Меню

Где используются машины постоянного тока

Электрический двигатель постоянного тока

Эра электродвигателей берёт своё начало с 30-х годов XIX века, когда Фарадей на опытах доказал способность вращения проводника, по которому проходит ток, вокруг постоянного магнита. На этом принципе Томасом Девенпортом был сконструирован и испытан первый электродвигатель постоянного тока. Изобретатель установил своё устройство на действующую модель поезда, доказав тем самым работоспособность электромотора.

Практическое применение ДПТ нашёл Б. С. Якоби, установив его на лодке для вращения лопастей. Источником тока учёному послужили 320 гальванических элементов. Несмотря на громоздкость оборудования, лодка могла плыть против течения, транспортируя 12 пассажиров на борту.

Лишь в конце XIX столетия синхронными электродвигателями начали оснащать промышленные машины. Этому способствовало осознание принципа преобразования электродвигателем постоянного тока механической энергии в электричество. То есть, используя электродвигатель в режиме генератора, удалось получать электроэнергию, производство которой оказалось существенно дешевле от затрат на выпуск гальванических элементов. С тех пор электродвигатели совершенствовались и стали завоёвывать прочные позиции во всех сферах нашей жизнедеятельности.

Устройство и описание ДПТ

Конструктивно электродвигатель постоянного тока устроен по принципу взаимодействия магнитных полей.

Самый простой ДПТ состоит из следующих основных узлов:

Схематическое изображение простейшего ДПТ

  1. Двух обмоток с сердечниками, соединенных последовательно. Данная конструкция расположена на валу и образует узел, называемый ротором или якорем.
  2. Двух постоянных магнитов, повёрнутых разными полюсами к обмоткам. Они выполняют задачу неподвижного статора.
  3. Коллектора – двух полукруглых, изолированных пластин, расположенных на валу ДПТ.
  4. Двух неподвижных контактных элементов (щёток), предназначенных для передачи электротока через коллектор до обмоток возбуждения.

Рисунок 1. Схематическое изображение простейшего электродвигателя постоянного тока.

Рассмотренный выше пример – это скорее рабочая модель коллекторного электродвигателя. На практике такие устройства не применяются. Дело в том, что у такого моторчика слишком маленькая мощность. Он работает рывками, особенно при подключении механической нагрузки.

Статор (индуктор)

В моделях мощных современных двигателях постоянного тока используются статоры, они же индукторы, в виде катушек, намотанных на сердечники. При замыкании электрической цепи происходит образование линий магнитного поля, под действием возникающей электромагнитной индукции.

Для запитывания обмоток индуктора ДПТ могут использоваться различные схемы подключения:

  • с независимым возбуждением обмоток;
  • соединение параллельно обмоткам якоря;
  • варианты с последовательным возбуждением катушек ротора и статора;
  • смешанное подсоединение.

Схемы подключения наглядно видно на рисунке 2.

Схемы подключения обмоток статора

Рисунок 2. Схемы подключения обмоток статора ДПТ

У каждого способа есть свои преимущества и недостатки. Часто способ подключения диктуется условиями, в которых предстоит эксплуатация электродвигателя постоянного тока. В частности, если требуется уменьшить искрения коллектора, то применяют параллельное соединение. Для увеличения крутящего момента лучше использовать схемы с последовательным подключением обмоток. Наличие высоких пусковых токов создаёт повышенную электрическую мощность в момент запуска мотора. Данный способ подходит для двигателя постоянного тока, интенсивно работающего в кратковременном режиме, например для стартера. В таком режиме работы детали электродвигателя не успевают перегреться, поэтому износ их незначителен.

Ротор (якорь)

В рассмотренном выше примере примитивного электромотора ротор состоит из двухзубцового якоря на одной обмотке, с чётко выраженными полюсами. Конструкция обеспечивает вращение вала электромотора.

В описанном устройстве есть существенный недостаток: при остановке вращения якоря, его обмотки занимают устойчивое. Для повторного запуска электродвигателя требуется сообщить валу некий крутящий момент.

