с последовательной обмоткой. Он имеет два типа: кумулятивный составной двигатель постоянного тока и дифференциальный составной двигатель постоянного тока.

Электродвигатель постоянного тока с накопительным соединением

В кумулятивном составном двигателе постоянного тока обмотка возбуждения способствует потоку обмотки якоря.

Дифференциальный комбинированный двигатель постоянного тока

В дифференциальном составном двигателе постоянного тока обмотка возбуждения и обмотка якоря расположены таким образом, что поток обмотки возбуждения противодействует потоку обмотки якоря.

Поскольку чистый поток, созданный в этом сценарии, меньше исходного потока, его практическая полезность ограничена.

Двигатель постоянного тока с коротким шунтом

Короткие шунтирующие двигатели постоянного тока или, более конкретно, короткие шунтирующие двигатели постоянного тока с составной обмоткой, имеют шунтирующую обмотку возбуждения, параллельную обмотке якоря, а не последовательную обмотку возбуждения.

Двигатель постоянного тока с длинным шунтом

Длинные шунтирующие двигатели постоянного тока с комбинированной обмоткой или просто длинные параллельные двигатели постоянного тока имеют шунтирующую обмотку возбуждения, параллельную как обмотке якоря, так и последовательной обмотке возбуждения.

Контроль скорости двигателя постоянного тока

1. Метод управления потоком
2. Метод управления якорем
3. Метод управления напряжением

Метод управления потоком

В этом методе изменяется магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения. Поскольку магнитный поток, создаваемый в обмотке возбуждения, пропорционален току, протекающему через нее. Таким образом, магнитный поток можно изменять, изменяя ток, что достигается с помощью переменного резистора, включенного последовательно с резистором обмотки возбуждения.

Первоначально, когда переменный резистор поддерживается на минимальном уровне, через него протекает номинальный ток и скорость двигателя нормальная. Но когда сопротивление увеличивается, через обмотку возбуждения протекает меньше тока, поэтому создается меньший магнитный поток, поскольку скорость двигателя обратно пропорциональна производимому магнитному потоку, частота вращения увеличивается.

Метод управления якорем

В этом методе скорость двигателя регулируется путем управления сопротивлением якоря для управления падением напряжения на якоре.Когда переменный резистор минимален, скорость двигателя нормальная. Но когда сопротивление увеличивается, напряжение на якоре уменьшается, что снижает скорость двигателя.

Метод контроля напряжения

В таком методе обмотка возбуждения получает фиксированное напряжение, а якорь — переменное напряжение. Это делает:

A) Контроль нескольких напряжений

В этом методе шунтирующее поле связано с фиксированным напряжением возбуждения, а на якорь подается различное напряжение.Напряжение на якоре можно изменять с помощью соответствующего распределительного устройства. Напряжение на якоре примерно пропорционально скорости.

B) Система Уорда-Леонарда

Этот метод применяется, когда требуется точный контроль скорости двигателя (например, электрические экскаваторы, лифты и т. Д.). Система регулирования скорости Ward-Leonard основана на методе регулирования напряжения якоря. M — это главный двигатель постоянного тока, скорость которого необходимо регулировать, а G — отдельно стимулированный генератор постоянного тока в этой системе.Трехфазный приводной двигатель, который может быть асинхронным или асинхронным, приводит в движение генератор G. Комбинация приводного двигателя переменного тока и генератора постоянного тока называется комплектом двигатель-генератор (M-G).

Подробнее: Принцип работы дизельного генератора

Также читайте: ТОП 50+ часто задаваемых вопросов на собеседовании по двигателям внутреннего сгорания

Рекомендуемое чтение: Центробежный насос | Запчасти | Рабочая | Схема

Прочтите другие важные темы

Главная Электрооборудование двигателя внутреннего сгорания Важные файлы PDF Котлы Морской экзамен Synergy Военно-морская арка Интервью Вопросы Разница между типами насосов Типы клапанов Вспомогательные машины класса 4 MEO

Коммутатор

— обзор | Темы ScienceDirect

3.2.2 Работа коммутатора — межполюсники

Возвращаясь теперь к работе коммутатора и сосредотачиваясь на конкретной катушке (например, той, которая показана как ab на рис. 3.3), мы замечаем, что для половины оборота — в то время как сторона a находится под полюсом N, а сторона b находится под полюсом S, ток должен быть положительным на стороне a и отрицательным на стороне b для создания положительного крутящего момента. Для другой половины оборота, в то время как сторона a находится под полюсом S, а сторона b находится под полюсом N, ток должен течь в противоположном направлении через катушку, чтобы она продолжала создавать положительный крутящий момент.Это изменение направления тока происходит в каждой катушке, когда она проходит через межполюсную ось, причем катушка «переключается» под действием переключателя, скользящего под щеткой. Каждый раз, когда катушка достигает этого положения, считается, что она подвергается коммутации, и поэтому соответствующая катушка на рис. 3.3 показана как не имеющая тока, что указывает на то, что ее ток находится в процессе изменения с положительного на отрицательный.

