Машины постоянного тока устройство принцип работы применение



Устройство и принцип действия и применение машин постоянного тока

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Источник

Электрические машины постоянного тока: виды и принцип их работы

Машины постоянного тока представляют собой возвратную электрическую машину, в которых происходит процесс преобразования энергии. В машинах, где механическая энергия преобразуется в электрическую, называются генераторами. Они предназначены для выработки электроэнергии. Для работы необходимо наличие какого-либо двигателя (дизеля, паровой или водяной турбины), который будет вращать вал генератора.

Обратное преобразование энергий происходит в электродвигателях. Они приводят в движение колесные пары локомотивов, вращают валы вентиляторов и т.д. Для работы необходимо подсоединение электродвигателя с источником электроэнергии посредством проводов.

Принцип работы электрических машин постоянного тока основан на использовании явления электромагнитной индукции, а также законов, которые определяют взаимодействие электрических токов и магнитных полей.

Эти машины включают в себя неподвижную и вращающуюся части. В конструкцию неподвижной части, или статора входят станина, главные и дополнительные полюса, подшипниковые щиты и щеточная траверса с графитовыми или медно-графитовыми щетками.

Вращающаяся часть, или ротор, в электрических машинах постоянного тока именуются якорем. Якорь, снабженный коллектором, в электродвигателях играет роль преобразователя частоты, а в генераторах – выпрямителя.

При вращении машины происходит перемещение якоря и статора относительно друг друга. Статор создает магнитное поле, а в обмотке якоря индуцируется э. д. с. Возникает ток, который при воздействии с магнитным полем создает электромагнитные силы, отвечающие за процесс преобразования энергии.

Электрические машины постоянного тока в зависимости от наличия или отсутствия коммутации бывают обычными и униполярными, а по расположению вала — вертикальными и горизонтальными.

По типу переключателей тока их можно подразделить на машины с щеточно-коллекторным и электронным переключателем. Последние называются еще вентильными электродвигателями.

По мощности они делятся на микромашины мощностью до 0,5 кВт, а также, машины малой, средней и большой мощности — 0,5-10 кВт, 10-200 кВт и более 200 кВт соответственно.

По частоте вращения различают тихоходные (до 300 об/мин), средней быстроходности (300-500 об/мин), быстроходные (1500-6000 об/мин) и сверхбыстроходные (более 6000 об/мин) электрические машины постоянного тока.

Источник

Электрические машины постоянного тока: назначение, конструкция, устройство и принцип действия

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

Классификация МПТ

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

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

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

Устройство машины постоянного тока

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

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

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

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

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

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

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

Развитие конструкций МПТ

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

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

Общий принцип образования обмотки якоря

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

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

Петлевые и волновые обмотки якоря

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

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

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

Принцип действия в режиме генератора

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

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

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

Устройство и принцип действия в режиме двигателя

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

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

О физическом механизме наведения ЭДС в проводниках обмотки якоря МПТ

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

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

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

Магнитное поле МПТ при нагрузке

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

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

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

Побочные следствия реакции якоря

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

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

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

Способы борьбы с реакцией якоря

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

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

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

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

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

Источник

Машины постоянного тока устройство и принцип действия

Дата публикации: 26 ноября 2011 .
Категория: Статьи.

В статье рассмотрено устройство простейшей машины постоянного тока, описан ее принцип действия. Дано определение принципа обратимости электрических машин и электромагнитной мощности.

Устройство простейшей машины

На рисунке 1 представлена простейшая машина постоянного тока, а на рисунке 2 дано схематическое изображение этой машины в осевом направлении. Неподвижная часть машины, называемая индуктором, состоит из полюсов и стального ярма, к которому прикрепляются полюсы. Назначением индуктора является создание в машине основного магнитного потока. Индуктор изображенной на рисунке 1 простейшей машины имеет два полюса 1 (ярмо индуктора на рисунке 1 не показано).

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

Основной магнитный поток в нормальных машинах постоянного тока создается обмоткой возбуждения, которая расположена на сердечниках полюсов и питается постоянным током. Магнитный поток проходит от северного полюса N через якорь к южному полюсу S и от него через ярмо снова к северному полюсу. Сердечники полюсов и ярмо также изготовляются из ферромагнитных материалов.

Режим генератора

Рассмотрим сначала работу машины в режиме генератора.

Рисунок 2. Работа простейшей машины постоянного тока в режиме генератора (а) и двигателя (б)

Предположим, что якорь машины (рисунки 1 и 2, а) приводится во вращение по часовой стрелке. Тогда в проводниках обмотки якоря индуктируется э. д. с., направление которой может быть определено по правилу правой руки (рисунок 3, а) и показано на рисунках 1 и 2, а. Поскольку поток полюсов предполагается неизменным, то эта э. д. с. индуктируется только вследствие вращения якоря и называется э. д. с. вращения.

Рисунок 3. Правила правой (а) и левой (б) руки

Значения индуктируемой в проводнике обмотки якоря э. д. с.

где B – магнитная индукция в воздушном зазоре между полюсом и якорем в месте расположения проводника; l – активная длина проводника, то есть та длина, на протяжении которой он расположен в магнитном поле; v – линейная скорость движения проводника.

В обоих проводниках вследствие симметрии индуктируются одинаковые э. д. с., которые по контуру витка складываются, и поэтому полная э. д. с. якоря рассматриваемой машины

Eа = 2 × eпр = 2 × B × l × v.

(1)

Э. д. с. E_а является переменной, так как проводники обмотки якоря проходят попеременно под северным и южным полюсами, в результате чего направление э. д. с. в проводниках меняется. По форме кривая э. д. с. проводника в зависимости от времени t повторяет кривую распределения индукции B вдоль воздушного зазора (рисунок 4, а).

Частота э. д. с. f в двухполюсной машине равна скорости вращения якоря n, выраженной в оборотах в секунду:

а в общем случае, когда машина имеет p пар полюсов с чередующейся полярностью,

Если обмотка якоря с помощью щеток замкнута через внешнюю цепь, то в этой цепи, а также в обмотке якоря возникает ток I_а. В обмотке якоря этот ток будет переменным, и кривая его по форме аналогична кривой э. д. с. (рисунок 4, а). Однако во внешней цепи направление тока будет постоянным, что объясняется действием коллектора. Действительно, при повороте якоря и коллектора (рисунок 1) на 90° и изменении направления э. д. с. в проводниках одновременно происходит также смена коллекторных пластин под щетками. Вследствие этого под верхней щеткой всегда будет находиться пластина, соединенная с проводником, расположенным под северным полюсом, а под нижней щеткой – пластина, соединенная с проводником, расположенным под южным полюсом. В результате этого полярность щеток и направление тока во внешней цепи остаются неизменными.

Рисунок 4. Кривые э. д. с. и тока простейшей машины в якоре (а) и во внешней цепи (б)

Таким образом, в генераторе коллектор является механическим выпрямителем, который преобразовывает переменный ток обмотки якоря в постоянный ток во внешней цепи.

Изменив знак второго полупериода кривой на рисунке 4, а, получим форму кривой тока и напряжения внешней цепи (рисунок 4, б). Образуемый во внешней цепи пульсирующий по значению ток малопригоден для практических целей. Для получения практически свободных от пульсаций тока и напряжения применяют более сложные по устройству обмотку якоря и коллектор. Однако основные свойства машины постоянного тока могут быть установлены на примере рассматриваемой здесь простейшей машины.

Напряжение постоянного тока на зажимах якоря генератора будет меньше E_а на величину падения напряжения в сопротивлении обмотки якоря r_а:

Uа = Eа – Iа × rа.

(3)

Проводники обмотки якоря I_а с током находятся в магнитном поле, и поэтому на них будут действовать электромагнитные силы (рисунок 2, а)

Fпр = B × l × Iа,

(4)

направление которых определяется по правилу левой руки (рисунок 3, б). Эти силы создают механический момент , который называется электромагнитным моментом и на рисунке 2, а равен

Mэм = Fпр × Dа = B × l × Dа × Iа,

(5)

где D_а – диаметр якоря. Как видно из рисунка 2, а, в режиме генератора этот момент действует против направления вращения якоря и является тормозящим.

Режим двигателя

Рассматриваемая простейшая машина может работать также двигателем, если обмотке ее якоря подвести постоянный ток от внешнего источника. При этом на проводники обмотки якоря будут действовать электромагнитные силы F_пр и возникнет электромагнитный момент M_эм. Величины F_пр и M_эм, как и для генератора, определяются равенствами (4) и (5). При достаточном значении M_эм якорь машины придет во вращение и будет развивать механическую мощность. Момент M_эм при этом является движущим и действует в направлении вращения.

Если мы желаем, чтобы при той же полярности полюсов направление вращения генератора (рисунок 2, а) и двигателя (рисунок 2, б) были одинаковы, то направление действия , а следовательно, и направление тока I_а у двигателя должны быть обратными по сравнению с генератором (рисунок 2, б).

В режиме двигателя коллектор превращает потребляемый из внешней цепи постоянный ток в переменный ток в обмотке якоря и работает, таким образом, в качестве инвертора тока.

Проводники обмотки якоря двигателя также вращаются в магнитном поле, и поэтому в обмотке якоря двигателя тоже индуктируется э. д. с. E_а, значение которой определяется равенством (1).

Направление этой э. д. с. в двигателе (рисунок 2, б) такое же, как и в генераторе (рисунок 2, а). Таким образом, в двигателе э. д. с. якоря E_а направлена против тока I_а и приложенного к зажимам якоря напряжения U_а. Поэтому э. д. с. якоря двигателя называется также противоэлектродвижущей силой.

Приложенное к якорю двигателя напряжение уравновешивается э. д. с. E_а и падением напряжения в обмотке якоря:

Uа = Eа + Iа × rа.

(6)

Из сравнения равенств (3) и (6) видно, что в генераторе U_аE_а.

Принцип обратимости

Из изложенного выше следует, что каждая машина постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Такое свойство присуще всем типам вращающихся электрических машин и называется обратимостью.

Для перехода машины постоянного тока из режима генератора в режим двигателя и обратно при неизменной полярности полюсов и щеток и при неизменном направлении вращения требуется только изменение направления тока в обмотке якоря.

Поэтому такой переход может осуществляться весьма просто и в определенных условиях даже автоматически.

Аналогичным образом может происходить изменение режима работы также в машинах переменного тока.

Преобразование энергии

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

Рисунок 5. Направление э. д. с., тока и моментов в генераторе (а) и двигателе (б) постоянного тока

Согласно первому закону Ньютона в применении к вращающемуся телу, действующие на это тело движущие и тормозные вращающие моменты уравновешивают друг друга. Поэтому в генераторе при установившемся режиме работы электромагнитный момент

Mэм = Mв — Mтр — Mс,

(7а)

где M_в – момент на валу генератора, развиваемый первичным двигателем, M_тр – момент сил трения в подшипниках, о воздух и на коллекторе электрической машины, M_с – тормозной момент, вызываемый потерями на гистерезис и вихревые токи в сердечнике якоря. Эти потери мощности появляются в результате вращения сердечника якоря в неподвижном магнитном поле полюсов. Возникающие при этом электромагнитные силы оказывают на якорь тормозящее действие и в этом отношении проявляют себя подобно силам трения.

В двигателе при установившемся режиме работы

Mэм = Mв + Mтр + Mс,

(7б)

где M_в – тормозной момент на валу двигателя, развиваемый рабочей машиной (станок, насос и т. п.).

В генераторе M_эм является тормозным, а в двигателе – вращающим моментом, причем в обоих случаях M_в и M_эм противоположны по направлению.

Развиваемая электромагнитным моментом M_эм мощность P_эм называется электромагнитной мощностью и равна

представляет собой угловую скорость вращения.

Подставим в выражение (8) значение M_эм и Ω из равенств (5) и (9) и учтем, что линейная скорость на окружности якоря

или на основании выражения (1)

В обмотке якоря под действием э. д. с. E_а и тока I_а развивается внутренняя электрическая мощность якоря

Согласно равенствам (10) и (11), P_эм = P_а, т. е. внутренняя электрическая мощность якоря равна электромагнитной мощности, развиваемой электромагнитным моментом, что отражает процесс преобразования механической энергии в электрическую в генераторе и обратный процесс в двигателе.

Умножим соотношения (3) и (6) на I_а. Тогда для генератора будем иметь

Uа × Iа = Eа × Iа – Iа 2 × rа

(12)

и для двигателя

Uа × Iа = Eа × Iа + Iа 2 × rа.

(13)

Левые части этих выражений представляют собой электрические мощности на зажимах якоря, первые члены правых частей – электромагнитную мощность якоря и последние члены – электрические потери мощности в якоре.

Хотя приведенные соотношения получены для простейшей машины постоянного тока (рисунок 1), они действительны и в общем случае при более сложной обмотке якоря, так как э. д. с. и моменты отдельных проводников складываются. Эти соотношения являются выражением закона сохранения энергии и отражают процесс преобразования энергии в машине постоянного тока.

Согласно им, механическая мощность, развиваемая на валу генератора первичным двигателем, за вычетом механических и магнитных потерь, превращается в электрическую мощность в обмотке якоря, а электрическая мощность за вычетом потерь в этой обмотке выдается во внешнюю цепь. В двигателе электрическая мощность, подводимая к якорю из внешней цепи, частично расходуется на потери в обмотке якоря, а остальная часть этой мощности превращается в мощность электромагнитного поля и последняя – в механическую мощность, которая за вычетом потерь на трение и потерь в стали якоря передается рабочей машине.

Установленные выше применимо к машине постоянного тока общие закономерности превращения энергии в равной степени относятся также к машинам переменного тока.

Источник: Вольдек А. И., «Электрические машины. Учебник для технических учебных заведений» – 3-е издание, переработанное – Ленинград: Энергия, 1978 – 832с.

Источник

Конструкция машин постоянного тока

МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Несмотря на преимущественное распространение электроэнергии переменного тока в ряде отраслей промышленности широко используется и постоянный ток. В связи с этим находят широкое применение электрические машины постоянного тока.

Двигатели постоянного тока предназначены для преобразования электрической энергии постоянного тока в механическую энергию, которая передается через вал рабочему органу приводного механизма.

Двигатели постоянного тока обладают важными преимуществом перед другими электродвигателями: они позволяют плавно и в широких пределах регулировать скорость вращения и обладают большим пусковым и перегрузочными моментами, сравнительно высоким быстродействием, что важно при реверсировании и торможении.

Двигатели постоянного тока применяются:

— в электроприводах главного движения и подач металлорежущих станков, штамповочных машин, роботов и манипуляторов, прокатных станов металлургического производства, некоторых типов грузоподъемных механизмов;

— в тяговых электроприводах транспортных средств мощных тягачей различного назначения, трамваев, троллейбусов, тепловозов;

— в электроприводах роторов мощных снегоочистителей;

— как исполнительные элементы автоматических систем управления технологическими процессами и производственными установками.

Машины постоянного тока – обратимые. Они могут работать и как генератор и как двигатель. Конструктивно генераторы и двигатели постоянного тока устроены одинаково. На рис. 5.1 показан продольный разрез двигателя постоянного тока.

Рис. 5.1 -Общий вид двигателя постоянного тока:

1-коллектор, 2 — щеточный аппарат, 3 – якорь, 4 – главные полюса, 5 – катушка обмотки возбуждения, 6 – станина, 7 и 12 подшипниковые щиты, 8 — вентилятор, 9 – лобовые части обмотки статора, 10 — вал, 11-лапы

Машины постоянного тока состоит из двух основных частей: статора – неподвижной части и подвижной части – ротора. В машинах постоянного тока ротор называется якорем.

Основными конструктивными элементами машин постоянного тока (рис. 5.1) являются станина 6 с закрепленными на ней главными 4 и добавочными полюсами, вращающийся якорь 3 с обмоткой возбуждения 5 и коллектором 1 и щеточный аппарат 2. В машинах малой и средней мощностей станина одновременно служит и корпусом, к которому крепятся лапы 11 для установки машины, и частью магнитопровода. По ней замыкается магнитный поток. В большинстве машин станина выполнена массивной, из стальных труб, либо сварной из листов конструкционной стали. В ряде машин станину выполняют шихтованной.