Этого серьёзного недостатка лишён якорь с тремя и большим количеством обмоток. На рисунке 3 показано изображение трёхобмоточного ротора, а на рис. 4 – якорь с большим количеством обмоток.

Ротор с тремя обмоткамиРисунок 3. Ротор с тремя обмотками Якорь со многими обмоткамиРисунок 4. Якорь со многими обмотками

Подобные роторы довольно часто встречаются в небольших маломощных электродвигателях.

Для построения мощных тяговых электродвигателей и с целью повышения стабильности частоты вращения используют якоря с большим количеством обмоток. Схема такого двигателя показана на рисунке 5.

Схема электромотора с многообмоточным якорем

Рисунок 5. Схема электромотора с многообмоточным якорем

Коллектор

Если на выводы обмоток ротора подключить источник постоянного тока, якорь сделает пол-оборота и остановится. Для продолжения процесса вращения необходимо поменять полярность подводимого тока. Устройство, выполняющее функции переключения тока с целью изменения полярности на выводах обмоток, называется коллектором.

Самый простой коллектор состоит из двух, изолированных полукруглых пластин. Каждая из них в определённый момент контактирует со щёткой, с которой снимается напряжение. Одна ламель всегда подсоединена к плюсу, а вторая – к минусу. При повороте вала на 180º пластины коллектора меняются местами, вследствие чего происходит новая коммутация со сменой полярности.

Такой же принцип коммутации питания обмоток используются во всех коллекторах, в т. ч. и в устройствах с большим количеством ламелей (по паре на каждую обмотку). Таким образом, коллектор обеспечивает коммутацию, необходимую для непрерывного вращения ротора.

В современных конструкциях коллектора ламели расположены по кругу таким образом, что каждая пластина соответствующей пары находится на диаметрально противоположной стороне. Цепь якоря коммутируется в результате изменения положения вала.

Принцип работы

Ещё со школьной скамьи мы помним, что на провод под напряжением, расположенный между полюсами магнита, действует выталкивающая сила. Происходит это потому, что вокруг проволоки образуется магнитное поле по всей его длине. В результате взаимодействия магнитных полей возникает результирующая «Амперова» сила:

F=B×I×L, где B означает величину магнитной индукции поля, I – сила тока, L – длина провода.

Вектор «Амперовой» всегда перпендикулярен до линий магнитных потоков между полюсами. Схематически принцип работы изображён на рис. 6.

Принцип работы ДПТ

Рис. 6. Принцип работы ДПТ

Если вместо прямого проводника возьмём контурную рамку и подсоединим её к источнику тока, то она повернётся на 180º и остановится в в таком положении, в котором результирующая сила окажется равной 0. Попробуем подтолкнуть рамку. Она возвращается в исходное положение.

Поменяем полярность тока и повторим попытку: рамка сделала ещё пол-оборота. Логично припустить, что необходимо менять направление тока каждый раз, когда соответствующие витки обмоток проходят точки смены полюсов магнитов. Именно для этой цели и создан коллектор.

Схематически можно представить себе каждую якорную обмотку в виде отдельной контурной рамки. Если обмоток несколько, то в каждый момент времени одна из них подходит к магниту статора и оказывается под действием выталкивающей силы. Таким образом, поддерживается непрерывное вращение якоря.

Типы ДПТ

Существующие электродвигатели постоянного тока можно классифицировать по двум основным признакам: по наличию или отсутствию в конструкции мотора щеточно-коллекторного узла и по типу магнитной системы статора.

Рассмотрим основные отличия.

По наличию щеточно-коллекторного узла

Двигатели постоянного тока для коммутации обмоток, которых используются щёточно-коллекторные узлы, называются коллекторными. Они охватывают большой спектр линейки моделей электромоторов. Существуют двигатели, в конструкции которых применяется до 8 щёточно-коллекторных узлов.

Функции ротора может выполнять постоянный магнит, а ток от электрической сети подаётся непосредственно на обмотки статора. В таком варианте отпадает надобность в коллекторе, а проблемы, связанные с коммутацией, решаются с помощью электроники.

