2 Электрические машины постоянного тока. Генераторы.

Машины постоянного тока малой мощности широко применяются в современных устройствах автоматики в качестве исполнительных и вспомогательных двигате­лей. Основное достоинство их - возможность плавного и экономичного регулирования скорости в широких пре­делах.

Генераторы постоянного тока используются в автома­тике в качестве обычных генераторов, тахогенераторов или электромашинных усилителей. Недостатками машин постоянного тока, ограничивающими области их примене­ния, являются:

- наличие скользящих контактов - коллек­тора и щёток, снижающих надёжность работы,

- и сложность конструкции.

Машина постоянного тока, как и всякая электрическая машина, состоит из неподвижной (статор) и вращающей­ся (ротор) частей, разделённых воздушным зазором.

На рисунке 4.1 показано устройство микромашины посто­янного тока закрытого исполнения. Её статор состоит из станины 1, выполняемой из цельнотянутой стальной трубы. Станина служит основанием для крепления остальных неподвижных частей, а также является одним из участков в магнитной цепи машины. К внутренней по­верхности станины специальными винтами или болтами крепятся набранные из листовой стали толщиной 0,5— 1 мм главные полюсы.

Генераторы постоянного тока большой и малой мощ­ности имеют достаточно широкое распространение. Их ис­пользуют в некоторых отраслях промышленности, на транспорте, в уста­новках радио- и проводной связи, на самолётах и т. д. В системах автоматического управления и регулирования, в следящих системах широко применяют электромашинные усилители и тахогенераторы постоянного тока.

В зависимости от способа создания основного магнит­ного потока различают генераторы с электромагнитным возбуждением и с возбуждением постоянными магнитами (магнитоэлектрические).

В генераторах с электромагнитным возбуждением поток создаётся посредством обмотки возбуждения, кото­рая может включаться различным способом. В зависимо­сти от схемы её включения эти генераторы разделяются на генераторы независимого возбуждения и генераторы с самовозбуждением.

В свою очередь последние делятся на генераторы с параллельным, последовательным и смешанным воз­буждением. Практическое применение имеют генераторы с независимым и параллельным возбуждением, а также магнитоэлектрические.

7.Универсальный коллекторный двигатель. Способы возбуждения. Различия в подключении в зависимости от вида тока. Преимущества и недостатки по сравнению с асинхронным и синхронным двигателями.

Универсальный коллекторный электродвигатель

Схема одного из вариантов УКД. Допускается работа и от постоянного, и от переменного тока

Универсальный коллекторный электродвигатель (УКД) — разновидность коллекторной машины постоянного тока, которая может работать и на постоянном, и на переменном токе. Получил большое распространение в ручном электроинструменте и в некоторых видах бытовой техники из-за малых размеров, малого веса, лёгкости регулирования оборотов, относительно низкой цены. Широко использовался на железных дорогах Европы и США как тяговая машина.

Строго говоря, универсальный коллекторный электродвигатель является коллекторным электродвигателем постоянного тока с последовательно включенными обмотками возбуждения (статора), оптимизированным для работы на переменном токе бытовой электрической сети. Такой тип двигателя независимо от полярности подаваемого напряжения вращается в одну сторону, так как за счёт последовательного соединения обмоток статора и ротора смена полюсов их магнитных полей происходит одновременно и результирующий момент остаётся направленным в одну сторону. На самом деле там есть небольшой фазовый сдвиг, обуславливающий появление против направленного момента, но он невелик, симметрирование обмоток не только улучшает условия коммутации, но и уменьшает этот момент.

Для возможности работы на переменном токе применяется статор из магнитно-мягкого материала, имеющего малый гистерезис (сопротивление перемагничиванию). Для уменьшения потерь на вихревые токи статор выполняют наборным из изолированных пластин. Подмножеством коллекторных машин переменного тока (к.м.п.т.) являются машины «пульсирующего тока», полученного путем выпрямления тока однофазной цепи без сглаживания пульсаций (железная дорога). Здесь стоит отметить разность в культуре электротехнической промышленности - если Европа выбрала чистую коллекторною машину, то СССР предпочел "гибрид бульдога с носорогом" - машину, где ток не менял полярность, но колебался от нуля до максимума. (И.Б. Битюцкий, Липецкий политехничский университет).

Особенностью (в большинстве случаев — достоинством) работы такого двигателя именно на переменном токе (а не на постоянном такого же напряжения) является то, что в режиме малых оборотов (пуск и перегрузка) индуктивное сопротивление обмоток статора ограничивает потребляемый ток и соответственно максимальный момент двигателя (оценочно) до 3–5 от номинального (против 5–10 при питании того же двигателя постоянным током). Для сближения механических характеристик у двигателей общего назначения может применяться секционирование обмоток статора — отдельные выводы (и меньшее число витков обмотки статора) для подключения переменного тока.

Достоинства и недостатки

Сравнение приведено для случая подключения к бытовой однофазной электрической сети 220 вольт 50 Гц. и одинаковой мощности двигателей. Разница в механических характеристиках двигателей («мягкость-жёсткость», максимальный момент) может быть как достоинством, так и недостатком в зависимости от требований к приводу.

Достоинства в сравнении с коллекторным двигателем постоянного тока:

Прямое включение в сеть, без дополнительных компонентов (для двигателя постоянного тока требуется, как минимум, выпрямление).

Меньший пусковой (перегрузочный) ток (и момент), что предпочтительнее для бытовых устройств.

Проще управляющая схема (при её наличии) — тиристор (или симистор) и реостат. При выходе из строя электронного компонента двигатель (устройство) остаётся работоспособным, но включается сразу на полную мощность.

Недостатки в сравнении с коллекторным двигателем постоянного тока:

Меньший общий КПД из-за потерь на индуктивность и перемагничивание статора.

Меньший максимальный момент (может быть недостатком).

Достоинства в сравнении асинхронным двигателем:

Быстроходность и отсутствие привязки к частоте сети.

Компактность (даже с учётом редуктора).

Больший пусковой момент.