К внутренней поверхности станины крепят главные и добавочные полюсы. Сердечники главных полюсов массивные либо набраны из листов стали толщиной 1 — 2 мм. Сердечники добавочных полюсов, как правило, массивные. На главных полюсах располагаются обмотки возбуждения; их МДС создают рабочий поток машины. Обмотки добавочных полюсов, расположенных по поперечным осям машины, служат для обеспечения нормальной коммутации. Магнитопровод якоря шихтуется из листов электротехнической стали. В машинах малой мощности сердечник якоря насаживается непосредственно на вал со шпонкой и фиксируется в осевом направлении буртиком вала и кольцевой шпонкой. С торцов якоря для предотвращения распушения листов во время работы установлены нажимные шайбы, совмещенные с обмоткодержателями.

На валу 10 двигателя расположен якорь двигателя. Сердечник якоря представляет собой цилиндрический магнитопровод 6, в пазах которого расположена обмотка якоря 7.

Якорь машины постоянного тока в настоящее время выполняется, как правило, барабанного типа. Он состоит из: сердечника якоря 4, набираемого из листовой электротехнической стали толщиной 0,35–0,5 мм. Для уменьшения потерь от вихревых токов листы изолируются друг от друга лаковой или оксидной пленкой. На наружной поверхности сердечника якоря имеются пазы, равномерно распределенные по окружности, в которые укладывается обмотка якоря 5. Обмотка выполняется из специальных медных обмоточных проводов круглого или прямоугольного сечения. Элементы обмотки тщательно изолируются между собой и от сердечника и закрепляются в пазах при помощи клиньев или бандажей из стальной проволоки. Части обмотки, выступающие с торцов сердечника (лобовые соединения) крепятся бандажами.

Секции обмотки якоря присоединены к коллектору 1. К нему же прижимаются пружинами неподвижные щетки 2. Закрепленный на валу двигателя коллектор состоит из ряда изолированных от него и друг от друга медных пластин. С помощью коллектора, и щеток осуществляется соединение обмотки якоря с внешней электрической цепью. У двигателей они, кроме того, служат для преобразования постоянного по направлению тока внешней цепи в изменяющийся по направлению ток в проводниках обмотки якоря.

Обмотки якорей двухслойные. В машинах мощностью до 15 — 20 кВт они выполнены из круглого провода и уложены в полузакрытые пазы. В пазовых частях обмотка крепится пазовыми клиньями, в лобовых — бандажами из стеклоленты или немагнитной стальной проволоки, которые прижимают их к обмоткодержателям. В машинах большой мощности катушки обмотки якоря наматывают из прямоугольного провода и укладывают в открытые пазы. Крепление обмотки либо такое же, как и в машинах малой мощности, т. е. клиньями в пазовой и бандажами в лобовой части, либо бандажами и в пазовой, и в лобовой части. Обмотка якоря присоединяется к коллектору, закрепленному на валу машины. Обычно коллектор выполняется цилиндрического типа, реже торцевого. Продольный разрез цилиндрического коллектора приведен на рис. 5.2.

Рис. 5.2

1 — передний нажимной конус; 2 — пластины коллектора ; 3 — втулка коллектора; 4 — изоляционная манжета; 5 —задний нажимной конус

Коллектор состоит из коллекторных пластин (ламелей) 2, изолированных друг от друга и от элементов крепления миканитовыми прокладками и манжетами 4. С торцов пластины стягиваются нажимными конусами (фланцами) 5. Благодаря специальному выступу (ласточкину хвосту) пластины сжимаются между собой, образуя жесткую конструкцию. Затем коллектор обтачивается, чтобы его рабочая поверхность была строго цилиндрической.

Для соединения обмотки якоря с внешней цепью служит щеточный аппарат. Обычно он состоит из щеточной траверсы с пальцами и щеткодержателей со щетками. Щеткодержатель состоит из обоймы, в которой располагается щетка, и нажимной пружины, прижимающей щетку к коллектору. Все одноименные щетки соединяются между собой сборными шинами, которые выводятся на зажимы машины, как концы обмотки якоря. Обмотка якоря впаивается непосредственно в выступающие части коллекторных пластин или при помощи специальных соединительных проводников (петушков), если разница в диаметрах коллектора и якоря велика.

Дополнительные полюса с расположенной на них обмоткой уменьшают искрение между щетками и коллектором машины. Обмотку дополнительных полюсов соединяют последовательно с обмоткой якоря и на электрических схемах часто не изображают.

Кроме двигателей, имеющих два главных полюса, существуют машины постоянного тока с четырьмя и бόльшим количеством главных полюсов. При этом соответственно увеличивается количество дополнительных полюсов и комплектов щеток.

На корпусе также расположены табличка с паспортными данными и клеммная коробка.

Клеммы на щитке коробки маркируются: начало и конец обмотки якоря А₁ и А₂; параллельной обмотки возбуждения – Е₁ и Е₂ , обмотки дополнительных полюсов – В₁ и В₂ .

Машины постоянного тока: общая информация

Опубликовано:

12.06.2021

Машина постоянного тока — электрическая машина с механи­ческим коммутатором — коллектором, позволяющим осуществ­лять непрерывное электромеханическое преобразование энергии путем превращения постоянного тока в переменный (режим двига­тельный) или переменного тока в постоянный (режим генератор­ный).

Устройство тягового двигателя.

Коммутация — процесс переключения электрических цепей. В машинах постоянного тока этот процесс осуществляется пере­ключателем — коллектором. Таким образом, машины постоянного тока применяют в ка­честве двигателей и в качестве генераторов.

Машина постоянного тока состоит из неподвижной час­ти, служащей для создания главного магнитного поля, и вра­щающейся части — якоря, в которой индуцируется электро­движущая сила (ЭДС). Токи от ЭДС, взаимодействуя с главным магнитным полем, создают тормозной момент в генераторном ре­жиме и вращающий момент в двигательном.

Неподвижная часть состоит из станины, на которой укрепляются основные (главные) полюса для создания главного магнитного поля.

Якорь — часть машины, в обмотке которой, при вращении ее относительно главного магнитного поля, индуцируется ЭДС. В ма­шине постоянного тока якорь состоит из зубчатого сердечника, об­мотки, уложенной в его пазах, и коллектора, насаженного на вал якоря. Сердечник якоря набирается из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, изолированных друг от друга лаком. В пазы сердечника якоря уложена обмотка якоря, состоящая из отдельных секций. Для отвода тока от коллектора служат щетки, установленные в щеткодержателях.

Якорь машины постоянного тока.

Одна из основных частей электрических машин постоянного то­ка — коллектор — полый цилиндр, собранный из изолированных друг от друга клинообразных медных пластин, которые отделены и от вала машины. Проводниками они соединяются с витками обмотки, размещенной в пазах якоря. Вращающаяся об­мотка соединяется с внешней цепью скользящим контактом между щетками и коллектором.

Важнейший классификационный признак машин постоянного тока — способ возбуждения главного магнитного поля. Для этого используется обмотка возбуждения, размещенная на сердечниках полюсов машины. Все рабочие характеристики машин постоянного тока при работе как в режиме генератора, так и в режиме двигателя зависят от способа включения цепи возбуждения по отношению к цепи якоря. Соединение этих цепей может быть параллельным, по­следовательным, смешанным, и, наконец, цепи эти могут быть не­зависимы одна от другой, в соответствии с чем принято различать параллельное, последовательное, смешанное и независимое возбуж­дение машин.

Рисунок 1. Электрические машины 2-ух типов: общепромышленного применения и специализированного назначения.

Машины постоянного тока, за исключением крупных машин предельной мощности (главным образом двигателей и генераторов, используемых в системе привода прокатных станов, блюмингов и слябингов), выпускают в нашей стране серийно. Основная серия машин общепромышленного применения — единая серия П, которая ох­ватывает весь необходимый диапазон мощностей и частот враще­ния. Кроме нее выпускают ряд других специализированных серий: тяговые, краново-металлургические, судовые, для привода вспо­могательных систем автомобилей, тракторов и самолетов, для систем автоматического регулирования и др.

Единая серия П включает в себя электрические машины 2-ух типов: общепромышленного применения (рис. 1) и специализированного назначения.

Электродвигатели общепромышленного применения допускают регулирование частоты вращения не более чем в отношении 1:2. Исполнение защищенное — машины предохранены от случайного прикосновения к вращающимся и токоведущим частям, а также от попадания внутрь посторонних предметов.

Электродвигатели специализированного назначения имеют за­крытое исполнение, которое исключает непосредственное сообще­ние между их внутренним пространством и окружающей средой. Они отличаются разнообразием механических характеристик, ши­рокими пределами регулирования частоты вращения.

Генераторы общепромышленного применения имеют параллель­ное или смешанное самовозбуждение. Применяются для питания цепей управления, электродвигателей и машин постоянного тока.

Генераторы специализированного назначения предназначены для зарядки аккумуляторных батарей, питания мощных специали­зированных двигателей постоянного тока и т.д. В зависимости от мощности машины единой серии П делятся на 3 группы: I — 0,3-200 кВт; II —200-1400 кВт; III — свыше 1400 кВт.

Устройство машин постоянного тока — white-santa.ru

 

 Все машины постоянного тока так же, как и все электрические двигатели состоят из двух основных составных частей, подвижную и неподвижную.

Роль неподвижной части выполняет станина, а вращающаяся (подвижная) часть якорь.

 На станине устанавливаются главные полюсы, которые возбуждают главный магнитный поток, и дополнительный полюсы для лучшей коммутации в машине.

Главные полюсы представлены в виде сердечника, изготовляемого из электротехнической стали. Он снабжен болтом для крепления к станине и полюсным наконечниками, для нормального распределения магнитного потока.

Станина это ярмо машины, на которой замыкается магнитная цепь главного потока. Как и главные полюсы, станина изготавливается из листовой электротехнической стали. На главные полюсы наматывается обмотка возбуждения. На дополнительная полюса наматывается обмотка, которая соединяется последовательно с якорем.

Якорь представляет собой вал, на который насажены подшипники, зубчатый сердечник, рабочая обмотка и коллектор.

 

Все машины постоянного тока снабжаются коллектором, это устройство, представляющее собой полый цилиндр, собранный из медных или бронзовых изолированных друг от друга и от вала пластин. К этим пластинам припаяны витки рабочей обмотки, которая размещается в пазах сердечника якоря. На эту обмотку подается постоянный рабочий ток, через скользящий контакт щеток по коллектору. В зависимости от вида машины постоянного тока: генератор или двигатель, щетки могут служить для отвода (генератор), или подачи (двигатель) постоянного тока.

Щетки устанавливаются в щеткодержателях, для надежного контакта с коллектором, щетки прижимает пружина. Щетки могут быть графитовые или медно графитовые. Щёткодержатели устанавливают на траверсе, которая позволяет регулировать положение щетки относительно коллектора.

В зависимости от способа возбуждения машины постоянного тока (последовательно, параллельно, независимо и смешано), может изменяться площадь поперечного сечения обмоточного провода.

Двигатели постоянного тока — Устройство, принцип действия электродвигателя

Электрическая машина постоянного тока состоит из статора, якоря, коллектора, щеткодержателя и подшипниковых щитов (рисунок 1). Статор состоит из станины (корпуса), главных и добавочных полюсов, которые имеют обмотки возбуждения. Эту неподвижную часть машины иногда называют индуктором. Главное его назначение — создание магнитного потока. Станина изготавливается из стали, к ней болтами крепятся главные и добавочные полюса, а также подшипниковые щиты. Сверху на станине имеются кольца для транспортирования, снизу — лапы для крепления машины к фундаменту. Главные полюса машины набираются из листов электротехнической стали толщиной 0,5 -1 мм с целью уменьшения потерь, которые возникают из-за пульсаций магнитного поля полюсов в воздушном зазоре под полюсами. Стальные листы сердечника полюса спрессованы и скреплены заклепками.

Рисунок 1 – Машина постоянного тока:
I — вал; 2 — передний подшипниковый щит; 3 — коллектор; 4 — щеткодержатель; 5 — сердечник якоря с обмоткой; б — сердечник главного полюса; 7 — полюсная катушка; 8 — станина; 9 — задний подшипниковый щит; 10 — вентилятор; 11 — лапы; 12 — подшипник

Рисунок 2 – Полюса машины постоянного тока:
а — главный полюс; б — дополнительный полюс; в — обмотка главного полюса; г — обмотка дополнительного полюса; 1 — полюсный наконечник; 2 — сердечник
В полюсах различают сердечник и наконечник (рисунок 2). На сердечник надевают обмотку возбуждения, по которой проходит ток, создавая магнитный поток. Обмотка возбуждения наматывается на металлический каркас, оклеенный электрокартоном (в больших машинах), или размещается на изолированном электрокартоном сердечнике (малые машины). Для лучшего охлаждения катушку делят на несколько частей, между которыми оставляют вентиляционные каналы. Добавочные полюса устанавливаются между главными. Они служат для улучшения коммутации. Их обмотки включаются последовательно в цепь якоря, поэтому проводники обмотки имеют большое сечение.
Якорь машины постоянного тока состоит из вала, сердечника, обмотки и коллектора. Сердечник якоря собирается из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм и спрессовывается с обеих сторон с помощью нажимных шайб. В машинах с радиальной системой вентиляции листы сердечника собираются в отдельные пакеты толщиной 6-8 см, между которыми делают вентиляционные каналы шириной 1 см. При осевой вентиляции в сердечнике выполняют отверстие для прохождения воздуха вдоль вала. На внешней поверхности якоря имеются пазы для обмотки.

Рисунок 3 – Расположение секции обмотки якоря в пазах сердечника
Обмотка якоря изготавливается из медных проводов круглого или прямоугольного сечения в виде заранее выполненных секций (рисунок 3). Они укладываются в пазы, где тщательно изолируются. Обмотку делают двухслойной: размещают в каждом пазу две стороны разных якорных катушек — одну над другой. Обмотку закрепляют в пазах клиньями (деревянными, гетинаксовыми или текстолитовыми), а лобовые части крепят специальным проволочным бандажом. В некоторых конструкциях клинья не применяют, а обмотку крепят бандажом. Бандаж изготовляют из немагнитной стальной проволоки, которая наматывается с предварительным натяжением. В современных машинах для бандажировки якорей используют стеклянную ленту.
Коллектор машины постоянного тока собирается из клиноподобных пластин холоднокатаной меди. Пластины изолируют одну от другой прокладками из коллекторного миканита толщиной 0,5 — 1 мм. Нижние (узкие) края пластин имеют вырезы в виде ‘ласточкина хвоста’, которые служат для крепления медных пластин и миканитовой изоляции. Коллекторы крепят нажимными конусами двумя способами: при одном из них усилие от зажима передается только на внутреннюю поверхность ‘ласточкина хвоста’, при втором — на ‘ласточкин хвост’ и конец пластины.
Коллекторы с первым способом крепления называют арочными, со вторым — клиновыми. Наиболее распространены арочные коллекторы.
В коллекторных пластинах со стороны якоря при небольшой разнице в диаметрах коллектора и якоря делают выступы, в которых фрезеруют прорези (шлицы). В них укладывают концы обмотки якоря и припаивают оловянистым припоем. При большой разнице в диаметрах припайка к коллектору делается с помощью медных полосок, которые называются ‘петушками’.
В быстроходных машинах большой мощности для предотвращения выпучивания пластин под действием центробежных сил применяют внешние изолированные бандажные кольца.
Щеточный аппарат состоит из траверсы, щеточных пальцев (болтов), щеткодержателей и щеток. Траверса предназначена для крепления на ней щеточных пальцев щеткодержателей, образующих электрическую цепь.
Щеткодержатель состоит из обоймы, в которую помещается щетка, рычага для прижима щетки к коллектору и пружины. Давление на щетку составляет 0,02 — 0,04 МПа.
Для соединения щетки с электрической цепью имеется гибкий медный тросик.
В машинах малой мощности применяют трубчатые щеткодержатели, которые крепят в подшипниковом щите. Все щеткодержатели одной полярности соединяются между собой сборными шинами, которые подключаются к выводам машины.
Щетки (рисунок 4) в зависимости от состава порошка, способа изготовления и физических свойств разделяют на шесть основных групп: угольно-графитовые, графитовые, электрографитовые, медно-графитовые, бронзографитовые и серебряно-графитовые.
Подшипниковые щиты электрической машины служат в качестве соединительных деталей между станиной и якорем, а также опорной конструкцией для якоря, вал которого вращается в подшипниках, установленных в щитах.