В таких бесколлекторных двигателях устранён один из недостатков –искрение, приводящее к интенсивному износу пластин коллектора и щёток. Кроме того, они проще в обслуживании и сохраняют все полезные характеристики ДПТ: простота в управлении связанном с регулировкой оборотов, высокие показатели КПД и другие. Бесколлекторные моторы носят название вентильных электродвигателей.

Читайте также:  Спектр тока нелинейного элемента с вах

По виду конструкции магнитной системы статора

В конструкциях синхронных двигателей существуют модели с постоянными магнитами и ДПТ с обмотками возбуждения. Электродвигатели серий, в которых применяются статоры с потоком возбуждения от обмоток, довольно распространены. Они обеспечивают стабильную скорость вращения валов, высокую номинальную механическую мощность.

О способах подключения статорных обмоток шла речь выше. Ещё раз подчеркнём, что от выбора схемы подключения зависят электрические и тяговые характеристики двигателей постоянного тока. Они разные в последовательных обмотках и в катушках с параллельным возбуждением.

Управление

Не трудно понять, что если изменить полярность напряжения, то направление вращения якоря также изменится. Это позволяет легко управлять электромотором, манипулируя полярностью щеток.

Механическая характеристика

Рассмотрим график зависимости частоты от момента силы на валу. Мы видим прямую с отрицательным наклоном. Эта прямая выражает механическую характеристику электродвигателя постоянного тока. Для её построения выбирают определённое фиксированное напряжение, подведённое для питания обмоток ротора.

Примеры механических характеристик ДПТ

Примеры механических характеристик ДПТ независимого возбуждения

Регулировочная характеристика

Такая же прямая, но идущая с положительным наклоном, является графиком зависимости частоты вращения якоря от напряжения питания. Это и есть регулировочная характеристика синхронного двигателя.

Построение указанного графика осуществляется при определённом моменте развиваемом ДПТ.

Регулировочная характеристика ДПТ

Пример регулировочных характеристик двигателя с якорным управлением

Благодаря линейности характеристик упрощается управление электродвигателями постоянного тока. Поскольку сила F пропорциональна току, то изменяя его величину, например переменным сопротивлением, можно регулировать параметры работы электродвигателя.

Регулирование частоты вращения ротора легко осуществляется путём изменения напряжения. В коллекторных двигателях с помощью пусковых реостатов добиваются плавности увеличения оборотов, что особенно важно для тяговых двигателей. Это также один из эффективных способов торможения. Мало того, в режиме торможения синхронный электродвигатель вырабатывает электрическую энергию, которую можно возвращать в энергосеть.

Области применения

Перечислять все области применения электродвигателей можно бесконечно долго. Для примера назовём лишь несколько из них:

  • бытовые и промышленные электроинструменты;
  • автомобилестроение – стеклоподъёмники, вентиляторы и другая автоматика;
  • трамваи, троллейбусы, электрокары, подъёмные краны и другие механизмы, для которых важны высокие параметры тяговых характеристик.

Преимущества и недостатки

К достоинствам относится:

  • Линейная зависимость характеристик электродвигателей постоянного тока (прямые линии) упрощающие управление;
  • Легко регулируемая частота вращения;
  • хорошие пусковые характеристики;
  • компактные размеры.

У асинхронных электродвигателей, являющихся двигателями переменного тока очень трудно достичь таких характеристик.

Недостатки:

  • ограниченный ресурс коллектора и щёток;
  • дополнительная трата времени на профилактическое обслуживание, связанное с поддержанием коллекторно-щёточных узлов;
  • ввиду того, что мы пользуемся сетями с переменным напряжением, возникает необходимость выпрямления тока;
  • дороговизна в изготовлении якорей.

По перечисленным параметрам из недостатков в выигрыше оказываются модели асинхронных двигателей. Однако во многих случаях применение электродвигателя постоянного тока является единственно возможным вариантом, не требующим усложнения электрической схемы.

