2. Електричні двигуни постійного струму
2.1. Устрій машин постійного струму.
Електричні двигуні по принципу совій дії зворотні, тому в гальмівному режиму роботи електроприводу вони працюють як генератори. З цей причини доцільно розглянути електричній двигун взагалі як електричну машину.
Електричною машиною постійного струму називається машина, призначена для перетворення механічної енергії в електричну енергію постійного струму (генератор) або електричної енергії постійного струму в механічну (двигун).
Побудова машини постійного струму нормального виконання показане на рис. 1.2. Машина складається із двох основних частин: нерухомої магнітної системи 1 й обертової частини 2, названої якорем. Магнітна система служить для створення магнітного потоку. У пазах сердечника якоря розташовується обмотка 3 з ізольованих мідних проводів, кінці яких через спеціальний пристрій — колектор 4 й електричні щітки 5 — з'єднуються із зовнішнім електричним ланцюгом. Магнітна система складається з полюсів 6, 7 і станини 8. Станина виконується зі сталевого лиття, а полюсі — з листової електротехнічної сталі товщиною 0,5—1 мм. Варто розрізняти головні 6 і додаткові 7 полюсі. На сердечниках головних полюсів розташовуються котушки 9 однієї або декількох обмоток збудження (послідовна обмотка збудження зі струмом якоря, паралельна — включається паралельно якорю, незалежна — живиться від мережі постійного струму). Головні полюсі створюють основний магнітний потік машини.
Рис. 1.2. Схема будови машини постійного струму.
Котушки 10 додаткових полюсів включаються послідовно з обмоткою якоря й створюють магнітне поле, що забезпечує без іскрову роботу машини. Сердечник якоря складається з одного або декількох пакетів, набраних з лакованих аркушів електротехнічної сталі. Між пакетами є радіальні вентиляційні канали. Сердечник утримується в спресованому стані натискними кільцями, що грають одночасно роль тримачів обмоток. Сердечник якоря встановленій на вал 11 (при діаметрах якоря до 500—600 мм), або на циліндричну зіркоподібну втулку. При діаметрах понад 900 мм сердечник якоря набирається із сегментів. Обмотка якоря виконується з послідовно з'єднаних секцій. Залежно від способу виконання й з'єднання секцій розрізняються питлеві, хвильові й комбіновані обмотки якоря.
Постійне магнітне поле ненавантаженої машини (струм навантаження І = 0) створюється магніторушійною силою (МРС) обмотки збудження, обтічної постійним струмом збудження Ів (рис. 1.3). При обертанні якоря із частотою п у його обмотці наводиться електрорушійною силою (ЕРС) із частотою f = рп. За допомогою колектора ця ЕРС випрямляється, і на щітках з'являється практично постійна по величині й напрямку ЕРС Еа.
При приєднання щіток машини до мережі постійного струму по обмотці якоря протікає струм Ія, що створює своє магнітне поле, що накладається на поле головних полюсів і змінює його. Це явище називається реакцією якоря. У машинах з ненасиченим магнітним ланцюгом реакція якоря спотворює первісне магнітне поле, а у випадку насиченого магнітного ланцюга - спотворює й зменшує первісне магнітне поле. Тому в насичених машинах величина ЕРС при навантаженні завжди менше, ніж у режимі холостого ходу.
При роботі в генераторному режимі (якір обертається від механізму по стрілці Г) струм якоря збігається по напрямку з ЕРС Еа. При роботі в режимі двигуна якір обертається в напрямку стрілки Д під дією електромагнітного обертаючого моменту М. Останній створюється в результаті взаємодії струму якоря з магнітним полем головних полюсів. У режимі двигуна струм якоря протилежний напрямку ЕРС Еа і має назву проти ЕРС. Це відбувається тому, що напруга мережі більше ЕРС Еа і струм якоря направленій назустріч ЕРС.
Рис. 1.3. Магнітне поле машини постійного струму.