Рисунок 4 – Щетки:
а — для машин малой и средней мощности; б — для машин большой мощности; 1 — щеточный канатик; 2 — наконечник
Различают обычные и фланцевые подшипниковые щиты.
Подшипниковые щиты изготовляют из стали (реже из чугуна или алюминиевых сплавов) методом литья, а также сварки или штамповки. В центре щита делается расточка под подшипник качения: шариковый или роликовый. В машинах большой мощности в ряде случаев используют подшипники скольжения.
В последние годы статор двигателей постоянного тока собирают из отдельных листов электротехнической стали. В листе одновременно штампуются ярмо, пазы, главные и добавочные полюса.

Устройство и работа машины постоянного тока

Устройство машины постоянного тока

Электрическая машина постоянного тока — машина, в которой при установившемся режиме ее работы электрическая энергия, участвующая в ее энергопреобразовательном процессе, является энергией практически постоянного тока.

Любая электрическая машина состоит, как правило, из двух составных частей: неподвижной части — статора, располагаемой обычно снаружи, и вращающейся внутренней части — ротора. Ротор современной машины постоянного тока малой и средней мощности состоит из вала и насаженных на него якоря, коллектора и вентилятора для охлаждения машины.

В тихоходных больших машинах постоянного тока охлаждение достигается независимым вентилятором, в больших быстроходных машинах постоянного тока открытого исполнения достаточное охлаждение достигается вентилирующим действием вращения якоря. При закрытом исполнении машин применяют наружную вентиляцию.

Не практике термин ротор в применении к машинам постоянного тока не используется. Всю вышеперечисленную совокупность вращающихся деталей называют по имени главной из них якорем. Таким образом, на практике термин якорь имеет двоякое значение: во-первых, совокупность вращающихся частей машины постоянного тока, во-вторых, собственно якорь.

Статор современной машины постоянного тока состоит из: ярма, главных, или основных, магнитных полюсов с намагничивающими их катушками из изолированного или голого медного провода круглого или прямоугольного сечения и из добавочных, или коммутационных, магнитных полюсов с намагничивающими их катушками из изолированного или из голого (с изоляционными прокладками) медного провода круглого или прямоугольного сечения.

Термин статор в применении к машинам постоянного тока на практике не используется, вместо него пользуются термином магнитная система или индуктор. Термин ярмо также заменяют на практике термином машины постоянного тока, так как в качестве конструктивной части машины ярмо выполняет эту роль.

Коллекторный скользящий контакт

Электромашинный коллектор, являющийся вращающейся частью коллекторного скользящего электрического контакта, состоит из токопроводящих медных сегментообразных пластин, собранных на валу в цилиндр и изолированных друг от друга и от вала, на котором они укрепляются неподвижно. Каждая коллекторная пластина соединяется электрически неравномерно распределенными по обмотке точками. Неподвижная часть коллекторного контакта состоит из таких же неподвижных электромашинных щеток. Число щеток берется по числу нужных ответвлений от обмотки.

Особенности машин постоянного тока

Являясь одноякорной электрической машиной, коллекторная машина постоянного тока может быть с параллельным, с последовательным, а также с последовательно-параллельным, или смешанным, возбуждением.

КОНСУЛЬТАЦИЯ ЮРИСТА

УЗНАЙТЕ, КАК РЕШИТЬ ИМЕННО ВАШУ ПРОБЛЕМУ — ПОЗВОНИТЕ ПРЯМО СЕЙЧАС

8 800 350 84 37

В машине со смешанным возбуждением на индукторе имеется либо основная индукторная обмотка, соединяемая параллельно с якорной обмоткой, и вспомогательная возбуждающая обмотка, соединяемая последовательно с якорной обмоткой, либо основная индукторная обмотка, соединяемая с якорной обмоткой последовательно, и вспомогательная возбуждающая обмотка, соединенная параллельно с якорной обмоткой.

Возможно также устройство машины постоянного тока с независимым возбуждением. Она получается если в ней индукторную, возбуждающую обмотку отсоединить от якоря и присоединить к независимому источнику постоянного тока неизменного напряжения.

Генераторы постоянного тока делают или с независимым возбуждением или с самовозбуждением. При независимом возбуждении цепь возбуждающей обмотки питается от независимого источника постоянного тока, т. е. либо от сети постоянного тока, питаемой другим генератором постоянного тока, либо от аккумуляторной батареи, либо от генератора постоянного тока, специально предназначенного для питания возбуждающей обмотки данного генератора.

Мощность такого вспомогательного генератора, называемого возбудителем, составляет всего несколько процентов от мощности того генератора, обмотку возбуждения которого он питает. Если возбудитель жестко соединяется с возбуждаемым генератором, то его называют пристроенным возбудителем.

Если цепь возбуждающей обмотки присоединена к зажимам генератора, то имеем генератор с параллельным возбуждением (или генератор параллельного возбуждения), или параллельный генератор. Обычно его называют шунтовым генератором постоянного тока.

Если цепь возбуждающей обмотки соединяется с цепью якоря последовательно, то имеем генератор с последовательным возбуждением (или генератор последовательного возбуждения), или последовательный генератор. Иногда его называют сериесным генератором постоянного тока.

Главные детали машины

Собственно якорь представляет собой цилиндрической формы, состоящее из большого числа дисков специальной тонкой листовой электротехнической стали, плотно спрессованных.

По наружной окружности якоря равномерно располагаются полученные путем штамповки пазы или впадины, в которых укладывается и укрепляется составленная по определенным правилам электрическая цепь из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения, называемая обмоткой якоря. Обмотка якоря является той частью машины постоянного тока, в которой индуктируется электродвижущая сила и протекает ток.

Коллектор имеет цилиндрическую форму и состоит из медных пластин, изолированных друг от друга и от крепящих их частей. Пластины коллектора электрически соединяются с определенными точками якорной обмотки равномерно распределенными по окружности якоря.

Главные, или основные, магнитные полюсы состоят из сердечников полюсов и уширенной в сторону якоря торцевой части полюса, называемой полюсным наконечником, или полюсным башмаком.

Сердечник и башмак штампуют совместно из листовой электротехнической стали в виде пластин соответствующей формы, которые затем спрессовывают и скрепляют в монолитное тело. Главные магнитные полюсы создают основной магнитный поток машины, от перерезывания которого вращающейся якорной обмоткой в ней индуктируется э д. с. машины.

Добавочные магнитные полюса, имеющие узкую форму и располагаемые в промежутках между главными магнитными полюсами, делают из катаной стали, иногда их штампуют из тонких листов электротехнической стали, как и главные полюсы. С торца, обращенного к якорю, их снабжают иногда полюсным башмаком прямоугольной формы, со скосами или без них. Добавочные магнитные полюса служат для обеспечения безискровой работы коллектора.

В больших машинах постоянного тока, предназначаемых для тяжелых условий работы, в полюсных башмаках главных магнитных полюсов, которым в этом случае придают особо развитую форму, проштамповывают ряд пазов для укладки в них компенсационной обмотки. Она предназначается для воспрепятствования искажению формы распределения индукции основного магнитного потока в пространстве, отделяющем полюсный башмак от якоря. Это пространство называется междужелезным пространством, или главным электромашинным зазором.

Компенсационная обмотка выполняется, как и прочие обмотки машины, из меди и изолируется. Обмотки добавочных полюсов и компенсационная обмотка соединяются с обмоткой якоря последовательно.

На коллектор опираются щетки, как правило, угольные, имеющие прямоугольную форму сечения. Их устанавливают по образующим цилиндрической поверхности коллектора, называемым коммутационными зонами. Обычно число коммутационных зон равно числу полюсов машины.

Щетки вставляют в обоймы щеткодержателей с пружинами, прижимающими щетки к поверхности коллектора. Щетки одного и того же зонного комплекта электрически соединяют друг с другом, а зонные комплекты одной и той же полярности (т. е. через зону) соединяют электрически друг с другом и присоединяют к соответствующему внешнему зажиму машины.

Внешние зажимы машины укрепляют на доске зажимов, которую скрепляют к ярму машины и прикрывают предохранительной крышкой с отверстием внизу для соединения к зажимам проводов от электрической сети. Зажимы с крышкой образуют так называемую коробку зажимов.

Часто вместо «зонный комплект щеток» обычно говорят «щетка», подразумевая под этим совокупность всех щеток одной коммутационной зоны. Совокупность всех зонных комплектов щеток данной машины образует ее полный комплект щеток, который обычно называют сокращенно комплектом щеток.

Щетки, щеткодержатели, пальцы (или бракеты) и траверса (или суппорт) составляют так называемый токособирательный аппарат машины постоянного тока. В него входят также соединения между собой зонных комплектов щеток одной и той же полярности.

Концы вала якоря машины, называемые шейками вала, вставляют в подшипники. В небольших и средних машинах подшипники укрепляют в подшипниковых щитах, которые в то же время выполняют роль защиты машины от внешних воздействий, а также служат для полного закрытия машины, если она выполняется закрытой.

Малые машины постоянного тока с подшипниковыми щитами не имеют, как правило, фундаментной плиты, их устанавливают на болтах, которые крепят к бетонному или кирпичному фундаменту, или к полу, или на особых балочках, называемых салазками.

Иногда генераторы, а также двигатели, имеют всего один подшипник. Другой конец вала имеет фланец или обрабатывается под насадку полумуфты для соединений со свободным концом вала приводного двигателя (в случае генератора) или механизма (в случае двигателя).

Источник: http://electricalschool.info/spravochnik/maschiny/2072-ustroystvo-mashiny-postoyannogo-toka.html

Устройство и принцип действия машин постоянного тока

Машина постоянного тока представляет собой достаточно сложный механизм, который четко должен выполнять свои функции. Для того чтобы она всегда работала стабильно, необходимо, чтобы каждая мелкая деталь идеально выполняла своё предназначение. В этом случае всё вместе будет представлять единый целостный механизм, спокойно выполняющий главную задачу.

Устройство всей машины

В зависимости от видов машин постоянного тока схема может немного меняться, но в целом она универсальна. В устройстве обязательно находятся:

• Коллектор. Он необходим для того, чтобы выпрямлять переменный ток в постоянный. Фактически, это сердцевина подобной машины, ее главный действующий элемент.
• Щетки. Они необходимы для лучшего контакта и коммутации. Если щётки работают правильно, то искрения не будет.
• Сердечник якоря. Он необходим для того, чтобы стать основой для обмотки.
• Главный полюс. Это основа для создания магнитного поля.
• Катушки. Эти устройства представляют собой разнополярное устройство, необходимое для возникновения постоянного тока.
• Корпус или станина. Представляет собой неподвижную часть, необходимую для подключения полюсов и создания стабильного магнитного поля.
• Подшипниковый щит. Он соединяет статор и ротор. Чем он прочнее, тем больше срок эксплуатации всей машины. К счастью, данная деталь может чиниться.
• Вентилятор. Это устройство необходимо для предотвращения перегрева всей машины.
• Обмотка якоря. Именно в ее волокнах образуется и индуцируется ЭДС.

Обязательно нужно четко понимать устройство машин постоянного тока, чтобы правильно их эксплуатировать, а также в случае необходимости произвести ремонт.

Устройство главных полюсов↑

Главный полюс представляет собой сердечник, состоящий из листов специальной электротехнической стали. На него в определенном порядке насаживаются катушки с последовательной и параллельной обмоткой. Основной функцией данной детали становится образование магнитного поля. Также, имеются такие детали, как наконечник для выравнивания поля.

Детали

• обмотка главного полюса
• сердечник
• наконечник
• болт крепления
• станина
• якорь

Если все эти детали хорошо работают, то в результате образуется магнитное поле. Принцип действия машин постоянного тока не обходится без него.

Для создания магнитного поля и его надежности также используются дополнительные полюса. Они изготавливаются по тому же принципу, но немного проще.

Устройство катушек↑

Катушки, про которые постоянно упоминают при устройстве машины постоянного тока, на самом деле представляют собой классические устройства. Они могут предназначаться для главных и побочных полюсов. Катушкой подобное устройство называется за то, что это обмотка определенным образом добавленная на основу. На одной её стороне находится плюс, а на другой — минус. За счет этого можно «играть» с полярностью, добиваясь возникновения поля и настраивая его.

Устройство сердечника и якоря↑

Якорь представляет собой центральную вращающую часть, которая задаёт движение всему агрегату. Сердечник также является центром всего якоря, на котором в дальнейшем будет находиться обмотка и крепится другие детали.

Внешне он напоминает цилиндр, но вовсе не является простой цельной фигурой, скорее – это наборной элемент. На центральную ось набираются кольца или сегменты листовой стали, которые чередуются между собой в определенной направленности. Основным отличием является тот факт, что на внешней их части присутствует огромное количество специальных пазов, которые обеспечивают дальнейшее крепление. В конце они фиксируются с коллектором и становятся единым целым с ним, образуя замкнутую обмотку.

Инженерный центр «ПрофЭнергия» имеет все необходимые инструменты для качественного проведения испытания машин постоянного тока, слаженный коллектив профессионалов и лицензии, которые дают право осуществлять все необходимые испытания и замеры. Оставив выбор на электролаборатории «ПрофЭнергия» вы выбираете надежную и качествунную работу своего оборудования!

Если хотите заказать испытание машин постоянного тока или задать вопрос, звоните по телефону: +7 (495) 181-50-34 .

Устройство якорных катушек↑

Якорные катушки иными словами называют полукатушками. Обусловлено это небольшим количеством витков (от двух до шести). Также, они имеют маленькую толщину. Основное предназначение и принцип работы их схож с обычными катушками, однако есть и некоторые отличия.

В первую очередь – это двойная головка, на которой отсутствуют выводные концы. В якоре они соединяются с коллекторными пластинами, поэтому конструкция устройства довольно необычная. Катушки могут состоять из нескольких секций, каждая из которых соединяется с коллектором при помощи припаивания.

Устройство коллектора↑

Коллектор по внешнему виду напоминает небольшой цилиндр. Он сделан из меди. Между слоями металла располагается слюда или миканит. В зависимости от необходимой мощности машины может меняться и сам состав материалов коллектора.

К этому цилиндру в дальнейшем крепятся щетки, а также обмотка различной полярности. Основная сложность в его конструкции заключается в том, что это не цельный цилиндр, а собранное особым образом устройство. Данную деталь формируют огромное количество клиновидных медных пластин. Между собой они не должны соприкасаться, поэтому обязательно имеются прослойки и прокладки из другого материала.

Готовый цилиндр надежно крепится на валу якоря при помощи специального болта и становится центром всей машины, преобразующей переменный ток в постоянный. Он может быть практически любого размера, но от этого будет изменяться мощность всего устройства.

Устройство щеткодержателей↑

Держатели для щеток обеспечивают их плотное прижатие и идеальное движение. Именно они делают так, чтобы контакты не тёрлись с коллектором. Обязательно просчитывается так, чтобы относительно полюсов машины щетки не меняли свое положение. Они максимально прочно соприкасаются с коллектором, благодаря пружинам, имеющимся в держателях. Также, обеспечивается вращение для идеальной работы.

В зависимости от конкретной машины, держатели могут быть разными по форме и материалам. Однако принцип действия их остается неизменным в любом случае.

Устройство щеток↑

Сами щетки представляют собой прямоугольные бруски. Они находятся на внешней стороне устройства и их легко можно увидеть, не разбирая машину. Иногда, в случае возникновения неисправности, именно тут возникает само искрение, символизирующее о необходимости принимать меры. Основными материалами, из которых изготавливаются щётки, являются графит, кокс, а также некоторые другие компоненты.

Принцип действия↑

Принцип действия машин постоянного тока непосредственно соединен с понятием назначения. Подобные технологии применяются, как в электродвигателях, так и в генераторах. В зависимости от мощности и характеристик их можно использовать в любых отраслях, от промышленности до различных автоматических систем.

Подобные двигатели достаточно дороги и сложны, поэтому они пока не вошли в широкое обращение и используются только лишь при необходимости. Особую популярность такие машины обрели в натуральном хозяйстве, в любых передвижных установках, а также выступают в качестве источника энергии, если её тяжело получить другим способом.

История

У подобного устройства достаточно богатая история. Еще в 19 веке, в 1821 году подобная идея появилась у Фарадея, который и начал ее продвигать. Первый же двигатель был создан русским ученым Якоби. Он же и старался его развивать.

В начале 20 века огромное количество ученый пробовали усовершенствовать данную машину и увеличивать её мощность. Это получалось все лучше и лучше с каждым годом. Единственной проблемой оставалось искрение и ненадежность, но затем и она снялась с улучшением коммутации.