Видео в дополнение к написанному



Источник

мтомд.инфо

Машины постоянного тока

Машина постоянного тока представляет собой электрическую машину с механическим преобразователем частоты в цепи якоря и поэтому имеет обращенное исполнение.

Устройство и назначение машин постоянного тока

Обмотка возбуждения 3 располагается на статоре, а обмотка якоря 5 — на роторе. Преобразователь частоты выполняется в виде коллектора 7, пластины которого электрически связаны с обмоткой якоря. Система неподвижных щеток 6 обеспечивает связь вращающейся обмотки якоря с внешней сетью.

Схема машины постоянного тока

Статор обычно выполняется в виде массивной станины 1, на которой укрепляются полюсы 2 с обмоткой возбуждения. Сердечники полюсов собираются из листов конструкционной стали толщиной 1-2 мм.

Магнитопровод якоря 4 набирается из лакированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. В пазы магнитопровода укладываются изолированные секции двухслойной обмотки якоря. Выводы секции припаиваются к коллекторным пластинам, закрепленным на валу машины постоянного тока. Число коллекторных пластин равно числу секций. Коллекторные пластины изготавливаются из меди и изолируются друг от друга и от вала с помощью миканитовых прокладок. На внешней поверхности коллектора устанавливаются угольные щетки, закрепленные в щеткодержателях неподвижно относительно статора. Число щеток равно числу полюсов.

Положение щеток относительно полюсов может меняться, но, как правило, щетки устанавливаются на геометрической нейтрали — линии, перпендикулярной оси магнитного поля полюса. В этом случае процессы преобразования энергии в машинах постоянного тока аналогичны процессам преобразования в синхронных машинах при чисто активной нагрузке. Машины постоянного тока применяются как в качестве электродвигателей, так и в качестве генераторов.

Области применения машин постоянного тока

Двигатели постоянного тока, в отличие от двигателей переменного тока, обладают хорошими регулировочными свойствами и могут иметь механические характеристики n = f(Mвн), удовлетворяющие требованиям большинства рабочих механизмов. Поэтому двигатели постоянного тока широко используются на транспорте (магистральные электровозы, тепловозы, пригородные электропоезда, метрополитен, трамваи, троллейбусы), в станках, прокатных станах, кранах, судовых установках. В подавляющем большинстве автомобилей, тракторов, самолетов и других летательных аппаратов двигатели постоянного тока приводят во вращение все вспомогательное оборудование.

Постоянный ток для питания двигателей получают либо с помощью полупроводниковых выпрямительных установок, преобразующих переменный ток в постоянный, либо с помощью генераторов постоянного тока. Генераторы постоянного тока используют также в технологических процессах для питания электролизных и гальванических установок. Широкое распространение получили генераторы постоянного тока специального назначения (сварочные генераторы, генераторы для освещения поездов, электромашинные усилители постоянного тока, возбудители синхронных машин).

Недостатком машин постоянного тока является их относительно высокая стоимость, а также наличие скользящего контакта между щетками и коллектором. В последние годы в связи с развитием полупроводниковой техники ведутся работы по замене механического коллектора полупроводниковым преобразователем. Однако, несмотря на большие усилия, направленные на создание полупроводниковых преобразователей частоты, электроприводы с такими преобразователями оказываются в 1,5 — 2,5 раза тяжелее и дороже электроприводов с двигателями постоянного тока. Поэтому выпуск машин постоянного тока не сокращается, и они находят все новые области применения.

Источник

Машины постоянного тока

Области применения машин постоянного тока

Электрические машины постоянного тока широко применяются в качестве двигателей и несколько меньше – в качестве генераторов, так как двигатели постоянного ока допускают плавное регулирование частоты вращения простыми и обладают лучшими пусковыми качествами – развивают большой пусковой момент при относительно небольшом токе. Поэтому их широко используют в качестве тяговых двигателей на электротранспорте. Кроме того, они являются исполнительными звеньями систем автоматического регулирования. Машины постоянного тока входят в состав автомобильного, судового и самолетного электрооборудования, дорожно-строительных машин.

