Устройство электрической машины постоянного тока

Электрическая машина постоянного тока состоит из непод­вижной и вращающейся частей. На неподвижной части — станине (рис. 9.1) — укреплены главные полюсы для возбуждения магнит­ного потока и дополнительные — для улучшения коммутации в машине.

Главный полюс состоит из сердечника и обмотки возбуждения. На свободном конце сердечника устанавливается полюсный на­конечник для создания требуемого распределения магнитного потока.

Рис 9.1

Станина является ярмом ма­шины, т.е. частью, замыкающей магнитную цепь магнитного по­тока главных полюсов (рис. 9.2).

Дополнительные полюсы уста­навливаются на станине между главными полюсами. На сердеч­никах дополнительных полюсов располагаются обмотки, кото­рые соединяются последователь­но с обмоткой якоря.

Якорем называется враща­ющаяся часть машины. Якорь (рис. 9.3) состоит из сердечника с обмоткой, уложенной в его пазах, и коллектора, насаженных на общий вал.

Коллектор представляет собой по­лый цилиндр, собранный из изолированных друг от друга и вала машины клинообразных медных пластин. Проводами они соединяются с витками обмотки, разме­щенной в пазах якоря. Вращающаяся обмотка соединяется с внеш­ней цепью скользящим контактом между щетками, установ­ленными в щеткодержателях, и коллектором. Щеткодержатели надеваются на траверсу, от кото­рой они электрически изолируются. Траверса соосно соединена с якорем так, что ее можно поворачивать, изменяя положение ще­ток по отношению к полюсам машины.

С помощью коллектора и щеток вращающаяся обмотка якоря соединяется с внешней электрической цепью.

Машина постоянного тока, может работать в режиме генератора или двигателя.

Режим генератора.

Представим обмотку якоря машины в развернутом виде (рис. 9.9а). Пусть под действием приложенного к валу якоря вращающего момента М_вр от внешнего источника механической энергии (первичного двигателя) якорь вращается по направле­нию движения часовой стрелки с постоянной частотой враще­ния п, т.е. постоянными угловой ω_вр и окружной v скоростями. Тогда в витках параллельных ветвей его обмотки будут индуци­роваться ЭДС е_я, направления которых по правилу правой руки указаны на рис. 9.8. Сумма ЭДС е_я всех витков одной параллель­ной ветви определяет ЭДС Е_я обмотки якоря, равную напряже­нию холостого хода U_x между выводами щеток. Если теперь под­ключить к выводам щеток приемник — пассивный двухполюс­ник П с сопротивлением нагрузки R_H (рис. 9.9, б), то в цепях приемника и якоря возникнет ток I_Я, а напряжение между щетка­ми будет U<Е_я. В обмотке якоря направления тока и ЭДС совпа­дают.

Взаимодействие тока в обмотке якоря с магнитным полем глав­ных полюсов по правилу левой руки создает тормозной момент, направленный противоположно вращающему моменту.

При постоянной частоте вращения якоря п вращающий и тор­мозной моменты равны: М_вр = М_тор.

Электрическое состояние цепи якоря описывает уравнение Е_я- I_ЯR_Я=U, которому соответствует схема замещения на рис. 9.9, в, где I_Я, R_Я — сопротивление и ток цепи якоря, равные общему сопротив­лению и сумме токов параллельных ветвей обмотки якоря, вклю­ченных между щетками.

Умножив слагаемые уравнения на I_Я получим уравнение баланса мощностей цепи якоря Е_яI_Я=I²_ЯR_Я+UI_Я

где Е_яI_Я = Р_е - мощность ЭДС Е_я якоря генератора, равная мощ­ности электромагнитного преобразования механической энергии внешнего источника в электрическую энергию Р_эм = M _эм · ω_BP= M _BP ·ω_BP, I²_ЯR_Я -мощность потерь в проводах обмотки якоря; UI_Я=I²_ЯR_H — мощность приемника.

Генератор преобразует механическую энергию в электрическую.

Соединение цепей возбуждения и якоря

Рабочие характеристики машин постоянного тока зависят от способа включения обмоток электромагнитов главных полюсов, т. е. цепи возбуждения, относительно цепи якоря. Возможны параллельное, последовательное и смешанное соединения цепей возбуждения и якоря. Цепи возбуждения и якоря могут быть неза­висимы одна от другой.

В машинах с независимым возбуждением обмотка возбуждения ω_в подключается к независимому источнику (рис. 9.12, а), и маг­нитное поле главных полюсов не зависит от нагрузки машины.

В машинах с параллельным возбуждением обмотка возбуждения ω_пар соединяется параллельно с цепью якоря (рис. 9.12, б), имеет большое число витков из провода малого сечения и значительное активное сопротивление. В этих машинах ток возбуждения, а сле­довательно, и магнитный поток главных полюсов при постоян­ном напряжении между выводами машины не зависит от ее на­грузки.

В машинах с последовательным возбуждением обмотка возбужде­ния гиПОС включается последовательно с цепью якоря (рис. 9.12, в), имеет малое число витков из провода большого сечения и малое активное сопротивление. В этих машинах магнитный поток глав­ных полюсов зависит от нагрузки машины, т.е. тока якоря, рав­ного току возбуждения.

В машинах со смешанным возбуждением на каждом сердечнике главного полюса расположены две обмотки (рис. 9.12, г), одна w_nap соединяется с цепью якоря параллельно, а другая w_nос — последовательно. Обычно обмотки включаются согласно и в зави­симости от соотношения их МДС преобладают свойства.

Характеристики

1. Характеристики холостого хода E_Я.Х(I_В) при разомкнутой цепи якоря, т.е. I_Н=0 (I_Я для генератора с независимым возбуждением ) при постоянной номинальной частоте вращения n=n_НОМ.

2. При номинальных значениях тока возбуждения I_В= I_В.НОМ и частоты вращения якоря n=n_НОМ свойство генератора определяет внешняя характеристика Е_я- I_ЯR_Я=U

3. Чтобы внешняя нагрузка не зависела от тока нагрузки необходимо регулировать ток возбуждения. Регулировочной характеристикой генератора называется зависимость I_В(I_Я) при номинальных значениях частоты вращения n=n_НОМ и напряжениями между его выводами U=U_НОМ

24. Двигатели постоянного тока. Принцип действия, характеристики и

электрические схемы включения.