Принцип

Работу двигателя можно объяснить достаточно легко. В обмотке возбуждения, которая надежно соединяется с полюсами, начинает образовываться ток. За счёт стабильного вращения и одного направления ЭДС он становится постоянным. Когда постепенно проводники перемещаются от одного полюса к другому, ЭДС меняет знак своей полярности. Но количество проводников неизменно, а значит, и сила тока остается постоянной по своей величине и характеристикам.

Сердцевиной для выполнения подобных работ становится коллектор. Машиной постоянного тока фактически можно назвать абсолютно любую технику, которая имеет коллектор, якорь с обмоткой, а также внешнюю электрическую цепь. В результате всё это даёт возможность преобразовывать переменный ток в постоянный. В нынешнее время присутствует огромное количество разнообразных машин, которые различаются по мощности, размерам и материалам, однако основа у них одна, начиная с 19 века, которая была открыта Фарадеем.

Источник: http://energiatrend.ru/news/ustroistvo-i-princip-deystviya-mashin-postoyannogo-toka

Конструкция машины постоянного тока

Дата публикации: 03 декабря 2011 .
Категория: Машины постоянного тока.

В статье описано устройство стандартной машины постоянного тока. Рассмотрено, что из себя представляют главный и дополнительный полюс, якорь, коллектор и щеточный аппарат.

Рассмотрим несколько подробнее устройство машины постоянного тока и приведем краткое описание ее главных конструктивных элементов.

Конструкция полюсов

На рисунке 1 изображен полюс машины. Сердечники полюсов набираются из листов, выштампованных из электротехнической стали толщиной 0,5 – 1 мм, а иногда также из листов конструкционной стали толщиной до 2 мм. Так как магнитный поток полюсов в стационарных режимах не изменяется, то листы друг от друга обычно не изолируются. Сердечник полюса стягивается шпильками, концы которых расклепываются. Нижняя, уширенная, часть сердечника называется полюсным наконечником или башмаком. Расположенная на полюсе обмотка часто разбивается на 2 – 4 катушки для лучшего ее охлаждения.

Рисунок 1. Главный полюс машины постоянного тока

Число главных полюсов всегда четное, причем северные и южные плюсы чередуются, что достигается соответствующим соединением катушек возбуждения отдельных полюсов. Катушки всех полюсов соединяются обычно последовательно. Мощность, затрачиваемая на возбуждение, составляет около 0,5 – 3% от номинальной мощности машины. Первая цифра относится к машинам мощностью в тысячи киловатт, а вторая – к машинам мощностью около 5 кВт.

Для улучшения условий токосъема с коллектора в машинах мощностью более 0,5 кВт между главными полюсами устанавливаются также дополнительные полюсы, которые меньше главных по своим размерам. Сердечники дополнительных полюсов обычно изготавливаются из конструкционной стали.

Как главные, так и дополнительные полюсы крепятся к ярму с помощью болтов. Ярмо в современных машинах обычно выполняется из стали (из стальных труб в машинах малой мощности, из стального листового проката, а также из стального литья). Чугун вследствие относительно малой магнитной проницаемости не применяется.

В машинах постоянного тока массивное ярмо является одновременно также станиной, т. е. той частью, к которой крепятся другие неподвижные части машины и с помощью которой машина обычно крепится к фундаменту или другому основанию.

Конструкция якоря

Рисунок 2. Диск (а) и сегмент (б) стали якоря

Сердечник якоря набирается из штампованных дисков (рисунок 2, а) электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Диски насаживаются либо непосредственно на вал (при D_а ≤ 75 см), либо набираются на якорную втулку (D_а ≥ 40 см), которая надевается на вал. Сердечники якоря диаметром 100 см и выше составляют из штампованных сегментов (рисунок 2, б) электротехнической стали. Сегменты набираются на корпус якоря, который изготовляется обычно из листового стального проката и с помощью втулки соединяется с валом. Для крепления к корпусу якоря сегменты отштамповываются с гнездами для ласточкиных хвостов либо с выступающими ласточкиными хвостами (рисунок 3).

Видео удалено.

Видео (кликните для воспроизведения).

Рисунок 3. Крепление сегментов стали якоря с помощью ласточкиных хвостов

1 – вентиляционные распорки; 2 – лист стали якоря; 3 – стяжной болт; 4 – ребро ступицы якоря; 5 – лист ступицы якоря

В сердечнике якоря в зависимости от выбранной системы вентиляции могут быть аксиальные или радиальные каналы. Аксиальные каналы образуются выштампованными в дисках сердечника отверстиями. Радиальные каналы создаются с помощью вентиляционных распорок или ветрениц, посредством которых сердечник якоря (рисунок 4) подразделяется на отдельные пакеты 1 шириной 40 – 70 мм и каналы 2 между ними шириной около 5 – 10 мм. Ветреницы приклепываются или привариваются к крайним листам пакетов. Сердечник якоря крепится с помощью нажимных плит или фланцев 6.

Рисунок 4. Сердечник якоря с обмоткой

В пазы на внешней поверхности якоря укладываются катушки обмотки якоря. Выступающие с каждой стороны из сердечника якоря (рисунок 4) лобовые части обмотки 3 имеют вид цилиндрического кольца и своими внутренними поверхностями опираются на обмоткодержатели 5, а по внешней поверхности крепятся проволочными бандажами 7. Обмотка соединяется с коллектором 4.

Воздушный зазор между полюсами и якорем в малых машинах менее 1 мм, а в крупных – до 1 см.

Конструкция коллектора

Рисунок 5. Коллектор

Устройство коллектора машины небольшой мощности показано на рисунке 5. Он состоит из медных пластин 1 толщиной 3 – 15 мм, изолированных друг от друга миканитовыми прокладками толщиной около 1 мм. Пластины имеют трапецеидальное сечение и вместе с прокладками составляют кольцо, которое скрепляется с помощью нажимных фланцев 4, стянутых стяжными болтами 7. От нажимных фланцев пластины коллектора изолируются миканитовыми коллекторными манжетами 2. Собранный коллектор крепится на валу 6 с помощью шпонки 5. К каждой пластине коллектора присоединяются соединительные проводники – «петушки» 3 – от обмотки якоря.

Подобное в принципе устройство имеют коллекторы подавляющего большинства машин. В последнее время в малых машинах коллекторные пластины с миканитовыми прокладками часто запрессовывают на пластмассу.

Конструкция щеточного аппарата

Для отвода тока от вращающегося коллектора и подвода к нему тока применяется щеточный аппарат, который состоит из щеток, щеткодержателей, щеточных пальцев, щеточной траверсы и токособирающих шин.

Одна из типичных конструкций щеткодержателя показана на рисунке 5. Щеткодержатели укрепляются на щеточных пальцах. На каждом щеточном пальце обычно помещают несколько или целый ряд щеткодержателей со щетками, которые работают параллельно. Щеточные пальцы, число которых обычно равно числу главных полюсов, крепятся к щеточной траверсе (рисунок 7)

Рисунок 6. Щеткодержатель со щеткой
1 – обойма щеткодержателя; 2 – щетка; 3 – нажимная пружина; 4 – токоведущий кабель; 5 – колодки для крепления к пальцу

Рисунок 7. Крепление щеточного пальца к траверсе
1 – палец; 2 – траверса; 3 – изоляция; 4 – токособирательная шина

и электрически изолируются от нее. Траверса крепится к неподвижной части машины: в машинах малой и средней мощности – к втулке подшипникового щита, а в крупных машинах – к станине. Обычно предусматривается возможность поворота траверсы для установки щеток в правильное положение. Полярности щеточных пальцев чередуются, и все пальцы одной полярности соединяются между собой сборными шинами. Шины с помощью отводов соединяются с выводными зажимами или с другими обмотками машины.

Коллектор и щеточный аппарат являются весьма ответственными узлами машины, от конструкции и качества изготовления которых в большой степени зависит бесперебойная работа машины и надежность электрического контакта между коллектором и щетками.

Общий вид машины постоянного тока

На рисунке 8 приведен чертеж, а на рисунке 9 – фотография машины постоянного тока в разобранном виде.

Рисунок 8. Общий вид электродвигателя постоянного тока 14 кВт, 220В, 1500 об/мин
1 – люковая крышка; 2 – коллекторная пластина; 3 – крепление коллектора пластмассой; 4 – кольцо для размещения корректирующих масс; 5 – траверса; 6 – передний подшипниковый щит; 7 – вал; 8 – обмоткодержатель; 9 – бандаж лобовых частей якоря; 10 – катушка добавочного полюса; 11 – сердечник добавочного полюса; 12 – станина; 13 – рым; 14 – сердечник якоря; 15 – сердечник главного полюса; 16 – катушка главного полюса; 17 – вентилятор; 18 – задний подшипниковый щит; 19 – задняя крышка подшипника; 20 – шариковый подшипник; 21 – передняя крышка подшипника; 22 – свободный конец вала; 23 – паз якоря; 24 – соединительные провода (выводы) от обмоток к доске выводов; 25 – коробка выводов

Видео 1. Устройство машины постоянного тока

Рисунок 9. Электродвигатель постоянного тока типа П52, 8 кВт, 220 В, 43 А, 1500 об/мин

Одноякорные машины постоянного тока строятся мощностью до 10 МВт и напряжением преимущественно до 1000 В. Для электрифицированных железных дорог выпускаются также машины напряжением до 1500 В. На напряжения свыше 1500 В машины постоянного тока изготавливаются редко, так как с увеличением напряжения условия токосъема с коллектора ухудшаются.

В отдельных случаях (мощные ледоколы, приводы аэродинамических труб и пр.) требуются двигатели постоянного тока мощностью 15 – 30 МВт. В машинах с одним якорем получение таких мощностей не возможно, и поэтому строятся двух-, трех- и четырехъякорные машины, которые представляют собой многомашинные агрегаты с общим валом.

Источник: Вольдек А. И., «Электрические машины. Учебник для технических учебных заведений» – 3-е издание, переработанное – Ленинград: Энергия, 1978 – 832с.

Источник: http://www.electromechanics.ru/direct-current/229-the-device-of-the-engine-of-a-direct-current.html

Электрические машины переменного тока

Электрические машины служат для превращения механической энергии в электрическую (генераторы переменного и постоянного тока) и для обратного превращения (электродвигатели).

Во всех указанных случаях используются в сущности три основных открытия в области электромагнетизма: явление механического взаимодействия токов, открытое Ампером в 1821 г., явление электромагнитной индукции, открытое Фарадеем в 1831 г., и теоретическое обобщение этих явлений, сделанное Ленцем (1834 г.) в его известном законе о направлении индукционного тока (по существу закон Ленца предвосхитил закон сохранения энергии для электромагнитных процессов).

Для преобразования механической энергии в электрическую или обратно необходимо создать относительное движение проводящего контура с током и магнитного поля (магнита или тока).

В электрических машинах, рассчитанных на длительную работу, используется вращательное движение подвижной части машины (ротор машины переменного тока), расположенной внутри неподвижной части (статора). Обмотка машины, служащая для создания магнитного поля, называется индуктором, а обмотка, обтекаемая рабочим током, называется якорем. Оба последних термина употребляются и для машин постоянного тока.

Для увеличения магнитной индукции обмотки машин размещаются на ферромагнитных телах (сталь, чугун).

Все электрические машины обладают свойством обратимости, т. е. могут использоваться как в качестве генераторов электрической энергии, так и в качестве электродвигателей.

В асинхронных двигателях используется одно из проявлений электромагнитной индукции. В курсах физики оно демонстрируется следующим образом:

Под медным диском, способным вращаться вокруг вертикальной оси, проходящей через его центр, помещается вертикальный подковообразный магнит, приводимый во вращение вокруг той же оси (механическое взаимодействие диска и магнита исключено). При этом диск приходит во вращение в ту же сторону, что и магнит, но с меньшей скоростью. Если увеличить механическую нагрузку на диск (например, увеличив трение оси о подпятник), то скорость его вращения уменьшается.

Физический смысл этого явления легко объясняется теорией электромагнитной индукции: при вращении магнита создается вращающееся магнитное поле, наводящее в диске вихревые токи величина последних зависит при прочих равных условиях от относительной скорости поля и диска.

Согласно закону Ленца диск должен прийти во вращение в направлении поля. При отсутствии трения диск должен приобрести угловую скорость, равную скорости магнита, тогда ЭДС индукции исчезнет. В реальных условиях трение неизбежно присутствует, и диск приобретает меньшую скорость. Ее величина зависит от механического тормозящего момента, испытываемого диском.

Несовпадение скорости вращения диска (ротора) со скоростью вращения магнитного поля отражено в названии двигателей.

Принцип действия асинхронных двигателей:

В технических асинхронных двигателях (чаще всего трехфазных) вращающееся магнитное поле создается многофазным током, обтекающим обмотку неподвижного статора. При частоте трехфазного тока f и числе катушек статора 3 р вращающееся поле делает n = f/p об/сек.

В полости статора располагается способный вращаться ротор. С его валом можно соединить механизм, приводимый во вращение. В простейших «короткозамкнутых» двигателях ротор состоит из системы продольных металлических стержней, помещаемых в пазы стального цилиндрического тела. Провода соединены накоротко двумя кольцами. Для увеличения вращательного момента радиус ротора делается достаточно большим.

В других конструкциях двигателей (обычно — это двигатели большой мощности) проводники ротора образуют разомкнутую трехфазную обмотку. Концы катушек замкнуты накоротко в самом роторе, а начала выведены к трем контактным кольцам, насаженным на вал ротора и изолированным от него.

К этим кольцам при помощи скользящих контактов (щеток) присоединен трехфазный реостат, который служит для пуска двигателя в ход. После того как двигатель раскрутится, реостат полностью выводят, и ротор превращается в короткозамкнутый (смотрите — Асинхронные двигатели с фазным ротором).

На теле статора имеется доска для зажимов. К ним выводятся обмотки статора. Они могут быть включены звездой, либо треугольником, в зависимости от напряжения сети: в первом случае линейное напряжение может быть в 1,73 раз больше, чем во втором.

Величина характеризующая относительное запаздывание ротора по сравнению с полем статора у асинхронного двигателя, называется скольжением. Она изменяется от 100% (в момент пуска двигателя) до нуля (идеальный случай движения ротора без потерь).

Перемена направления вращения асинхронного двигателя достигается взаимным переключением каких-либо двух линейных проводов электрической сети, питающей двигатель.

Короткозамкнутые двигатели широко применяются в промышленности. Достоинствами асинхронных двигателей являются простота конструкции и отсутствие скользящих контактов.

Основным недостатком таких двигателей до последнего времени считалась трудность регулировки числа оборотов, т.к. если для этого изменять напряжение цепи статора, то резко меняется вращающий момент, изменять же частоту питающего тока было технически затруднительно. В настоящее время для регулирования частоты питающего тока для изменения частоты вращения двигатели нашли широкое распространение современные микропроцессорные устройства — частотные преобразователи.

Генераторы переменного тока

Генераторы переменного тока строятся на значительные мощности и высокие напряжения. Как и асинхронные машины, они имеют две обмотки. Обычно обмотка якоря располагается в теле статора. Индукторы, создающие первичный магнитный поток, монтируются на роторе и питаются от возбудителя — небольшого генератора постоянного тока, смонтированного на валу ротора. В мощных машинах возбуждение иногда создается выпрямленным переменным напряжением.

Благодаря неподвижности обмотки якоря отпадают технические затруднения, связанные с использованием скользящих контактов при больших мощностях.

На рисунке ниже схематически изображен однофазный генератор. Его ротор имеет восемь полюсов. На них намотаны катушки (не показанные на рисунке), питаемые от постороннего источника постоянным током, подводимым к контактным кольцам, укрепленным на валу ротора. Полюсные катушки намотаны таким образом, что знаки полюсов, обращенных к статору, чередуются. Число полюсов обязательно четное.

В теле статора размещена обмотка якоря. Ее длинные рабочие «активные» проводники, перпендикулярные к плоскости чертежа, показаны на рисунке кружками, они пересекаются линиями магнитной индукции при вращении ротора.

В кружках указано мгновенное распределение направлений индуцированных электрических полей. Соединительные провода, идущие по передней стороне статора, показаны сплошными линиями, а по задней стороне — пунктиром. Зажимы К служат для присоединения внешней цепи к обмотке статора. Направление вращения ротора указано стрелкой.