Существенным недостатком машин постоянного тока является искрение щеток при определенных неблагоприятных условиях работы в щеточно-коллекторном узле.

Устройство электрической машины

Электрическая машина постоянного тока состоит из двух основных частей: неподвижной – называемой статором, и вращающейся – называемой якорем. Эти части разделены воздушным зазором.

Читайте также:  Какие есть электропоезда переменного тока

Статор машины состоит из станины, на внутренней поверхности которой расположены главные полюса. Станина служит основанием для крепления всех частей машины, а также является элементом магнитной цепи. Станины машин постоянного тока изготавливают из стали или чугуна.

Рис. 2.1 Устройство электрической машины постоянного тока:

/—коллектор; 2 — щетки; 3 — сердечник якоря; 4 — сердечник главного полюса;

5 — полюсная катушка; 6 — станина; 7 — подшипниковый щит; 8 — вентилятор;

9 — обмотка якоря.

Главные (основные) полюса машины состоят из: сердечников из штампованной стали и катушек возбуждения из медного изолированного провода. Полюсы крепят к внутренней поверхности станины болтами. Катушки всех главных полюсов электрически соединяются, образуя обмотку возбуждения, и предназначаются для возбуждения главного магнитного потока.

Рис. 2.2 Лист сердечника якоря

Соединение катушек производится таким образом, чтобы при прохождении тока полярности полюсов чередовались. Наряду с основными полюсами меньше по размеру располагается дополнительная обмотка возбуждения, которая служит для уменьшения искрения на щетках (улучшение коммутации).

Якорь – часть машины, в обмотке которой при вращении ее, относительно главного магнитного поля индуктируется ЭДС. Якорь машины постоянного тока состоит из сердечника, обмотки якоря, уложенной в его пазах, коллектора насаженного на вал якоря. Сердечник якоря, набирается из листов электротехнической стали (рис. 2.3, а) толщиной 0,5 мм, изолированных друг от друга лаком.

У машин малой мощности пазы делают полузакрытыми, а в машинах средней и большой мощности – открытыми. Часто пазы якоря делают со скосом, что уменьшает вибрацию и шум в процессе работы машины.

В пазы сердечника якоря уложена обмотка якоря (рис. 2.3, б), обычно состоящая из отдельных секций, выполненных из медного изолированного провода. Концы секций припаивают в пазах и укрепляют с помощью гетинаксовых или деревянных клиньев. Особенностью обмотки якоря является то, что она барабанного типа. Для отвода тока от коллектора служат щетки, установленные в щеткодержателях (рис. 2.4). Щетку 1 к коллектору прижимает пружина 2 . Щеткодержатели надеваются на щеткодержательную траверсу (отверстие 3), от которой они электрически изолируются.

Коллектор (рис. 2.5) состоит из коллекторных пластин 2, изготовленных из холоднокатанной меди клинообразующего профиля (поперечного сечения), основания коллектора – втулки 5, нажимной шайбы 3, гайки 6 и изоляционных пластин – миканита 1,4.

Для присоединения секции обмотки якоря к коллектору у пластин со стороны сердечника делают выступы, называемые «петушками».

Рис. 2.5 Устройство коллектора

Помимо указанных частей, машина имеет два подшипниковых щита: передний (со стороны коллектора) и задний (с противоположной стороны). В машинах малой и средней мощности, а также в тихоходных и малошумных машинах используются подшипники скольжения.

Для присоединения обмоток машины к электрической сети машины, снабжена коробкой выводов – клеммной платой.

По способам возбуждения электрические машины классифицируются:

— машины независимого возбуждения: обмотка возбуждения ОВ питается постоянным током от источника, электрически не связанного с обмоткой якоря Я (рис. 2.6, а);

— машины параллельного возбуждения (шунтовые): обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены параллельно (рис. 2.6, б)

— машины последовательного возбуждения (серийные): обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены последовательно (рис. 2.6, в);

— машины смешанного возбуждения (компаундные). В них две обмотки возбуждения: одна из них ОВ1 (шунтовая), включена параллельно, а другая ОВ2(серийная) – последовательно с обмоткой якоря (рис. 2.6, г).

