37 Вопрос. Машина постоянного тока (генераторы постоянного тока)

М ашина постоянного тока — электрическая машина, предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую постоянного тока (генератор) или для обратного преобразования (двигатель). Машина постоянного тока обратима.

Машина постоянного тока образуется из синхронной обращённой конструкции, если её якорь снабдить коллектором, который вгенераторном режиме играет роль выпрямителя, а в двигательном — преобразователя частоты. Благодаря наличию коллектора по обмоткеякоря проходит переменный ток, а во внешней цепи, связанной с якорем, — постоянный.

Устройство МПТ (рис)

Типы 

Различают следующие виды машин постоянного тока:

• по наличию коммутации:

  • с коммутацией (обычные);

  • без коммутации (униполярный генератор и униполярный электродвигатель);

• по типу переключателей тока:

  • с коллекторными переключателями тока (с щёточно-коллекторным переключателем);

  • с бесколлекторными переключателями тока (с электронным переключателем (вентильный электродвигатель)).

• по мощности:

  • микромашины — до 500 мВт;

  • малой мощности — 0,5-10 кВт;

  • средней мощности — 10-200 кВт;

  • большой мощности — более 200 кВт.

• в зависимости от частоты вращения:

  • тихоходные — до 300 об./мин.;

  • средней быстроходности — 300—1500 об./мин.;

  • быстроходные — 1500-6000 об./мин.;

  • сверхбыстроходные — более 6000 об./мин.

• по расположению вала:

  • горизонтальные;

  • вертикальные.

Принцип действия

Машина постоянного тока может работать в двух режимах: двигательном и генераторном, в зависимости от того, какую энергию к ней подвести — если электрическую, то электрическая машина будет работать в режиме электродвигателя, а если механическую — то будет работать в режиме генератора. Однако электрические машины, как правило предназначены, заводом изготовителем, для одного определенного режима работы — или в режиме генератора, или электродвигателя.

Генератор постоянного тока

Генератор постоянного тока преобразует механическую энергию в электрическую. В зависимости от способов соединения обмоток возбуждения с якорем генераторы подразделяются на:

1. генераторы независимого возбуждения;

2. генераторы с самовозбуждением;

• генераторы параллельного возбуждения;

• генераторы последовательного возбуждения;

• генераторы смешанного возбуждения;

Генераторы малой мощности иногда выполняются с постоянными магнитами. Свойства таких генераторов близки к свойствам генераторов с независимым возбуждением.

Применение

Электрические Машины постоянного тока используют как в качестве генератора, так и вкачестве двигателя. Наибольшее применение получили двигатели постоянного тока:

- Они широко используются для привода подъёмных средств в качестве крановых двигателей.

- Приводом транспортных средств в качестве тяговых двигателей.

- Для привода устройств автоматики.

- Для привода прокатных станов.

- Для привода штатных подъёмников.

38 Вопрос. Двигатель постоянного тока.

Двигатель постоянного тока — электрическая машина, машина постоянного тока, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию.

История 

1834 г. Якоби, Борис Семёнович построил электродвигатель, основанный на принципе притяжения и отталкивания между электромагнитами

• 1839 г. Якоби, Борис Семёнович построил лодку с электродвигателем постоянного тока.

Описание коллекторного ДПТ [править]

По некоторым мнениям этот двигатель можно еще назвать синхронной машиной постоянного тока с самосинхронизацией. Простейший двигатель (рис. 1), являющийся машиной постоянного тока, состоит из постоянного магнита на индукторе (статоре), одного электромагнита с явно выраженными полюсами на якоре (двухзубцового якоря с явно выраженными полюсами и с одной обмоткой), щёточноколлекторного узла с двумя пластинами (ламелями) и двумя щётками.

Простейший двигатель имеет два положения ротора (две «мёртвые точки»), из которых невозможен самозапуск, и неравномерный крутящий момент. В первом приближении магнитное поле полюсов статора равномерное (однородное) и равно:

,

где   — число витков обмотки ротора,  — индукция магнитного поля полюсов статора,  — ток в обмотке ротора [А],  — длина рабочей части витка обмотки [м],  — расстояние от оси ротора до рабочей части витка обмотки ротора (радиус) [м],  — синус угла между направлением северный-южный полюс статора и аналогичным направлением в роторе [рад],  — угловая скорость [рад/сек],  — время [сек].

Из-за наличия угловой ширины щёток и углового зазора между пластинами (ламелями) коллектора в двигателе этой конструкции имеются динамически постоянно короткозамкнутые щётками части обмотки ротора. Число короткозамкнутых частей обмотки ротора равно числу щёток. Эти короткозамкнутые части обмотки ротора не участвуют в создании общего крутящего момента.

Суммарная короткозамкнутая часть ротора в двигателях с одним коллектором равна:

,

где   — число щёток,  — угловая ширина одной щётки [радиан].

Б ез учёта короткозамкнутых щётками частей крутящего момента средний крутящий момент   рамок (витков) с током за один оборот равен площади под интегральной кривой крутящего момента, делённой на длину периода (1 оборот =  ):

Двигатель, показанный на рис. 2, состоит из одного электромагнита на статоре (двухполюсного статора) с явно выраженными полюсами и с одной обмоткой, ротора с тремя зубцами и, соответственно, с тремя обмотками (обмотки ротора при такой конструкции могут быть включены звездой (в столь маломощной машине условия коммутации допускают такое соединение) или треугольником), щёточноколлекторного узла с тремя пластинами (ламелями) и с двумя щётками. Самозапуск возможен из любого положения ротора. Имеет меньшую неравномерность крутящего момента, чем двигатель с двухзубцовым ротором (рис. 1).

ДПТ являются обратимыми электрическими машинами, то есть в определённых условиях способны работать как генераторы.

Сокращение ДПТ (двигатель постоянного тока) является неудачным, так как название «двигатель переменного тока» имеет то же сокращение — ДПТ. Но так как двигатели переменного тока разделяются на асинхронные (АД) и синхронные (СД), сокращение ДПТ относят к двигателям постоянного тока.