Если мысленно разрезать машину по радиусу, проходящему между зажимами К, и развернуть на плоскость, то взаимное расположение обмотки статора и полюсов ротора (сбоку и в плане) изобразится схематическим рисунком:

Рассматривая рисунок, убеждаемся, что все активные проводники (проходящие над полюсами индуктора) соединены друг с другом последовательно, причем индуцируемые в них ЭДС суммируются. Фазы всех ЭДС, очевидно, получаются одинаковыми. За время одного полного оборота ротора в каждом из проводников (и, следовательно, во внешней цепи) получится четыре полных периода изменения тока.

Если электрическая машина имеет p пар полюсов и ротор вращается, совершая n оборотов в секунду, то частота получаемого от машины переменного тока равна f = pn гц.

Так как частота ЭДС в сети должна быть неизменна, то скорость вращения роторов должна быть постоянна. Для получения ЭДС технической частоты (50 гц) можно использовать сравнительно медленное вращение, если число полюсов ротора достаточно велико.

Для получения трехфазного тока в теле статора располагают три отдельные обмотки. Каждая из них смещена относительно двух других на одну треть дугового расстояния между соседними (разноименными) полюсами индукторов.

Легко убедиться, что при вращении индукторов в обмотках индуцируются ЭДС, сдвинутые по фазе (во времени) на 120°. Концы обмоток выводятся из машины и могут соединяться звездой или треугольником.

В генераторе относительная скорость поля и провода определяется диаметром ротора, числом оборотов ротора в секунду и числом пар полюсов.

Если генератор приводится во вращение током воды (гидрогенератор), то обычно он делается тихоходным. Для получения нужной частоты тока приходится увеличивать число полюсов, что в свою очередь требует увеличения диаметра ротора.

По ряду технических соображений мощные гидрогенераторы имеют обычно вертикальный вал и располагаются над гидротурбиной, приводящей их во вращение.

Генераторы, движимые паровыми турбинами — турбогенераторы, обычно быстроходны. Для уменьшения механических усилий они имеют малые диаметры и соответственно небольшое число полюсов. Ряд технических соображений заставляет делать турбогенераторы с горизонтальным валом.

Если генератор приводится во вращение двигателем внутреннего сгорания, то его называют дизель-генератором, так как в качестве двигателей обычно применяют дизели, потребляющие более дешевое топливо.

Обратимость генераторов, синхронные двигатели

Если к обмотке статора генератора приключить переменное напряжение от внешнего источника, то возникнет взаимодействие полюсов индуктора с магнитным полем тока, создавшегося в статоре, причем на все полюсы будут действовать вращающие моменты одного и того же направления.

Если ротор вращается с такой скоростью, что как раз через половину периода переменного тока под рассматриваемый проводник обмотки статора подойдет следующий полюс индуктора (противоположный по знаку первому полюсу), то знак силы взаимодействия между ним и током, изменившим свое направление, останется прежним.

При этих условиях ротор, находясь под непрерывным воздействием вращающего момента, будет продолжать свое движение и сможет приводить в действие какой-либо механизм. Преодоление сопротивлений движению ротора будет происходить за счет энергии, потребляемой из сети, и генератор превратится в электродвигатель.

Следует отметить, однако, что непрерывное движение возможно лишь при строго определенной скорости вращения, так как при отклонении от нее на каждый из полюсов ротора, перемещающийся между двумя проводниками статора, часть времени будет действовать ускоряющий вращающий момент, часть же времени — тормозящий.

Таким образом, скорость вращения двигателя должна быть строго определенной,— время, в течение которого полюс заменяется следующим, должно совпадать с полупериодом тока, поэтому подобные двигатели и называются синхронными.

Если переменное напряжение подается в обмотку статора при неподвижном роторе, то, хотя все полюсы ротора в течение первого полупериода тока и испытывают действие вращающих моментов одного и тою же знака, все же вследствие инерции ротор не успеет сдвинуться с места. В следующий полупериод знак вращающих моментов для всех полюсов ротора изменится на обратный.

В результате ротор будет вибрировать, но вращаться не сможет. Поэтому синхронный двигатель необходимо сначала раскрутить, т. е. довести до нормального числа оборотов, и лишь после этого включать ток в обмотку статора.

Раскручивание синхронных двигателей производится механическими способами (при малых мощностях) и специальными электрическими устройствами (при больших мощностях).

При небольших изменениях нагрузки режим двигателя автоматически изменяется, приспосабливаясь к новой нагрузке. Так, при увеличении нагрузки на вал двигателя ротор мгновенно затормаживается. Благодаря этому меняется фазовый сдвиг между напряжением сети и противодействующей ЭДС индукции, наводимой индуктором в обмотке статора.

Кроме того, реакция якоря создает размагничивание индукторов, поэтому ток в статоре растет, индукторы испытывают увеличенный вращающий момент и двигатель, вновь начинает вращаться синхронно, преодолевая увеличенную нагрузку. Аналогичный процесс происходит при уменьшении нагрузки.

При резких колебаниях нагрузки эта приспособляемость двигателя может оказаться недостаточной, скорость его изменится значительно, он «выпадет из синхронизма» и в конце концов остановится, при этом исчезает ЭДС индукции, наводившаяся в статоре, и ток в нем резко увеличивается. Поэтому следует избегать резких колебаний нагрузки. Для остановки двигателя, очевидно, нужно сначала выключить цепь статора, а потом уже выключать индукторы, при пуске двигателя следует придерживаться обратного порядка операций.

Синхронные двигатели наиболее часто применяются для привода механизмов, которые работают с постоянной скоростью. Достоинства и недостатки синхронных двигателей, а также способы их пуска рассмотрены здесь: Синхронные двигатели и их применение

Видео удалено.

Видео (кликните для воспроизведения).

Источник: http://electricalschool.info/spravochnik/maschiny/2125-elektricheskie-mashiny-peremennogo-toka.html

Устройство и работа машины постоянного тока

Оценка 5 проголосовавших: 1

Профессионал в области гражданского права с 10 летним стажем.

Устройство машин постоянного тока

Принцип действия машин постоянного тока

 

Электродвигатель постоянного тока – электрическая машина, предназначенная для преобразования электрической энергии постоянного тока в механическую.

Устройство

Электродвигатель состоит из магнитной системы, создающей магнитное поле, и вращающегося в подшипниках якоря с обмоткой и коллектором.

Статор машины состоит из станины 6, сердечников главных 4, дополнительных полюсов (на рис. не показаны) и обмоток возбуждения, катушки 5 которых охватывают сердечники полюсов. Число полюсов зависит от мощности и частоты вращения. Сердечники главных полюсов собираются из листов конструкционной стали толщиной 1–2 мм, стянутых шпильками.

 

Рис. 5. Устройство машины постоянного тока:

1 – коллектор; 2 – щетки; 3 – якорь; 4 – главный полюс; 5 – полюсная катушка;

6 – станина; 7, 12 – подшипниковые щиты; 8- вентилятор; 9 – обмотка якоря; 10 – вал;

11 – лапы

 

Якорь 3 собран из тонких изолированных друг от друга листов электротехнической стали для уменьшения потерь мощности в магнитопроводе якоря. В пазах якоря размещается обмотка якоря 9, выводы которого соединяются с пластинами коллектора 1.

Электрический контакт между обмоткой якоря и сетью постоянного тока образуется с помощью щеток 2, установленных в щеткодержателях.

Магнитопровод якоря вместе с коллектором напрессовывается на вал 10, который хранится в подшипниковых щитах 7, 12. Для крепления двигателя предназначены лапы 11.

Принцип действия

Если обмотку возбуждения в якоре машины постоянного тока подключить к сети с постоянным напряжением U, то ток обмотки возбуждения I_В намагнитит полюсные наконечники, создаст в машине магнитный поток Ф.

 

,

 

где W_В – количество витков обмотки возбуждения; R_М – сопротивления магнитной системы.

Проводники обмотки якоря с током I_Я будут взаимодействовать с магнитным потоком Ф. В результате появятся механические силы F, создающие вращающий момент М, и якорь придет во вращение. Направление сил F определяется по правилу левой руки. Электромагнитный момент М прямо пропорционален току I_Я обмотки якоря и магнитному потоку Ф полюсов

 

,

 

где С_М – постоянный коэффициент, зависящий от конструкции машины (магнитная постоянная)

При вращении якоря двигателя в его обмотке индуктируется ЭДС

 

,

 

где С_Е – постоянный коэффициент, зависящий от конструкции машины (электрическая постоянная), n – частота вращения якоря двигателя.

Пользуясь правилом правой руки, можно установить, что ЭДС в обмотке якоря двигателя направлена навстречу току, а следовательно, навстречу напряжению источника U. Эта индуктированная ЭДС называется противо – ЭДС. Ток в обмотке якоря

 

,

 

где U – напряжение, подводимое к обмотке якоря; R_Я – сопротивление обмотки якоря.

Из этой формулы получаем , т.е. приложенное к электродвигателю напряжение больше противодействующей ЭДС на величину падения напряжения в обмотке якоря.

Рассмотрим, как протекает рабочий процесс в двигателе. При постоянной нагрузке тормозной момент на валу уравновешивается вращающим, и двигатель имеет постоянную скорость. С увеличением нагрузки, т.е. тормозного момента, скорость двигателя начинает падать. В результате этого будет снижаться противо – ЭДС и увеличиваться ток в обмотке якоря до тех пор, пока вращающий момент не станет равным тормозному. После этого до нового изменения нагрузки устанавливается равномерное движение якоря двигателя.

 

а) б) в)

Рис. 6. Схемы включения двигателей постоянного тока:

а – с параллельным возбуждением; б – с последовательным; в – со смешанным

 

В зависимости от способа соединения обмотки якоря и обмотки возбуждения (рис. 6) различают шунтовые двигатели (рис. 6, а), сериесные (рис. 6, б) и компаудные (рис. 6, в).

 

 

Лекция № 3

 

Узнать еще:

Тенденции развития рынка устройств управления двигателями постоянного тока и прогноз к 2026 году

Рынок устройств управления двигателями постоянного тока

: обзор

DC motor control — это устройство, которое работает вместе с батареями, микроконтроллером и двигателями. Эти контроллеры обеспечивают защиту от пониженного, повышенного напряжения и короткого замыкания; ограничение тока защиты; тепловая защита; и переходные процессы напряжения. Без этой защиты двигатель подвергается опасности, которая может привести к необратимым электрическим или механическим повреждениям.Некоторые контроллеры двигателей постоянного тока управляют двумя двигателями независимо, и часто только одно напряжение питания может использоваться для питания обоих устройств управления двигателями постоянного тока. Устройства управления двигателями постоянного тока предлагают ряд преимуществ, таких как электрическая защита двигателя, поддержание постоянной скорости, динамическое реагирование на изменение требований системы, мониторинг для оценки производительности / диагностики машины, экономия энергии и точное управление скоростью. Методы управления скоростью двигателя постоянного тока играют жизненно важную роль в работе привода.

Рынок устройств управления двигателями постоянного тока: тенденции и возможности

Основная цель контроллера скорости состоит в том, чтобы сосредоточиться на том, как устройство на основе Bluetooth может использоваться для управления скоростью и направлением двигателя постоянного тока с желаемой скоростью, а основная цель привода постоянного тока — поддерживать систему со стабильной скоростью независимо от состояния нагрузки. Двигатели постоянного тока компактны и широко используются в системах привода с регулируемой скоростью по всему миру в промышленности, в электротяге и военном оборудовании из-за их высокой эффективности, плавной и бесшумной работы, надежности и нечастого обслуживания.Популярность беспроводной технологии привела к появлению нескольких вариантов, таких как GSM, Wi-Fi и Bluetooth, каждый из которых имеет преимущества, недостатки, концепции и приложения.

Электродвигатели потребляют почти 50% электроэнергии в мире. Однако стоимость производства электроэнергии неуклонно растет. Это заставило промышленность сосредоточиться на замене неэффективных двигателей с постоянной скоростью. Новая микропроцессорная технология для двигателей с регулируемой частотой вращения не только помогает снизить потребление энергии, но и может управляться дистанционно.Еще одно преимущество функции переменной скорости состоит в том, что двигатель можно использовать в широком диапазоне приложений. Учитывая эти преимущества по сравнению с более старой технологией, устройства управления двигателями постоянного тока претерпевают трансформацию. В целом, требования к более высокой эффективности, межотраслевому использованию и снижению потребления электроэнергии являются факторами, движущими рынок устройств управления двигателями постоянного тока. Защита двигателей является наиболее важным фактором, стимулирующим рынок устройств управления двигателями постоянного тока. Этот аспект особенно важен в промышленной сфере, которая является большим рынком для этих систем.Интеллектуальная технология управления двигателем способна диагностировать проблемы на ранней стадии и точно определять, где они могут возникнуть. Это позволяет проводить профилактическое обслуживание и значительно сокращать производственные потери.

Рынок устройств управления двигателями постоянного тока: сегментация

Мировой рынок устройств управления двигателями постоянного тока можно сегментировать по типу, услугам, применению и региону. По типу рынок устройств управления двигателями постоянного тока можно разделить на электромагнитные двигатели, щеточные двигатели, бесщеточные двигатели и неработающие двигатели.Сегмент услуг на мировом рынке устройств управления двигателями постоянного тока включает услуги по установке, техническому обслуживанию и поддержке. В зависимости от области применения рынок устройств управления двигателями постоянного тока можно разделить на бытовую электронику, автомобильную и транспортную, промышленную и медицинскую. Региональная сегментация глобального рынка устройств управления двигателями постоянного тока включает Северную Америку, Европу, Азиатско-Тихоокеанский регион, Ближний Восток и Африку, а также Южную Америку. По оценкам, рынок устройств управления двигателями постоянного тока в Азиатско-Тихоокеанском регионе будет расширяться более быстрыми темпами, чему способствуют крупные инвестиции в промышленный сектор.По прогнозам, за Азиатско-Тихоокеанским регионом последуют Северная Америка и Европа в связи с увеличением возможностей инвестирования в технологии в этих регионах.

Рынок устройств управления двигателями постоянного тока: ключевые игроки

Основные поставщики, работающие на мировом рынке устройств управления двигателями постоянного тока, включают ABB, Eaton Corporation Plc, General Electric и OMRON Corporation. Продавцы сосредоточены на внедрении передовых услуг, чтобы укрепить свои позиции на рынке и расширить свою клиентскую базу.Компании активно инвестируют в исследования и разработки, а также уделяют особое внимание предоставлению индивидуальных услуг.

Это исследование TMR представляет собой всеобъемлющую структуру динамики рынка. В основном он включает критическую оценку пути потребителей или клиентов, текущих и новых направлений деятельности, а также стратегическую основу, позволяющую руководителям по управлению бизнесом принимать эффективные решения.

Нашей ключевой основой является 4-квадрантная структура EIRS, которая предлагает подробную визуализацию четырех элементов:

• Клиент E Карты опыта
• I Наблюдения и инструменты, основанные на исследованиях на основе данных
• Практичность R Результатов для удовлетворения всех бизнес-приоритетов
• S трагические рамки для ускорения пути роста

В исследовании предпринята попытка оценить текущие и будущие перспективы роста, неиспользованные возможности, факторы, определяющие их потенциал дохода, а также структуру спроса и потребления на мировом рынке, разбив его на региональную оценку.

Комплексно охвачены следующие региональные сегменты:

• Северная Америка
• Азиатско-Тихоокеанский регион
• Европа
• Латинская Америка
• Ближний Восток и Африка

Структура квадранта EIRS в отчете суммирует наш широкий спектр основанных на данных исследований и рекомендаций для CXO, чтобы помочь им принимать более обоснованные решения для своего бизнеса и оставаться лидерами.

Ниже приведен снимок этих секторов.

1. Карта впечатлений клиентов

Исследование предлагает всестороннюю оценку различных поездок клиентов, имеющих отношение к рынку и его сегментам. Он предлагает различные впечатления клиентов о продуктах и ​​использовании услуг. Анализ позволяет более внимательно изучить их болевые точки и опасения в различных точках контакта с клиентами. Решения для консультаций и бизнес-аналитики помогут заинтересованным сторонам, включая CXO, составить карты клиентского опыта, соответствующие их потребностям.Это поможет им нацелиться на повышение взаимодействия клиентов с их брендами.

2. Анализ и инструменты

Различные идеи в исследовании основаны на тщательно продуманных циклах первичных и вторичных исследований, с которыми аналитики участвуют в ходе исследования. Аналитики и советники TMR применяют отраслевые инструменты количественного анализа клиентов и методологии прогнозирования рынка для получения результатов, что делает их надежными.В исследовании предлагаются не только оценки и прогнозы, но и лаконичная оценка этих цифр в динамике рынка. Эти идеи объединяют основанные на данных исследовательские рамки с качественными консультациями для владельцев бизнеса, CXO, политиков и инвесторов. Эти идеи также помогут их клиентам преодолеть свои страхи.