Все указанные машины относятся к машинам с электромагнитным возбуждением, так как магнитное поле в них создается посредством электрического тока обмотки возбуждения.

— магнитоэлектрические машины: магнитное поле возбуждения создается постоянными магнитами (рис. 2.6, д).

Рис. 2.6. Способы возбуждения электрических машин постоянного тока

Роль щеточно-коллекторного механизма

Работа машины постоянного тока может сопровождаться искрением между краем щеток и коллекторными пластинами, когда возникает местный искровой разряд. Это приводит к разрушению поверхности коллектора и щеток, нагреву коллектора, снижению надежности машины постоянного тока и т. п. В случае неудовлетворительного состояния щеточно-коллекторного узла щетка может оторваться от коллектора, возникающий при этом кратковременный разрыв цепи тока якоря вызывает образование дуги. При этом машина не должна эксплуатироваться. Для избежания этого недостатка необходимо периодически протягивать и шлифовать коллектор.

Чаще причиной искрения является неудовлетворительная коммутация – процесс переключения секций обмотки якоря из одной параллельной ветки якоря в другую. Рассмотрим на примере режима генератора роль щеточно-коллекторного узла (рис. 2.7).

В машинах постоянного тока щетки располагаются вблизи геометрической нейтрали, которая делит машину постоянного тока на две симметричные части.

Предположим, что ток в машинах постоянного тока, от независимого источника питания (аккумуляторная батарея к обмоткам возбуждения подведено напряжение), проходящий по виткам обмотки возбуждения создает в машине постоянный магнитный поток, путь которого определяется правилом буравчика.

Силовые линии магнитного поля являются замкнутыми. Вал у машины постоянного тока от потока механической энергии подведем внешний момент. Проводники обмотки якоря будут пересекать силовые линии магнитного поля, будет проводится ЭДС.

где Вср – электромагнитная индукция,

la – длина проводника;

V — линейная скорость проводника.

Очевидно, что частота в обмотке якоря будет пропорциональна скорости вращения якоря. Частота наведения ЭДС будет определяться периодом вращения якоря.

ЭДС в проводе достигает максимальное значение, когда проводник располагается над серединой полюса, и ЭДС равна нулю, когда проводник проходит геометрическую нейтраль.

ЭДС якоря относительно щеток, представляет собой суммарный ЭДС ек, т.к. ЭДС остается неизменным.

где Nпр – число пазов;

а – число пар параллельных ветвей.

Вывод формулы обмотки якоря.

Величина ЭДС каждого проводника обмотки якоря в процессе работы машины постоянного тока определяется выражением

Так как магнитная индукция в воздушном зазоре распределяется по трапецевидной кривой, то лучше использовать среднее значение магнитной индукции в воздушном зазоре Вср.

Рис. 2.11 Распределение магнитной индукции в воздушном зазоре

электрической машины постоянного тока

Из прямоугольника abcd определим высоту Вср, где полюсное деление t является основание, а площадь прямоугольника равна площади фигуры, ограниченной трапецевидной кривой. Подставим в (1) величину Вср, получим среднее значение ЭДС.

где Вср – среднее значение магнитной индукции,

l – активная длина проводника,

v – окружная скорость якоря.

ЭДС обмотки якоря Еа определяется по формуле

где N – число проводников всей обмотки якоря,

– число параллельных ветвей.

Подставив выражение (2.5) в (2.6), получим

где v – линейная скорость, ;

D – диаметр якоря;

pD – длина окружности якоря.

Так как полюсное деление

где 2p – число пар полюсов.

Подставив выражение (2.9) в (2.8), получим

Подставив выражение (2.11) в (2.10), получим

— постоянная машины, тогда

где Ея – ЭДС обмотки якоря, В;

n – скорость вращение якоря, об/мин;

а – число пар параллельных ветвей и обмотки якоря.