Суть механизма реверса тока раскрывает упрощенная схема, показанная на рис.3.4. На этой схеме показана одиночная катушка, питаемая через коммутатор и щетки с током, который всегда течет через верхнюю щетку.

Рис. 3.4. Упрощенная схема однокатушечного двигателя для иллюстрации функции реверсирования тока коммутатора.

На левом эскизе сторона катушки a находится под полюсом и несет положительный ток, потому что она подключена к заштрихованному сегменту коммутатора, который, в свою очередь, питается от верхней щетки. Следовательно, сторона и подвергается воздействию плотности потока, направленного слева () направо () на эскизе, и, следовательно, будет испытывать силу, направленную вниз.Эта сила будет оставаться постоянной, пока сторона катушки остается под полюсом. И наоборот, сторона b имеет отрицательный ток, но она также находится в плотности потока, направленной справа налево, поэтому на нее действует сила, направленная вверх. Таким образом, на ротор действует крутящий момент против часовой стрелки.

Когда ротор поворачивается в положение, показанное на рисунке справа, ток с обеих сторон меняется на противоположный, потому что на сторону b теперь подается положительный ток через незатененный сегмент коммутатора.Направление силы на каждой стороне катушки меняется на обратное, что мы и хотим, чтобы крутящий момент оставался по часовой стрелке. За исключением короткого периода, когда катушка находится вне влияния магнитного потока и подвергается коммутации (реверсированию тока), крутящий момент остается постоянным.

Следует подчеркнуть, что приведенное выше обсуждение предназначено для иллюстрации рассматриваемого принципа, и эскиз не следует воспринимать слишком буквально. В реальном многокатушечном якоре дуга коммутатора намного меньше, чем показанная на рис.3.4, и только одна из множества катушек катушки меняет местами за раз, поэтому крутящий момент остается почти постоянным независимо от положения ротора.

Основная трудность в достижении хорошей коммутации возникает из-за самоиндукции катушек якоря и связанной с этим накопленной энергии. Как мы видели ранее, индуктивные цепи имеют тенденцию сопротивляться изменению тока, и если реверсирование тока не было полностью завершено к тому времени, когда щетка соскользнет с рассматриваемого сегмента коммутатора, на заднем крае щетки появится искра.

В малых двигателях некоторое искрение считается допустимым, но в средних и больших двигателях с возбужденным полем предусмотрены небольшие дополнительные полюсы статора, известные как межполюсные (или составные), чтобы улучшить коммутацию и, следовательно, минимизировать искрение. Эти дополнительные полюса расположены посередине между полюсами основного поля, как показано на рис. 3.5. Межполюсные электродвигатели обычно не требуются в двигателях с постоянными магнитами, поскольку отсутствие железа статора рядом с катушками ротора приводит к гораздо более низкой индуктивности катушки якоря.

Рис. 3.5. Эскиз, показывающий расположение межполюсной и межполюсной обмоток. (Основные обмотки возбуждения для ясности опущены.)

Назначение межполюсных полюсов — вызвать двигательную ЭДС. в катушке, подвергающейся коммутации, в таком направлении, чтобы ускорить желаемое реверсирование тока и тем самым предотвратить искрение. Э.д.с. пропорционально коммутируемому току, т. е. току якоря, и скорости вращения. Правильный e.м.ф. поэтому достигается пропусканием тока якоря через катушки на межполюсных полюсах, тем самым делая поток от межполюсников пропорциональным току якоря. Таким образом, межполюсные катушки состоят из нескольких витков толстого проводника, постоянно соединенных последовательно с якорем.

Электродвигатель постоянного тока

Двигатель постоянного тока с постоянными магнитами — Корпуса NEMA, полностью закрытые, без вентиляции, с C-образной поверхностью и основанием Двигатели постоянного тока

уже много лет используются в промышленности.В сочетании с приводом постоянного тока, двигатели постоянного тока обеспечивают очень точное управление. Двигатели постоянного тока могут использоваться с конвейерами, лифтами, экструдерами, морскими приборами, погрузочно-разгрузочными работами, бумагой, пластмассой, резиной, сталью и текстилем, и это лишь некоторые из них.

Двигатели постоянного тока состоят из нескольких основных компонентов, в том числе следующих:

• Рама
• Вал
• Подшипники
• Основное поле. Обмотки. (Статор)
• Якорь. (Ротор)
• Коммутатор
• Щетка . Сборка

Базовая конструкция двигателя постоянного тока показана на Рисунок 1 .Стандартные двигатели постоянного тока доступны в одной из двух основных форм:

• Поле раны , где магнитный поток в двигателе регулируется током, протекающим в обмотке возбуждения или возбуждения, обычно расположенной на статоре.
  .
• Постоянный магнит , где магнитный поток в двигателе создается постоянными магнитами, имеющими изогнутую поверхность для создания постоянного воздушного зазора с обычным якорем, расположенным на роторе.Они обычно используются при мощности примерно до 3 кВт.