3. Практические результаты

Выводы, представленные в этом исследовании TMR, являются незаменимым руководством для выполнения всех бизнес-приоритетов, в том числе критически важных.Результаты при внедрении показали ощутимые преимущества для заинтересованных сторон и предприятий отрасли в повышении их производительности. Результаты адаптируются к индивидуальной стратегической структуре. Исследование также иллюстрирует некоторые из недавних тематических исследований по решению различных проблем компаниями, с которыми они столкнулись на пути к консолидации.

4. Стратегические рамки

Исследование дает предприятиям и всем, кто интересуется рынком, возможность сформировать широкие стратегические рамки.Это стало более важным, чем когда-либо, учитывая нынешнюю неопределенность из-за COVID-19. В исследовании обсуждаются консультации по преодолению различных подобных прошлых сбоев и предвидятся новые, чтобы повысить готовность. Эти рамки помогают предприятиям планировать свои стратегические согласования для восстановления после таких разрушительных тенденций. Кроме того, аналитики TMR помогут вам разобраться в сложном сценарии и обеспечить отказоустойчивость в неопределенные времена.

Отчет проливает свет на различные аспекты и дает ответы на актуальные вопросы рынка.Вот некоторые из важных:

1. Какие варианты инвестиций могут быть наилучшими при освоении новых продуктов и услуг?

2. К каким ценностным предложениям следует стремиться предприятиям, финансируя новые исследования и разработки?

3. Какие нормативные акты будут наиболее полезны для заинтересованных сторон в расширении их сети цепочки поставок?

4. В каких регионах в ближайшем будущем может наблюдаться рост спроса в определенных сегментах?

5.Каковы одни из лучших стратегий оптимизации затрат с поставщиками, с которыми некоторые хорошо зарекомендовавшие себя игроки добились успеха?

6. Какие ключевые перспективы использует топ-менеджер, чтобы вывести бизнес на новую траекторию роста?

7. Какие правительственные постановления могут поставить под сомнение статус ключевых региональных рынков?

8. Как новые политические и экономические сценарии повлияют на возможности в ключевых областях роста?

9.Каковы некоторые из возможностей получения прибыли в различных сегментах?

10. Что будет препятствием для входа на рынок новых игроков?

Машина постоянного тока — конструкция, работа, типы и применение

Устройство, классификация и применение машины постоянного тока

В зависимости от источника питания электрические машины подразделяются на два типа; Машина переменного тока и машина постоянного тока.Например, двигатели постоянного тока, генератор постоянного тока и т. Д.

Что такое машина постоянного тока?

Машина постоянного тока — это электромеханическое устройство, которое используется для преобразования электрической энергии в механическую или наоборот.

Машина постоянного тока, используемая для преобразования электрической энергии в механическую энергию, известная как двигатель постоянного тока и машина постоянного тока, используемая для преобразования механической энергии в электрическую энергию, известная как генератор постоянного тока . Одна и та же машина может использоваться как двигатель или генератор.Конструкция одинакова для двигателя постоянного тока и генератора постоянного тока.

Работа машины постоянного тока

Принцип работы и работа машины постоянного тока основана на эффекте, когда катушки с токонесущим проводником лежат в магнитном поле, магнитное поле создает на них механическую силу, известную как вращающий момент. катушки проводника в магнитном поле. Направление этого создаваемого крутящего момента можно определить с помощью правила для левой руки Fleming (большой палец — это сила).Создаваемую силу можно рассчитать следующим образом.

F = BIL

Где:

• F = Величина создаваемой силы
• B = Плотность магнитного потока
• I = Ток
• L = Длина проводника

Конструкция машины постоянного тока

Машина постоянного тока состоит из ярма, полюса и башмака полюса, сердечника якоря, обмотки возбуждения, обмотки якоря, коммутатора, щеток, вала и подшипников. Давайте подробно объясним каждую часть с приложениями.

Хомут также известен как рама. Он покрывает внутренние части машины. Ярмо изготовлено из магнитного материала с низким сопротивлением, такого как железо и кремнистая сталь. Как правило, ярмо изготавливается из железа, поскольку железо является более экономичным материалом, чем сталь.

Хомут используется для механической защиты машины. Второе применение ярма заключается в том, что оно обеспечивает путь потока с низким сопротивлением. Итак, поток завершает свой путь через ярмо.

Обмотка возбуждения размещена на полюсе.Когда ток проходит через обмотку возбуждения, он создает электрическое магнитное поле и ведет себя как электромагнит. Полюсные башмаки расширяют поток во всей машине.

Для уменьшения потерь на вихревые токи полюсные и полюсные наконечники ламинированы. Для небольшой машины полюс не нужно ламинировать. Он изготовлен из тонкой литой стали.

Полюс используется для обеспечения корпуса обмотки возбуждения и создания магнитного потока внутри машины. Полюсные башмаки используются для поддержки обмотки возбуждения и предотвращения соскальзывания с полюса.

Обмотка, раненная на полюс, известна как обмотка возбуждения. Внешний источник постоянного тока или выход машины используется для возбуждения обмотки возбуждения.

Изготовлен из меди и алюминия. В большинстве случаев обмотка сделана из меди, но если учесть стоимость, используется алюминий.

Когда через катушку проходит постоянный ток, он генерирует электромагнитное поле (ЭДС). И он намагнитит полюс и создаст магнитный поток.Поток, создаваемый полюсом, прямо пропорционален току возбуждения. И потока больше, чтобы пересечь воздушный зазор между якорем и полюсными наконечниками.

Сердечник якоря имеет цилиндрическую форму и соединен шпонкой с валом. Итак, это вращающаяся часть машины постоянного тока.

Сердечник якоря состоит из ряда пазов на внешней периферии. Он состоит из материала с низким сопротивлением и высокой проницаемости, такого как чугун или стальное литье. Сердечник якоря ламинирован для уменьшения вихревого тока.

На сердечнике якоря имеются отверстия для отвода тепла от машины. В пазах якоря размещается обмотка якоря.

Обмотка якоря размещается в пазах сердечника якоря. Он состоит из меди. Обмотка якоря связана с магнитным потоком и индуцирует вращающийся магнитный поток.

По подключению различают два типа обмоток; Обмотка внахлест и волновая обмотка

При намотке внахлест проводники якоря делятся на группы по количеству полюсов P.Все группы жил соединены параллельно и в одну группу, все жилы соединены последовательно.

Для намотки внахлест количество параллельных цепей (A) совпадает с количеством полюсов (P). Поэтому при намотке внахлест количество параллельных дорожек больше. Благодаря этому он способен обеспечивать больший ток нагрузки.

Таким образом, обмотка внахлест используется для низковольтных и сильноточных приложений.

В волновой обмотке все проводники соединены последовательно, образуя единую петлю.Для волновой обмотки, независимо от количества полюсов, количество параллельных путей всегда равно двум.

Таким образом, при волновой намотке доступно меньшее количество параллельных путей по сравнению с намоткой внахлест. Волновая обмотка используется для высоковольтной машины постоянного тока с низким током.

Коммутатор установлен на валу машины. Проводники якоря вращаются. Коммутатор служит для соединения вращающегося провода якоря со стационарной внешней цепью.

Преобразует переменный крутящий момент, создаваемый в якоре, в однонаправленный крутящий момент.Другими словами, он преобразует крутящий момент переменного тока в крутящий момент постоянного тока. Итак, он работает аналогично выпрямителю.

Состоит из нескольких сегментов из твердотянутой меди для уменьшения износа и истирания. Потому что он соединяет вращающуюся часть с неподвижной. Все сегменты изолированы друг от друга тонким слоем слюдяных, бумажных или пластиковых изоляторов.

Коммутатор подключал внешнюю цепь через щетки. Щетки используются для отвода тока от проводников якоря.

В большинстве случаев щетки состоят из угля для малых машин и электрографитовых щеток, используемых для больших машин.

Щетки удерживают поверхность коллектора пружинами и имеют прямоугольную форму.

Вал, используемый для передачи механической энергии. Если машина используется в качестве двигателя постоянного тока, механическая мощность передается от двигателя к нагрузке. А если машина используется в качестве генератора постоянного тока, механическая энергия передается от первичного двигателя к машине.

Подшипники используются на конце вала. Трение между вращающейся частью и неподвижной частью уменьшено с помощью подшипников.

Подшипник изготовлен из любого твердого материала, например из углеродистой стали. В машине постоянного тока используется шарнирное или роликовое ограждение.

Классификация машин постоянного тока

Существуют различные типов машин постоянного тока , такие как серийные, шунтирующие, короткие шунтирующие соединения и длинные шунтирующие соединения.

В соответствии с методом возбуждения поля машины постоянного тока классифицируются как;

• Машина постоянного тока с отдельным возбуждением
• Машина постоянного тока с самовозбуждением

Машина постоянного тока с отдельным возбуждением

В этом типе машины обмотка возбуждения электрически отделена от обмотки якоря.Между обмоткой возбуждения и обмоткой якоря нет физической связи.

В машинах с независимым возбуждением обмотка возбуждения питается от отдельного источника питания.

Машина постоянного тока с самовозбуждением

В этом типе машины постоянного тока обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены друг с другом. Рабочие характеристики машины зависят от соединения между обмоткой возбуждения и обмоткой якоря.

В зависимости от соединения обмотки возбуждения и обмотки якоря машины постоянного тока классифицируются как;

• Машина постоянного тока серии
• Машина постоянного тока с параллельной обмоткой
• Машина постоянного тока со сложной обмоткой

Машина постоянного тока серии

В этом типе машины постоянного тока обмотка возбуждения соединена последовательно с обмотка якоря.Из-за последовательного соединения весь ток нагрузки (ток якоря) будет проходить от обмотки возбуждения. И этот ток большой.

Итак, последовательная обмотка возбуждения спроектирована с меньшим количеством витков толстого провода для уменьшения сопротивления.

Машина постоянного тока с шунтирующей обмоткой

В этом типе машины постоянного тока обмотка возбуждения подключена параллельно обмотке якоря. Из-за параллельного включения на обмотку возбуждения подается полное напряжение.Поэтому шунтирующая обмотка имеет большое количество витков с высоким сопротивлением.

Ток через обмотку возбуждения очень мал. Это всего 5% от номинального тока якоря.

Машина постоянного тока со смешанной обмоткой

В этом типе машины постоянного тока используются две обмотки возбуждения. Одна обмотка включена последовательно, а вторая обмотка включена параллельно обмотке якоря.

Составная машина постоянного тока с обмоткой также подразделяется на два типа;

Короткий шунт

Если обмотка возбуждения подключена параллельно только обмотке якоря, машина называется машиной постоянного тока с короткой шунтирующей составной обмоткой.

Длинный шунт

Если обмотка возбуждения подключена параллельно с комбинацией последовательной обмотки возбуждения и обмотки якоря, машина называется машиной постоянного тока с составной обмоткой с длинным шунтом.

Применение машин постоянного тока

Использование электроэнергии увеличивается день ото дня. Из-за этого также увеличивается использование электрических машин.

Как правило, машины постоянного тока используются для возбуждения генератора переменного тока, а также во многих областях, таких как сварочный процесс, приводы электродвигателей с регулируемой скоростью, электролитические и гальванические процессы.

Малые машины постоянного тока используются в качестве устройства управления, например, для определения скорости, позиционирования и отслеживания.

Применение машины постоянного тока в качестве двигателя

Двигатели постоянного тока делятся на три типа; Серийный двигатель, параллельный двигатель и составной двигатель.

Двигатели серии используются там, где необходим высокий пусковой момент и возможно изменение скорости.

Пример — пылесос, воздушный компрессор, краны, тяговая система и т. Д.

Параллельный двигатель используется в приложениях, где пусковой момент больше не требуется и работает с постоянной скоростью.

Пример — конвейер, подъемник, вентиляторы, токарный станок, прядильная машина, центробежный насос и т. Д.

Составные двигатели используются в приложениях, где требуется более высокий пуск с постоянной скоростью.

Примеры — прокатные станы, элеваторы, конвейеры, прессы и т. Д.

Применение машины постоянного тока в качестве генератора

Генераторы постоянного тока классифицируются как генераторы постоянного тока с раздельным возбуждением, генераторы с параллельной обмоткой и генераторы с последовательной обмоткой.

• Генератор постоянного тока с отдельным возбуждением

Этот тип генератора постоянного тока используется для испытаний в лабораториях.Потому что он имеет широкий диапазон входного напряжения. Он также используется в качестве источника питания для двигателя постоянного тока.

Этот тип генератора используется для зарядки аккумулятора и обеспечения возбуждения генератора переменного тока. Этот тип генератора также используется для освещения.

Генераторы с последовательной обмоткой используются в локомотивах для обеспечения тока возбуждения, а также для рекуперативного торможения. В системе распределения электроэнергии он используется как усилитель.

Соответствующие сообщения электродвигателей

Типы D.Машина C — javatpoint

Магнитный поток в машине постоянного тока создается катушками возбуждения, по которым проходит ток. Создание магнитного потока в устройстве за счет циркуляции тока в обмотке возбуждения называется возбуждением.

В машине постоянного тока есть два типа возбуждения. Раздельное возбуждение и самовозбуждение. При самовозбуждении ток, протекающий через обмотку возбуждения, подается самой машиной, а при раздельном возбуждении катушки возбуждения получают питание от отдельного D.C. Источник.

Основные типы машин постоянного тока:

1. Постоянный ток с независимым возбуждением машина
2. Шунтирующий или шунтирующий аппарат.
Машина для намотки серии
3. или серийная.
4. Станок для сложных раневых или составных ран.

---

1. Машина постоянного тока с независимым возбуждением:

Когда отдельный источник постоянного тока используется для питания катушек возбуждения, он называется машиной постоянного тока с отдельным возбуждением. Соединения, показывающие машины постоянного тока с независимым возбуждением, показаны на рисунке.

Рисунок: (a) Генератор постоянного тока с отдельным возбуждением, (b) Двигатель постоянного тока с независимым возбуждением.

2. Машина постоянного тока с шунтирующей обмоткой:

Машины постоянного тока с параллельной обмоткой — это машина, в которой катушки возбуждения подключены параллельно якорю. Поскольку шунтирующее поле принимает полное выходное напряжение генератора или напряжение питания двигателя, оно обычно состоит из большого количества витков тонкой проволоки, по которой проходит небольшой ток возбуждения.

3. Последовательная рана D.C. Машина:

Машины постоянного тока с обмоткой серии

— это машина, в которой катушки возбуждения соединены последовательно с якорем. Последовательная обмотка возбуждения несет ток якоря, а ток якоря большой, поэтому последовательная обмотка возбуждения состоит из нескольких витков провода с большим поперечным сечением.

Рисунок: (a) Последовательный генератор постоянного тока (b) Последовательный двигатель постоянного тока.

4. Станок постоянного тока с многослойной обмоткой:

Составная машина — это машина, которая имеет как шунтирующие, так и последовательные поля.На каждый полюс машины вынесено по две обмотки. Последовательная обмотка имеет несколько витков с большим поперечным сечением, а шунтирующие обмотки имеют много витков тонкой проволоки.

Может быть подключен двумя способами. Если поле шунта подключено параллельно только якорю, машина называется составной машиной с коротким шунтом , а если поле шунта параллельно как якорю, так и последовательному полю, машина называется составной машиной с длинным шунтом . машина .

Рисунок: (a) Составной генератор постоянного тока с короткозамкнутым шунтом (b) Электродвигатель постоянного тока с короткозамкнутым шунтом.

Рисунок: (a) Генератор постоянного тока с длинным шунтом (b) Двигатель постоянного тока с длинным шунтом.

---

Уравнение ЭДС и крутящего момента:

При вращении якоря в катушках генерируется напряжение. В случае генератора э.д.с. вращения называется генерируемой ЭДС и E _r = E _g .

В случае двигателя э.д.с. вращения называется back e.м.д., а E _r = E _b . Выражение для обоих условий работы одинаковое.

Ток по часовой стрелке создает нисходящее поле, а ток против часовой стрелки создает восходящее поле.

Лет,

P = количество полюсов.
Φ = Поток на полюс по Веберу.
Z = Общее количество жил в якоре.
N = Скорость якоря
A = Нет. параллельных путей в арматуре.