Формула (2.11) показывает, что ЭДС якоря пропорциональная скорости вращения подвижной части (якоря) и при ненасыщенной магнитной системе машины постоянного тока пропорциональна также магнитному потоку.

Читайте также:  Моделирование цепей синусоидального тока

Вывод формулы электромагнитного момента

машины постоянного тока.

Электромагнитный момент постоянного тока преимущественно применяется в качестве двигателя и реже – в качестве генератора.

В режиме генератора уравнение электрического состояния обмотки якоря имеет вид

U – напряжение в нагрузке.

В режиме двигателя U – источник питания. Ея играет роль противоЭДС.

Уравнение баланса мощностей в режиме генератора постоянного тока.

Мощность в нагрузке определяется по формуле

где Pэм – электромагнитная мощность,

эл – тепловые потери.

Во всех случаях электромагнитная мощность представляет собой

В режиме генератора Мэм – вращающий момент сопротивления движения (момент нагрузки имеет противоположное движение).

В режиме двигателя Мэм – вращающий момент, обороты двигателя направлены в одну сторону.

Природа возникновения электромагнитного момента одна и та же.

, (2.18)
. (2.19)

Величина постоянная для машины

. (2.20)
(2.21)

Электромагнитный момент пропорционален току якоря и при насыщенной магнитной системе магнитному потоку якоря.

3.Электрические схемы и рабочие характеристики машины постоянного тока в режиме генератора и двигателя

Принцип действия генератора постоянного тока основан на явлении электромагнитной индукции: наводимая в проводнике ЭДС (е) прямо пропорциональна магнитной индукции (В), активной длине проводника l и скорости перемещения v ( ).

Генераторы постоянного тока по способу возбуждения, т. е. создания магнитного потока в машинах делятся на ГПТ независимого возбуждения и ГПТ смешанного возбуждения.

Такой генератор имеет жесткую характеристику

Способ возбуждения данного генератора состоит в том, что необходим дополнительный источник постоянного напряжения, мощность которого не превышает 3-5 % усталостной мощности генератора постоянного тока.

В качестве источника постоянного напряжения может быть выбран маломощный выпрямитель, работающий на однофазном токе в виде мостовой схемы, ли аккумуляторная батарейка.

Исходя из анализа, внешняя характеристика является жесткой.

Зависимость ЭДС от тока возбуждения при разомкнутой цепи якоря (Iя=0) и постоянной частоте вращения n=const называется характеристикой холостого хода Eя=F(Iв).

Зависимость напряжения U от тока якоря Iя при неизменных токе возбуждения Iв и частоте вращения n, называется внешней характеристикой (рис. 3.3).

На основании внешней характеристики определяется номинальное изменение напряжения генератора.

(3.3)
(3.4)
(3.5)

Генераторы самовозбуждения устойчивы к токам короткого замыкания.

Регулировочной характеристикой генератора называется зависимость тока возбуждения Iв от тока якоря Iя при постоянных напряжении и частоте вращения n.

Рассмотрим процесс самовозбуждения генератора параллельного возбуждения.

В качестве привода может быть использован асинхронный двигатель.

1- характеристика холостого хода генератора постоянного тока,

2- характеристика цепи возбуждения.

Для самовозбуждения необходимо согласное направление, что имеет место при правильном соединении обмотки возбуждения с якорем. При таком соединении напряженность поля от тока возбуждения усиливает магнитное поле, а последнее индуктирует большую ЭДС в обмотке якоря. Возрастание ЭДС вызывает дальнейшее увеличение тока возбуждения. Ограничение самостоятельного увеличения потока и тока возбуждения. Ограничение самостоятельного увеличения потока и тока возбуждения связано с насыщением магнитной цепи машины.

Характеристика холостого хода генератора при параллельном возбуждении практически не отличается от характеристики при независимом возбуждении.

Но внешняя характеристика при параллельном возбуждении генератора (а) идет значительно ниже, чем при независимом возбуждении (в) (рис. 3.9).