Крутящий момент в двигателе постоянного тока создается произведением магнитного поля , создаваемого обмоткой возбуждения или магнитов, и тока, протекающего в обмотке якоря. Действие механического коммутатора переключает ток якоря с одной обмотки на другую, чтобы поддерживать положение тока относительно поля, тем самым создавая крутящий момент независимо от положения ротора.

Схема электродвигателя постоянного тока с параллельной обмоткой ( рис.2 ) показаны якорь M , сопротивление якоря R _a и обмотка возбуждения. Напряжение питания якоря В, _, , обычно подается от управляемой тиристорной системы, а напряжение возбуждения В, , _, — от отдельного мостового выпрямителя.

Рисунок 1 — Схема двигателя постоянного тока
Рисунок 2 — Двигатель постоянного тока с обмоткой

При вращении якоря электродвижущая сила (ЭДС) E _a индуцируется в цепи якоря и называется обратной ЭДС поскольку он противостоит приложенному напряжению В, _и , (согласно закону Ленца).Ea связано со скоростью якоря и потоком основного поля следующим образом:

E _a = k ₁ nφ (1)

, где n — скорость вращения, φ — поток поля и k ₁ — постоянная двигателя. Из Рисунок 1 видно, что напряжение якоря на клеммах В _a определяется по формуле:

В _a = E _a + I _a R _a (2)

Умножение каждой стороны eqn 2 на I _a дает:

V _a I _a = E _a I _a + I _{a a} (3)

(или общая потребляемая мощность = выходная мощность + потери якоря).Взаимодействие магнитного потока поля и магнитного потока якоря создает крутящий момент якоря, как указано в формуле уравнение 4 .

Крутящий момент M = k ₂ I _f I _a (4)

, где k ₂ — постоянная двигателя, а I _f — ток возбуждения. Это подтверждает прямолинейную и линейную характеристику двигателя постоянного тока, и рассмотрение этих простых уравнений покажет его управляемость и внутреннюю стабильность.Скоростная характеристика двигателя обычно представлена ​​кривыми зависимости скорости от входного тока или крутящего момента, и ее форма может быть получена из формул 1 и 2 :

k ₁ nφ = V _a — (I _a R _a ) (5)

Если поток поддерживается постоянным, поддерживая постоянным ток возбуждения в правильно скомпенсированном двигателе, то:

n = k ₂ [V _a — (I _a R _a )] (6)

Из eqns 4 и 6 , следует, что полное управление двигателем постоянного тока может быть достигнуто посредством управления полем ток и ток якоря.В двигателе с шунтирующей обмоткой постоянного тока, показанном на рис. 2 , рис. 2, , этими токами можно управлять независимо.

Большинство промышленных контроллеров двигателей постоянного тока или приводов питаются напряжением; то есть прикладывается напряжение, и ток регулируется путем измерения тока и регулировки напряжения для получения желаемого тока.

Рисунок 3 — Структура управления для двигателя постоянного тока с параллельной обмоткой

Эта базовая схема показана на Рисунок 3 .

Двигатели постоянного тока

существуют и в других форматах. В последовательном двигателе постоянного тока, показанном на рис. 4 , обмотки возбуждения и якоря соединены последовательно. В этом случае ток возбуждения и ток якоря равны и показывают характерно разные результаты производительности, хотя по-прежнему определяются с помощью eqns 4 и 6 .

В параллельном двигателе магнитный поток поля φ лишь незначительно зависит от тока якоря, а значение IaRa при полной нагрузке редко превышает 5 процентов от В _a , давая кривую крутящий момент-скорость, показанную обычно как a in Рисунок 6 , где скорость остается практически постоянной в широком диапазоне крутящего момента нагрузки.

Рисунок 4 — Схема последовательного двигателя постоянного тока
Рисунок 5 — Составной двигатель постоянного тока

Двигатель постоянного тока с комбинированной обмоткой, показанный на рисунке Рисунок 5 сочетает в себе как параллельные, так и последовательные характеристики. Форма характеристики крутящий момент – скорость определяется значениями сопротивления шунтирующего и последовательного полей.

Характеристика небольшого спада ( кривая b на Рисунке 6 ) имеет преимущество во многих приложениях, заключающееся в уменьшении механических эффектов ударной нагрузки.

Рисунок 6 — Характеристика крутящего момента-скорости (a — двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой, b — комбинированный двигатель постоянного тока, c — последовательный двигатель постоянного тока)

Кривая последовательного двигателя постоянного тока ( c на рисунке 6 ) показывает, что начальный магнитный поток увеличивается пропорционально току, уменьшающемуся из-за магнитного насыщения. Кроме того, в цепь якоря входит сопротивление обмотки возбуждения, и скорость становится примерно обратно пропорциональной току. Если нагрузка падает до низкого значения, скорость резко возрастает, что может быть опасно, поэтому обычно не следует использовать серийный двигатель там, где есть вероятность потери нагрузки.

Но поскольку он обеспечивает высокие значения крутящего момента на низкой скорости и его характеристика — скорость падения с увеличением нагрузки, он полезен в таких приложениях, как тяга и подъем, а также в некоторых смешивающих режимах, где преобладает начальное заедание.