Машины постоянного тока

32. Устройство машины постоянного тока

Машиной постоянного тока (МПТ) называется электрическая машина, присоединенная к сети постоянного тока и снабженная механическим коммутатором (коллектором).

МПТ состоит из двух основных частей: неподвижного статора и вращающегося якоря.

Статор состоит из станины, к которой крепятся главные и добавочные полюса.

Главные полюса (ГП) предназначены для создания основного магнитного потока. Они имеют расширенный полюсный наконечник. Для уменьшения потерь на вихревые токи, наконечник главного полюса делают шихтованным.

На главных полюсах расположена обмотка возбуждения (ОВ).

Обмотка возбуждения бывает двух видов: параллельного и последовательного возбуждения.

Обмотка параллельного возбуждения. Подключается параллельно обмотке якоря или к независимому источнику постоянного тока. Ток возбуждения составляет 1-2% от тока якоря, поэтому обмотка выполняется из провода малого сечения, имеет большое число витков и большое сопротивление.

Обмотка последовательного возбуждения. Включается последовательно в цепь якоря, т.е. I_в=I_a, поэтому обмотка выполняется из провода большого сечения, имеет малое число витков и малое сопротивление.

На главном полюсе могут одновременно находиться обмотки параллельного и последовательного возбуждения.

Добавочные полюса (ДП) располагаются посередине между главными и предназначены для улучшения коммутации (уменьшения искрения под щетками).

Обмотка добавочных плюсов (ОДП) включается последовательно в цепь якоря. Для уменьшения запаздывания магнитного потока добавочный полюс делается полностью шихтованным.

В наконечник главного полюса укладывают компенсационную обмотку (КО) предназначенную для компенсации поперечной реакции якоря. КО включается последовательно в цепь якоря, выполняется из провода большого сечения.

Якорь МПТ состоит из сердечника якоря, который собирается из листов электротехнической стали, коллектора, обмотки и вала. В пазы сердечника укладывается обмотка якоря, состоящая из отдельных секций. Концы секций припаиваются к коллектору, который выполняет роль электромеханического преобразователя. Коллектор выполняется из медных пластин, изолированных друг от друга слюдой или миканитом. На коллектор устанавливают щетки, через которые происходит подвод или съем напряжения.

33. Принцип действия машины постоянного тока

Генераторный режим

При работе в генераторном режиме механическая энергия преобразуется в электрическую.

При вращении якоря в проводниках обмотки якоря будет индуцироваться ЭДС, направление которой определяется по правилу правой руки. Если к обмотке якоря подключить нагрузку, то в ней начнет протекать электрический ток, направление которого будет совпадать с ЭДС. Поскольку проводники обмотки якоря расположены в магнитном поле на них будет действовать сила, направление которой определяется по правилу левой руки. При этом возникает момент, направленный встречно внешнему моменту.

U=E-I_aR_a.

Характерным признаком генераторного режима является то, что ток и ЭДС совпадают по направлению. Поскольку проводник обмотки якоря при вращении проходит под разными полюсами, то в секции обмотки якоря будет индуцироваться переменная ЭДС.

При помощи коллектора ЭДС на щетках (на выходе генератора) получается постоянной, т.е. коллектор выполняет роль механического выпрямителя.

Д вигательный режим

При работе в двигательном режиме электрическая энергия преобразуется в механическую.

При подаче напряжения на обмотку якоря в ней возникает электрический ток. В результате взаимодействия тока обмотки якоря и магнитного поля, создаваемого обмоткой возбуждения, возникает вращающий момент. В результате движения проводников обмотки якоря в магнитном поле в них индуцируется ЭДС, направленная встречно напряжению сети.

U=E+I_aR_a.

Таким образом, характерным признаком двигательного режима является то, что ЭДС и ток якоря направлены противоположно. В двигательном режиме с помощью коллектора постоянное напряжение преобразуется в переменное напряжение секции, т.е. коллектор выполняет роль механического инвертора.

Вне зависимости от режима работы машины ЭДС якоря:

E_а= C₀ Фn.

Электромагнитный момент машины постоянного тока:

М=С₀ Ф I_а,

где – конструктивная постоянная.

р – число пар полюсов, N – число проводников обмотки якоря, а – число параллельных ветвей.