Причиной этому является уменьшение тока возбуждения при понижении напряжении, так как .

— магнитная система должна быть намагничена, т. е. в машине должен существовать остаточный магнитный поток.

— характеристика холостого хода генератора не должна проходить через начало координат.

— процесс самовозбуждения начинается с появления остаточного напряжения.

— обмотка возбуждения имеет начало и конец, и если их поменять местами, то магнитное поле не получим.

— точка А должна в обмотке рабочее движение генератора.

— пересечение характеристик холостого хода и цепи возбуждения должно быть в области рабочих значений цепи генератора.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник



Электродвигатели постоянного тока и области их применения

Подписка на рассылку

  • ВКонтакте
  • Facebook
  • ok
  • Twitter
  • YouTube
  • Instagram
  • Яндекс.Дзен
  • TikTok

Электродвигатель постоянного тока (ДПТ) представляют собой механизм, преобразующий поступающую на него электрическую энергию в механическое вращение. Работа агрегата базируется на явлении электромагнитной индукции — на проводник, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера: F = B*I*L, где L — длина проводника, I — ток, протекающий по проводнику, B — индукция магнитного поля. Данная сила обуславливает возникновение крутящего момента, который может быть использован для неких практических целей.

Электродвигатели постоянного тока обладают следующими преимуществами:

  • Практически линейные регулировочные и механические характеристики, благодаря чему обеспечивается удобство эксплуатации.
  • Большая величина пускового момента.
  • Компактные размеры (особенно сильно выражено у двигателей на постоянных магнитах).
  • Возможность использования одного и того же механизма как в режиме двигателя, так и генератора.
  • КПД при полной нагрузке, как правило, выше на 1–2 % чем у асинхронных и синхронных машин, а при неполной нагрузке преимущество может возрастать до 15 %.

Основным недостатком данных устройств является высокая цена их изготовления. Также стоит отметить необходимость регулярного обслуживания коллекторно-щеточного узла и определенное ограничение срока эксплуатации, вызванные его износом, однако на современных моделях эти недостатки практически полностью нивелированы.

Стоит отметить, что механическая характеристика, а значит, и все эксплуатационные показатели во многом зависят от схемы подключения обмотки возбуждения. Всего их четыре:


Способы возбуждения: а — независимое, б — параллельное, в — последовательное, г — смешанное.

Области применения ДПТ

Несмотря на то, что подавляющее большинство электрических сетей обеспечивают переменное напряжение, электродвигатели постоянного тока используются весьма и весьма широко. Собственно говоря, все промышленные приводы, где требуется точная регулировка частоты вращения, реализованы именно на базе ДПТ. Кроме того, электрические машины на постоянных магнитах благодаря своей эффективности и большой плотности мощности широко используются в оборонительной отрасли.

Впрочем, не стоит думать, что вы не сталкивались вживую с данными механизмами. Отсутствие жестких ограничений по размерам приводит к тому, что мы зачастую их не замечаем. Например, в автомобилестроении используются только электродвигатели постоянного тока, причем, несмотря на различие в мощности, на всем грузовом транспорте и спецтехнике они запитаны от 24 вольт, в то время как на легковых автомобилях их рабочее напряжение составляет 12 вольт. Получая энергию от аккумуляторной батареи или генератора, они отвечают за позиционирование сидений, управление зеркалами, поднятие и опускание стекол, а также поддержание в салоне заданной температуры.

Впрочем, электродвигатели постоянного тока могут и сами приводить в движение транспортные средства, и это далеко не только игрушечные автомобили-аттракционы с 12-вольтным аккумулятором. Для того чтобы ощутить, насколько мощными могут быть эти устройства, достаточно оказаться вблизи проходящей мимо пригородной электрички, а мягкость и точность регулировки оборотов наглядно демонстрирует плавный разгон троллейбусов.

Данные электродвигатели широко применяются как в электрическом транспорте (метро, троллейбус, трамвай, пригородные электрические железные дороги, электровозы), так и в подъемных устройствах (электрические подъемные краны).

Источник