Рассмотрим проводник при перемещении из положения P в Q при шаге полюсов τP и необходимом для достижения от P до Q в t.

Время, необходимое для завершения N оборота = 1 мин. = 60 сек.

Время, затраченное на один оборот =

За один оборот якоря в генераторе полюса P каждый проводник якоря сокращает магнитный поток в P раз. Итак, поток, отсекаемый одним проводником за один оборот = фP

Средняя ЭДС, наведенная в одном проводе

E.M.F генерируется на каждом параллельном пути, который соединен через пару угольных щеток.

E.M.F на каждом пути

Уравнение крутящего момента:

Потребляемая механическая мощность = ωT………………… уравнение 1
T — электромагнитный момент, развиваемый двигателем, работающим с n r.p.s.
Вырабатываемая электрическая мощность = E x I _a …………….. уравнение 2
Потребляемая механическая мощность = развиваемая электрическая мощность

При приравнивании уравнения 1 и 2

Приведенное выше уравнение является уравнением крутящего момента для машины постоянного тока.

Основы двигателей постоянного тока Для инженеров-электриков — начинающих

Общие сведения о двигателях постоянного тока

Двигатели постоянного тока с раздельным возбуждением поля все еще иногда используются для привода машин с регулируемой скоростью .Эти двигатели очень легко уменьшить в размерах, и они необходимы для работы с очень малой мощностью и низким напряжением.

Основы двигателей постоянного тока для инженеров-электриков — начинающих (на фото: малый двигатель постоянного тока; через Викимедиа) высокие уровни производительности (обычно используется диапазон вариаций от 1 до 100).

Их характеристики также позволяют точно регулировать крутящий момент при работе в качестве двигателя или генератора.Их номинальная скорость вращения, которая не зависит от частоты сети, легко адаптируется по конструкции для всех приложений .

Однако они на менее прочны, чем на асинхронные двигатели, и на намного дороже , как с точки зрения затрат на оборудование, так и с точки зрения затрат на техническое обслуживание, поскольку они требуют регулярного обслуживания коммутатора и щеток.

Конструкция двигателя постоянного тока //

Детали конструкции двигателя постоянного тока

Двигатель постоянного тока состоит из следующих основных частей:

Катушка возбуждения или статор

Это неподвижная часть магнитной цепи на обмотка которой наматывается для создания магнитного поля.Создаваемый электромагнит имеет цилиндрическую полость между полюсами.

Якорь или ротор

Это цилиндр из магнитных пластин , изолированных друг от друга и перпендикулярных оси цилиндра. Якорь представляет собой подвижную часть, которая вращается вокруг своей оси и отделена от катушки возбуждения воздушным зазором. Проводники равномерно распределены по его внешней поверхности.

Коммутатор и щетки

Коммутатор встроен в якорь.Кисти закреплены. Они трутся о коммутатор и, таким образом, подают питание на проводники якоря.

Принцип работы

Когда катушка возбуждения находится под напряжением, она создает магнитное поле (поток возбуждения) в воздушном зазоре в направлении радиусов якоря. Это магнитное поле « входит в » якоря со стороны северного полюса катушки возбуждения и «выходит» из якоря со стороны южного полюса катушки возбуждения.

Когда якорь находится под напряжением, токи проходят через проводники, расположенные под одним полюсом катушки возбуждения (на той же стороне щеток) в том же направлении и, таким образом, согласно закону Лапласа подвергаются силе .

На проводники, расположенные под другим полюсом, действует сила такой же силы в противоположном направлении. Эти две силы создают крутящий момент, который заставляет якорь двигателя вращаться (см. Рисунок 1).

Рисунок 1 — Создание крутящего момента в двигателе постоянного тока

Когда якорь двигателя питается от источника постоянного тока или выпрямленного напряжения U , он производит противоэдс E , значение которого составляет:

E = U — RI

где RI представляет омическое падение напряжения на якоре .

Обратная ЭДС E связана со скоростью и возбуждением следующим уравнением:

E = k ω Φ

Где:

• k — постоянная, специфичная для двигателя
• ω — угловая скорость
• Φ — поток

Это уравнение показывает, что при постоянном возбуждении обратная ЭДС E (пропорциональная ω) является изображением скорости .

Крутящий момент связан с магнитным потоком катушки возбуждения и током в якоре следующим уравнением:

T = k Φ I

Если магнитный поток уменьшается, крутящий момент уменьшается .

Есть два метода увеличения скорости //

1. Либо увеличивает обратную ЭДС E и, следовательно, напряжение питания при постоянном возбуждении: это известно как работа с «постоянным крутящим моментом».

2. Или уменьшает поток возбуждения и, следовательно, ток возбуждения, сохраняя постоянное напряжение питания: это известно как «уменьшенный поток» или операция «постоянной мощности» . Эта операция требует уменьшения крутящего момента по мере увеличения скорости (см. Рисунок 2 ниже).Однако для высоких значений пониженного магнитного потока для этой операции требует специально адаптированных двигателей (механически и электрически) для преодоления проблем переключения.

Рисунок 2 — Кривые крутящего момента / скорости для отдельного двигателя возбуждения

Работа этого типа устройства (двигатель постоянного тока) обратима //

Если нагрузка противодействует вращательному движению (нагрузка считается равной резистивный), устройство обеспечивает крутящий момент и работает как двигатель.

Если нагрузка такова, что , она стремится заставить устройство вращаться (считается, что нагрузка движется) или противодействует замедлению (фаза остановки нагрузки с определенной инерцией), устройство обеспечивает электрическую энергию. и работает как генератор.

Различные типы электродвигателей постоянного тока

Рисунок 3 — Схемы различных типов электродвигателей постоянного тока

Параллельное возбуждение (раздельное или шунтирующее)

Катушки, якорь и катушка возбуждения подключены параллельно или питаются от двух источников с различным напряжением для адаптации к характеристикам машины (например: напряжение якоря 400 вольт и напряжение катушки возбуждения 180 вольт).

Направление вращения меняется на противоположное, инвертируя ту или иную обмотку, обычно инвертируя напряжение якоря из-за гораздо более низких постоянных времени.Большинство двунаправленных скоростных приводов для двигателей постоянного тока работают именно так. Параллельный двигатель постоянного тока

(фото: edisontechcenter.org)

с обмоткой

Конструкция этого двигателя аналогична конструкции двигателя с раздельным возбуждением поля . Катушка возбуждения подключена последовательно к катушке якоря, отсюда и ее название. Направление вращения можно изменить, изменив полярность якоря или катушки возбуждения.

Этот двигатель в основном используется для тяги, в частности на грузовиках с аккумуляторными батареями.В железнодорожной тяге этот тип двигателя использовался в вагонах старых ТГВ (французский высокоскоростной поезд) . В более поздних вагонах используются асинхронные двигатели.

Составная обмотка (последовательно-параллельное возбуждение)

Эта технология сочетает в себе качества электродвигателя с последовательной обмоткой и электродвигателя с шунтирующей обмоткой. Этот двигатель имеет две обмотки на полюс катушки возбуждения. Один подключен параллельно якорю. Через него протекает слабый ток (низкий по отношению к рабочему току).Другой подключен последовательно.

Это двигатель с дополнительным магнитным потоком, если ампер-витки двух обмоток добавляют свои эффекты. В противном случае это двигатель с отрицательным магнитным потоком. Но именно этот способ крепления используется очень редко, так как приводит к нестабильной работе при высоких нагрузках.

Электродвигатель постоянного тока с комбинированной обмоткой (фото: lucas-nuelle.com)

Открытый электродвигатель постоянного тока — школьный проект (ВИДЕО)

Здесь у нас есть открытый электродвигатель постоянного тока с постоянным магнитом для возбуждения. Использовалась старая арматура от неисправного кустореза.Как это было для школьного проекта. Необходимо было охватить следующие темы.

• Химическая энергия — Мы использовали свинцово-кислотную батарею
• Кинетическая энергия — Мы получили вращающийся якорь
• Шум — Мы получили звук из динамика
• Нагрев — Мы получили некоторый нагрев в якорь и стержни коммутатора
• Light — Мы сделали специальный светодиод, управляемый через катушку.
• Magnetic — Мы установили, что якорь не будет вращаться без магнита под ним.

Не можете посмотреть это видео? Щелкните здесь, чтобы посмотреть его на Youtube.

Ссылка // Техника Cahier No. 207 — Электродвигатели — Schneider Electric

Методы управления скоростью различных типов двигателей с регулировкой скорости

Казуя ШИРАХАТА

Oriental Motor Co., Ltd. предлагает широкий выбор двигателей с регулировкой скорости. Наши комплекты двигателей с регулировкой скорости включают двигатель, привод (контроллер) и потенциометр, который позволяет легко регулировать скорость.Существует три группы продукции для двигателей с регулировкой скорости. «Блок управления скоростью переменного тока», в котором используется самый популярный однофазный асинхронный двигатель с конденсаторным приводом, небольшой и высокоэффективный «Бесщеточный двигатель постоянного тока» и «Инверторный блок», который объединяет трехфазный асинхронный двигатель с небольшой инвертор. В этой статье объясняется структура, принцип управления скоростью и особенности каждой группы продуктов, а также представлены наши стандартные продукты.

1. Введение

Большое количество двигателей используется для общих целей в нашем окружении, от домашнего оборудования до станков на промышленных предприятиях.Электродвигатель в настоящее время является необходимым и незаменимым источником энергии во многих отраслях промышленности. Эти двигатели имеют самые разные функции и характеристики. Сосредоточив внимание на сегменте управления скоростью на рынке двигателей, серводвигатели и шаговые двигатели управляют своей скоростью с помощью последовательности импульсов, в то время как асинхронный двигатель и бесщеточный двигатель постоянного тока регулируют скорость с помощью внешнего резистора и / или напряжения постоянного тока.
В этой статье объясняется структура, принцип управления скоростью и особенности следующих трех групп продуктов, которые могут относительно легко управлять скоростью с помощью аналогового входа.

• Электродвигатель и мотор-редукторы с регулятором скорости переменного тока
• Бесщеточные двигатели постоянного тока и мотор-редукторы
• Инверторный блок

2. Способы регулирования скорости различных двигателей с регулировкой скорости

Метод управления выходом схемы управления скоростью можно условно разделить на две группы: управление фазой и управление инвертором, которые составляют группы продуктов, показанные на рис. 1.

Рис.1 Классификация двигателей с регулировкой скорости

2.1. Двигатели с регулировкой скорости переменного тока

2.1.1. Строительство двигателя

Как показано на рис. 2, конструкция однофазного и трехфазного асинхронных двигателей включает статор, на котором намотана первичная обмотка, и цельный алюминиевый ротор в форме корзины, отлитый под давлением. Ротор недорогой, потому что конструкция проста и не использует магнит.

Рис. 2 Конструкция асинхронного двигателя

Когда необходимо управлять скоростью этого двигателя, для определения скорости используется тахогенератор, который присоединяется к двигателю, как показано на рис.3. Тахогенератор состоит из магнита, подключенного непосредственно к валу двигателя, и катушки статора, которая определяет магнитные полюса и генерирует переменное напряжение с частотой 12 циклов на оборот. Поскольку это напряжение и частота увеличиваются с увеличением скорости вращения, скорость вращения двигателя регулируется на основе этого сигнала.

Рис.3 Система электродвигателя с регулировкой скорости переменного тока

2.1.2. Принцип управления скоростью
Скорость вращения N асинхронного двигателя может быть выражена выражением (1).Когда напряжение, прикладываемое к двигателю, увеличивается и уменьшается, изменяется скольжение и , затем изменяется частота вращения N.
N = 120 · f · (1- s ) / P · · · · · · · · · · · (1)

N : Скорость вращения [об / мин]
F : Частота 〔Гц〕
P : Число полюсов двигателя
S : Скольжение

В случае асинхронного двигателя, показанного на рис. 4, на кривой «Скорость вращения — крутящий момент» существует стабильный диапазон и нестабильный диапазон.Поскольку невозможно надежно работать в нестабильном диапазоне, простое управление напряжением (управление разомкнутым контуром) ограничивается регулированием скорости в узком диапазоне, например N1 ~ N3 на рис. 5. Чтобы обеспечить надежную работу даже в вышеупомянутый нестабильный диапазон, необходимо определить скорость вращения двигателя и использовать механизм регулирования напряжения (управление с обратной связью), который уменьшает ошибку скорости по сравнению с заданным значением.

Рис. 4 Частота вращения — крутящий момент асинхронных двигателей

Фиг.5 Простое управление напряжением

Доступные методы управления напряжением включают управление трансформатором или управление фазой. На рис. 6 показано, когда напряжение регулируется с помощью трансформатора. Этот метод не так-то просто сделать с двигателем, регулирующим скорость переменного тока. В качестве альтернативы, напряжение переменного тока можно регулировать, задав время включения / выключения каждого полупериода переменного напряжения (50 или 60 Гц), подаваемого на двигатель, с помощью переключающего элемента (тиристора или симистора), который может напрямую включать и выключать переменный ток. напряжение, как показано на рис.7 и 8. Регулирование скорости достигается методом фазового регулирования путем регулирования среднеквадратичного значения. значение переменного напряжения.

Рис.6 Изменение напряжения трансформатором

Рис.7 Изменение напряжения при фазовом управлении

Рис.8 Цепь управления симистором

Этот метод управления скоростью переменного тока может обеспечить устойчивое управление скоростью за счет регулирования фазы с обратной связью даже в нестабильном диапазоне.
На рис. 9 показана конфигурация системы управления скоростью для двигателя переменного тока в виде блок-схемы.

Рис.9 Блок-схема системы электродвигателя с регулировкой скорости переменного тока

Рис.10 Форма сигнала для каждого блока

На рис. 10 показаны формы сигналов каждого блока. Установленное значение скорости d и обнаруженное напряжение e скорости, генерируемое тахогенератором, сравниваются в блоке усилителя сравнения.Затем определяется уровень сигнала напряжения a .
Сигнал напряжения a низкий, когда обнаруженное значение скорости до заданного значения скорости увеличивается, и выше, когда заданное значение скорости уменьшается. Поскольку сигнал запуска выводится в точке, где треугольная волна b пересекается с сигналом напряжения a , определяется синхронизация (фазовый угол) при включении симистора с уровнем сигнала напряжения a . Когда это время является медленным, напряжение, подаваемое на двигатель, становится низким, и скорость вращения двигателя уменьшается.Пониженная скорость вращения возвращается снова, и управление повторяется, так что разница между определенным значением скорости и установленным значением скорости всегда может быть постоянной.
На рис. 11 показан внешний вид упомянутого выше регулятора скорости. На рис. 11 рабочая точка двигателя образует контур Q-R-S-T-Q с центром на O, и скорость вращения поддерживается между N1 и N2. Этот цикл максимально сокращен за счет повышения точности определения скорости.

Фиг.11 Работа регулятора скорости

Двигатель с регулировкой скорости переменного тока имеет следующие особенности при использовании этого регулирования фазы с обратной связью.
1) Поскольку напряжение переменного тока регулируется напрямую, схема управления скоростью может быть сконфигурирована просто потому, что схема сглаживания не нужна, что позволяет получить компактную конструкцию по низкой цене.
2) Таким же образом возможна долговечная конструкция, поскольку нет необходимости в большом алюминиевом электролитическом конденсаторе.
3) Переключение выполняется только один раз в течение каждого полупериода промышленного источника питания переменного тока, что снижает уровень генерируемого шума.

2.1.3. Характеристики
Электродвигатели переменного тока, регулирующие скорость вращения, обычно имеют характеристики «Скорость вращения — Крутящий момент», показанные на рис. 12.

Рис.12 Характеристики скорости вращения и момента

«Строка безопасной эксплуатации» приведена на рис. 12. «Строка безопасной эксплуатации» представляет собой ограничение, при котором двигатель может работать в непрерывном режиме без превышения максимально допустимой температуры.

2.2. Бесщеточный регулятор скорости постоянного тока
2.2.1. Конструкция двигателя
Что касается конструкции бесщеточного двигателя, катушка соединена звездой (Y-разводкой) с тремя фазами: U, V и W и расположена в статоре, а ротор состоит из магнитов. намагничены в многополюсной конфигурации, как показано на рис. 14.
Внутри статора три ИС Холла расположены как магнитные элементы, так что разность фаз выходного сигнала от каждой ИС Холла будет составлять 120 градусов при каждом повороте ротор.

Рис.14 Конструкция бесщеточного двигателя постоянного тока

2.2.2. Принцип управления скоростью
Как показано на рис. 15, характеристики скорости вращения бесщеточного двигателя постоянного тока показывают отрицательную наклонную характеристику, когда его скорость не контролируется, что аналогично таковой у щеточного двигателя постоянного тока.

Рис. 15 Характеристики скорости вращения бесщеточного двигателя постоянного тока

Когда нагрузка не приложена и входное напряжение установлено на V2 на рисунке 15, рабочая точка двигателя становится P, а скорость вращения равна N1.Когда прикладывается крутящий момент T1 нагрузки, рабочая точка смещается к Q, а скорость вращения снижается до N2, однако скорость вращения возвращается к N1, если напряжение повышается до V3. Следовательно, поскольку скорость вращения изменяется всякий раз, когда изменяется крутящий момент нагрузки, механизму управления скоростью нужно будет только изменять входное напряжение всякий раз, когда наблюдается изменение скорости, чтобы поддерживать постоянную скорость на линии PR.
Этот контроль напряжения реализуется инвертором в выходной части схемы управления (драйвер).Этот инвертор генерирует трехфазное переменное напряжение из постоянного тока путем включения и выключения, как в последовательности, показанной на рис. 16 (b), с использованием шести переключающих элементов (полевых транзисторов или IGBT), показанных на рис. 16 (а).

Рис. 16 (a) Выходная часть схемы управления (драйвер)

Рис.16 (b) Последовательность переключения

Переключающие элементы подключены к обмотке двигателя, как показано на Рис. 16 (a), и состояние ВКЛ / ВЫКЛ переключающего элемента определяет, какая катушка статора находится под напряжением и в каком направлении будет течь ток, то есть какая катушка становится полюсом N или полюсом S.
Фактически, положение магнитного полюса ротора определяется ИС Холла, и соответствующий переключающий элемент включается или выключается, как показано на Рис. 16 (b). Например, в случае шага 1 транзисторы Tr1 и Tr6 включаются, и ток течет из U-фазы в W-фазу. В это время U-фаза возбуждается как полюс N, а фаза W становится S-полюсом, и ротор поворачивается на 30 градусов, переходя к шагу 2. Один оборот ротора выполняется путем повторения этой операции 12 раз (шаг 1 ~ 12).
На рис. 17 показана конфигурация для управления скоростью бесщеточного двигателя постоянного тока в виде блок-схемы.

Рис.17 Блок-схема системы бесщеточного двигателя постоянного тока

Последовательность переключения инвертора определяется сигналом от ИС Холла в части определения положения на блок-схеме, и двигатель вращается.
Затем сигнал от ИС Холла отправляется на датчик скорости, чтобы стать сигналом скорости, и он сравнивается с сигналом установки скорости в блоке усилителя сравнения, который затем генерирует сигнал отклонения.Значение входного тока двигателя определяется блоком настройки ШИМ на основе сигнала отклонения.
Бесщеточные двигатели постоянного тока имеют следующие особенности.
1) Он имеет высокий КПД, поскольку используется ротор с постоянными магнитами и вторичные потери малы.
2) Инерция ротора может быть уменьшена, и достигается высокая скорость реакции.
3) Можно уменьшить размер двигателя, потому что он очень эффективен.
4) Колебания скорости при изменении нагрузки незначительны.

Фиг.16 показана типичная последовательность переключения (метод подачи напряжения на 120 градусов). Еще более эффективная система бесщеточного двигателя постоянного тока использует метод возбуждения синусоидальной волны, получая информацию о положении ротора с высоким разрешением из программного обеспечения из сигнала IC Холла. Этот метод обеспечивает малошумный метод управления двигателем, поскольку ток, протекающий через двигатель, не изменяется быстро. (2)

Рис. 18 Сравнение напряжений, прикладываемых при использовании метода возбуждения синусоидальной волны и метода возбуждения 120 градусов

2.2.3. Характеристики
Характеристики скорости вращения и крутящего момента бесщеточного двигателя постоянного тока имеют ограниченную рабочую область в дополнение к области непрерывной работы.
Ограниченная рабочая зона очень эффективна при запуске инерционной нагрузки. Однако, когда работа в ограниченном режиме работы продолжается в течение пяти секунд или более, активируется функция защиты водителя от перегрузки, и двигатель замедляется до полной остановки.

2.3. Блок управления скоростью инвертора

2.3.1. Принцип управления скоростью

Инверторный блок управляет скоростью трехфазного асинхронного двигателя, изменяя частоту f напряжения, подаваемого на двигатель. Инверторный блок изменяет частоту f, изменяя цикл включения / выключения шести переключающих элементов, а скорость вращения (N) двигателя изменяется пропорционально выражению в формуле (1).

N = 120 · f · (1- s ) / P ·· · · · · · · · · (1)

N : Скорость вращения [об / мин]
F : Частота 〔Гц〕
P : Число полюсов двигателя
S : Скольжение

Кроме того, чтобы напряжение, подаваемое на обмотку, имело синусоидальную форму, инвертор регулирует рабочий цикл включения / выключения, как показано на рис.21. Время включения / выключения регулируется таким образом, что среднее напряжение, приложенное к двигателю, приобретает форму синусоиды, путем сравнения треугольной волны, называемой несущим сигналом, с формой сигнала синусоидальной формы. Этот метод называется ШИМ-управлением.

Рис.19 Дежурный контроль ВКЛ / ВЫКЛ

Метод управления скоростью наших инверторных блоков делится на два типа: управление с обратной связью, которое просто изменяет скорость, и управление с обратной связью, которое уменьшает изменение скорости при изменении нагрузки двигателя.
1) Управление без обратной связи
На рис. 22 показана конфигурация управления без обратной связи в виде блок-схемы.

Рис.20 Блок-схема управления разомкнутым контуром

Этот метод используется для изменения входного напряжения и частоты двигателя в соответствии с заданной частотой. Этот метод подходит для изменения скорости и позволяет получить высокие скорости (частоту можно установить до 80 Гц) просто тогда, когда регулирование скорости с изменяющейся нагрузкой не представляет особой важности.
Создаваемый крутящий момент T двигателя отображается формулой (2).Исходя из этого соотношения, можно сказать, что крутящий момент также будет постоянным, если сделать постоянным V / f, отношение напряжения V к частоте f.

Ｔ ＝ Ｋ ・ Ｉ ・ Ｖ ／ ｆ ・ ・ ・ （２）

Ｔ ： Крутящий момент [Н · м]
Ｖ ： Напряжение источника питания [В]
Ｉ ： Ток двигателя [A]
ｆ ： Частота [Гц]
Ｋ ： Постоянная

Однако чем ниже скорость, тем труднее поддерживать постоянным входное сопротивление асинхронного двигателя при изменении f.Следовательно, чтобы получить постоянный крутящий момент от низкой скорости к высокой скорости, необходимо отрегулировать отношение V / f на низкой скорости в соответствии с характеристиками двигателя, как показано на рисунке 23 сплошной линией.

Рис.21 V / f Control

2) Управление с обратной связью
На рис. 24 показана конфигурация блок-схемы системы управления с обратной связью, используемой в нашей серии BHF.

Рис.22 Блок-схема управления по замкнутому контуру

Этот метод определяет разность фаз между напряжением выходного блока инвертора и первичным током, который вычисляет частоту возбуждения, соответствующую нагрузке, с использованием таблицы данных характеристик (рис.25), подготовленный заранее, и регулирует частоту инвертора без необходимости в датчике скорости на двигателе.

Рис.23 Таблица данных характеристик

Используя эту таблицу характеристик и время t обнаруженной разности фаз, инвертор вычисляет выходную частоту инвертора, которая соответствует команде Nset скорости вращения, установленной потенциометром скорости, и выводит ее как выходную частоту инвертора. После получения выходной частоты блок управления U / f вычисляет напряжение, приложенное к двигателю, соответствующее выходной частоте f, и выполняет управление скоростью, управляя инвертором PWM.В результате при приложении нагрузки выходная частота инвертора увеличивается, так что уменьшение скорости вращения может быть компенсировано. (3)

2.3.2. Характеристика с

Характеристики скорости вращения-момента инверторного блока показаны на рис. 26 и 27. Как объяснено в разделе, посвященном двигателю, регулирующему скорость переменного тока, на характеристике крутящего момента нарисована «линия безопасной эксплуатации». Эта линия представляет предел для непрерывной работы, а область под этой линией называется областью непрерывной работы.

Рис.24 Характеристики скорости вращения и момента для управления без обратной связи

Рис.25 Характеристики скорости вращения и момента для замкнутого контура управления

3. Резюме

Oriental Motor предлагает три группы продуктов (двигатели с регулировкой скорости переменного тока, бесщеточные двигатели с регулировкой скорости постоянного тока и инверторные блоки) для использования в широком диапазоне приложений регулирования скорости. Подходящий продукт для регулирования скорости можно выбрать в соответствии с функцией, производительностью, стоимостью и целью, которые требуются для вашего приложения.
Oriental Motor продолжит работу над разработкой продуктов, чтобы в будущем мы могли предлагать продукты, наилучшим образом отвечающие различным потребностям наших клиентов.

Список литературы

(1) Исследовательская группа по технологиям двигателей переменного тока: «Книга для понимания малых двигателей переменного тока», Kogyo Chosakai Publishing (1998)
(2) Казуо Абэ: «Технология бесшумного привода бесщеточного двигателя», RENGA № 163, стр. 19-25 (2003)
(3) Кодзи Намихана, Масаёши Сато: «Новый метод управления трехфазным асинхронным двигателем», RENGA No.159, стр. 23-28 (1999)

Кадзуя Сирахата Завод Цуруока, Операции ACIX Подразделение схемотехники Секция разработки схем

Устройства защиты двигателей постоянного тока | Продукты и поставщики

Принципы электрического ремесла, Том 2

Рисунок 9.15 Пускатель для параллельного двигателя постоянного тока с защитными устройствами.

Границы производственной науки и измерительной техники II

… Или длительная работа на поплавке, Зарядное устройство меняет метод работы, чтобы сбалансировать заряд [1], когда переменный ток теряет мощность или постоянный ток отказов системы, зарядный блок обеспечивает энергией нагрузки, такие как двигатель постоянного тока, электромагнитный механизм, устройства защиты, управление, связь, автоматика и…

Рефераты и ссылки

… Синхронизатор генератора, в котором сравнивается напряжение генератора и сети в триодной схеме; в) регулятор скорости с использованием тайратрон, который питает поле управления двигателя постоянного тока, а также включает сигнализацию и защиту устройства защиты.» 621-526.

http://dspace.mit.edu/bitstream/handle/1721.1/81067/857792693-MIT.pdf?sequence=2

Портфолио включает: (i) Электромеханический и электронный двигатель низкого и среднего напряжения пускатели, устройства защиты двигателей и цепей, частотно-регулируемые приводы переменного / постоянного тока, кнопки, сигнальные устройства, оконечные и защитные устройства, реле, таймеры и датчики состояния.

Производство и автоматизация II

… Тяговый двигатель угледобывающей машины В реальном производстве, после того, как угледобывающая машина подключена к источнику высокого напряжения питания, он использует такое же дополнительное устройство защиты от утечки постоянного тока для защиты тяговых двигателей, режущего двигателя и насоса…

Классификация синхронных двигателей с постоянными магнитами с инверторным приводом

приводы, описанные в литературе, демонстрируют широкий спектр действующие схемы регулирования, которые можно сгруппировать в три категории: защита устройств, управление током звена постоянного тока и управление формой волны тока двигателя.

CR4 — Thread: Motor Overloading (Перегрузка двигателя)

Поэтому, возможно, ваш начальник имеет в виду этот факт (не зная точно …?), И поэтому он может быть прав, говоря, что вам не нужно дополнительное защитное устройство после инвертора постоянного тока, приводящего в действие двигатель постоянного тока. защита будет…

http://www.nxp.com/documents/application_note/APPCHP3.pdf

Это устройство включает в себя функции управления и защиты для приложений управления SMPS и двигателями постоянного тока, включая внутренние температурная компенсация, внутренние опорные напряжения, a генератор пилообразных сигналов, усилитель ШИМ и выход сцена.

CR4 — Тема: Альтернативный источник питания в Нигерии

Один из способов остановить курение двигателя постоянного тока [] — убедиться, что его защитное устройство (а) работает должным образом.

Передовые исследования в области компьютерных наук и информационной инженерии

Двигатель постоянного тока с тормозным устройством может достичь самоблокирующейся защиты, чтобы избежать случайной потери мощности механической руки.

История двигателей постоянного тока

История двигателей постоянного тока восходит к 19 веку, ^году, году.От первоначальных испытаний и разработки до широкого использования в мировой промышленности мотор-редукторы постоянного тока претерпели значительные изменения в наши дни.

Быть надежным производителем электродвигателей на протяжении более 70 лет означает, что мы видели, как электродвигатели постоянного тока менялись и адаптировались к новым технологиям с течением времени. Нас всегда интересует, как он будет развиваться и преуспевать в новых отраслях в будущем. Узнайте больше о двигателях постоянного тока и их увлекательной истории:

Что такое двигатель постоянного тока?

Двигатель постоянного тока питается от постоянного тока, который преобразует электрическую энергию в механическую.Эта механическая энергия вызывает вращательное движение внутри двигателя, помогая приводить в действие подавляющее большинство промышленных приложений.

Изобретение двигателя постоянного тока

Изобретение двигателя постоянного тока произошло в начале 1800-х годов, а первые разработки были сделаны в 1832 году британским ученым Уильямом Стердженом. Sturgeon создал самый первый коллекторный двигатель постоянного тока с возможностью поворота механизмов.

Однако идея Стерджена была развита и продолжена американским изобретателем Томасом Дэвенпортом.Давенпорт более широко известен тем, что официально изобрел рабочий двигатель постоянного тока, который он запатентовал несколько лет спустя, в 1837 году. Первоначально Давенпорт боролся с проблемами, связанными с высокими затратами на аккумуляторную энергию при работе двигателей, что сделало его самым первым. Двигатель постоянного тока довольно неспособен выдержать испытание временем. Узнайте больше о том, как был изобретен электродвигатель.

Как двигатели постоянного тока использовались в 19 веке.

век.В 1834 году русский инженер Мориц фон Якоби изобрел самый первый вращающийся двигатель постоянного тока. Его изобретение прославилось своей невероятной мощью, что позже установило мировой рекорд. Невероятно, но он побил свой собственный мировой рекорд в 1838 году с новой, улучшенной версией своего изобретения двигателя постоянного тока. Этот двигатель побудил других производить двигатели постоянного тока такого же уровня мощности, способные переправить лодку вместимостью 14 человек через реку.

1864 год стал годом удивительного прорыва в истории двигателей постоянного тока, когда Антонио Пачинотти впервые признал кольцевую арматуру.Это стало жизненно важным элементом в конструкции двигателя постоянного тока, который проводит ток через сгруппированные вместе катушки.

Учитывая все эти разработки, в 1800-х годах еще не было более практичного двигателя постоянного тока с улучшенным контролем скорости. Это произошло в 1886 году, когда Фрэнк Джулиан Спраг изобрел двигатель, который мог поддерживать постоянную скорость при переменных нагрузках. Его изобретение привело к более широкому коммерческому использованию двигателя постоянного тока, такого как первый электрический лифт и тележка с приводом.Практичность этого двигателя постоянного тока вызвала большой спрос как в коммерческих, так и в жилых помещениях.

Как используются двигатели постоянного тока сегодня

Перенесемся в наши дни, двигатели постоянного тока полностью изменили современный мир в таких отраслях, как здравоохранение, отдых и работа. Промышленные установки повысили свою эффективность и производительность благодаря тому, что оборудование полностью оснащено надежным источником энергии. В сельскохозяйственных условиях двигатели постоянного тока снимают давление с людей и животных, чтобы быстро и легко выполнять такие задачи, как перекачка воды или раздача зерна.Мы также не могли жить без мотор-редукторов постоянного тока в наших домах. От посудомоечных машин до холодильников с морозильной камерой, двигатели постоянного тока служат источником энергии для самых важных предметов, которые приносят удобство и скорость в нашу напряженную повседневную жизнь.

В Parvalux мы гордимся тем, что предлагаем моторы PMDC и BLDC для широкого спектра требовательных промышленных приложений по всему миру, включая крупномасштабные системы стеклоочистителей, тележки для гольфа и инвалидные коляски с электроприводом.