75

Міністерство освіти і науки України

Дніпродзержинський державний технічний університет

С.П.Сторожко

Конспект лекцій

з дисципліни „Електричні машини”

на тему: „Машини постійного струму”

для студентів спеціальностей 7.092201 – Електричні системи і комплекси транспортних засобів, 7.092203 – Електромеханічні системи автоматизації та електропривод, 7.000008 – Енергетичний менеджмент

Затверджено

редакційно-видавничою секцією

науково-методичної ради ДДТУ

___________,протокол №______

Дніпродзержинськ

2006

Розповсюдження і тиражування без офіційного дозволу Дніпродзержинсь-кого державного технічного університету заборонено.

Конспект лекцій з дисципліни „Електричні машини” на тему: „Машини постійного струму” для студентів спеціальностей 7.092201 – Електричні системи і комплекси транспортних засобів, 7.092203 – Електромеханічні системи автоматизації та електропривод, 7.000008 – Енергетичний менеджмент/ укл.: к.т.н., доцент Сторожко С.П. – Дніпродзержинськ: ДДТУ, 2006. - 74 с.

Укладач: С. П. Сторожко,

доцент, канд. техн. наук

Відповідальний за випуск: О. В. Садовой

проф., доктор техн. наук

Рецензент: С.В.Количев,

доцент, канд..техн.наук кафедри ЕО

Затверджено на засіданні кафедри ЕО

Протокол № від . . 2006 р.

ЗМІСТ

стор,

1 ВСТУП ... 5

1.1 Основні етапи розвитку машин постійного струму. . . .................. 5

1.2 Генераторобудування .... 5

1.3 Двигуни .... 6

2 КОНСТРУКТИВНІ ОСОБЛИВОСТІ МПС .... 6

2.1 Основні деталі ...... 6

3 МАГНІТНЕ КОЛО................................................................................ 7

3.1 Потік полюсів ........................ 7

3.2 Закон повного струму .................................................................... 8

3.3 Ділянки магнітного кола .................................................................. 9

3.4 МРС зазору........................................................................................ 11

3.5 МРС зубцевої зони............................................................................ 13

3.6 МРС спинки якоря............................................................................ 16

3.7 МРС полюсів і ярма......................................................................... 16

3.8 Характеристика намагнічування МПС........................................... 17

4 ОБМОТКИ ЯКОРЯ МПС .............................................................. 18

4.1 Елементи та схеми обмоток .. 18

4.2 Проста петльова обмотка (ПП0) .. 22

4.3 Проста хвильова обмотка (ПХО) .. 24

4.4 Складні петльової обмотки (СПО) ... 27

4.5 Складна хвильова обмотка (СХО) ... 28

4.6 Умови симетрії обмоток ... 28

4.7 Урівнювачі ... 29

4.8 Вибір і порівняння обмоток ... 30

4.9 ЕРС обмотки якоря ... 30

4.10 Електромагнітний момент МПС ................................................ 32

5 МАГНІТНЕ ПОЛЕ МПС З НАВАНТАЖЕННЯМ.......................... 33

5.1 Магнітне поле МПС .. 33

5.2 Розрахунки МРС якор………………………………………………. 34

5.3 Врахування впливу поля якоря…………………………………….. 36

6 КОМУТАЦІЯ МПС … 38

6.1 Основні визначення та поняття …………………………………. 38

6.2 Рівняння струму комутуючої секції … 39

6.3 Лінійна комутація … 40

6.4 Нелінійна комутація … 41

7 ГЕНЕРАТОРИ . 46

7.1 Загальні положення ..................................................................... 46

7.2 Характеристики генераторів .... 48

7.3 Характеристики генератора незалежного збудження ............... .. 49

7.4 Характеристики генератора паралельного збудження ................ 53

7.5 Генератор послідовного збудження .. 57

7.6 Генератор змішаного збудження .. 57

8 ДВИГУНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ (ДПС) 59

8.1 Загальні положення 59

8.2 Енергетична діаграма 59

8.3 Рівняння моментів двигуна 60

8.4 Принцип дії і рівняння напруг двигуна 61

8.5 Пуск ДПС 62

8.6 Реостатний пуск 64

8.7 Робочі характеристики ДПС 65

8.8 Механічні характеристики ДПС ............... 67

8.9 Регулювання частоти обертання ДПС 69

8.10 Способи гальмування ДПС........................................................... 72

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 73

1 Вступ

1.1 Основні етапи розвитку машин постійного струму (мпс)

Розвиток електричних машин у другій половині 19-го століття є по суті історія створення МПС. Але започатковане це було ще в двадцятих роках цього століття. 1820 рік - відкрито явище електро­магнетизму Ерстедом. 1822 рік - М.Фарадей виявив і сформулював принцип перетворення електроенергії в механічну (принцип електро­магнітного обертання). 1824 рік - Варлоу сконструював першу прин­ципову модель двигуна. 1833 рік - Є.Ленц започаткував правило Ленца та принцип оберненості електричних машин.

В 1831р. Фарадей сформулював основний, наріжний закон елек­тромагнітної індукції. Оберненість електромагнітного обертання та електромагнітної індукції найбільш плідно використовував Б.С. Якобі, який винайшов перший двигун постійного струму (ДПС).

Взагалі всі вище згадані закони і відкриття в електротехніці призвели до розвитку МПС по двом шляхам: генараторобудування та конструювання двигунів.

1.2 Генераторобудування

Відомо, що перші генератори - гальванічні елементи слугували хімічним дослідам (алхімія, тощо...), тому перші МПС почали свій розвиток як генератори постійного струму (ГПС). Вчені розглядають чотири етапи розвитку та конструювання генераторів.

Перший етап (1831 - 1851 р.р.): Розвиток магнітоелектричних машин з постійними магнітами. Перша модель (1831 р. - автор неві­домий з ініціалами Р.М.) була дуже перспективна - окремі деталі цієї МПС використовують і досі. 1832), Пиксі - обертова машина з коромислом Ампера, як випрямляч. 1833р., Риччі - машина з оберненим колектором і збудженням постійним струмом. До 1840 року ці машини удосконалювались з метою покрашення конструкції колектора. 1855р., Холмс - машина для живлення маяків і будівель.

Другий етап (1851р. - 1867р.) перехід до машин з самозбуд­женням. 1861  1867р.р., Уайлд - синхронні машини. 1856р., 2Т-подібний якорь, 1869р. - кільцеподібний якорь Пачінотти.

Третій етап (1867р. - 1871р.) - подальший розвиток теорії та практики самозбудження (Хіорт, 1855р. та інші. Сіменс практи­чно реалізував принципи самозбудження. Максвелл - теоретичні дослі­дження магнітного поля.

Четвертий етап (1871р. - 1886р.) - 15 років, за які генера­тори досягли практичного завершення конструкції. Грамм впровадив якорь Пачінотті. 1872р. - барабанний якорь Гефнер-Альтенака; 1876р. - Яблочков - однофазний генератор. 1882р. - Вестон - двошарова обмотка якоря; 1880р. - Едісон - шихтований якорь.

1.3 Двигуни

Двигуни і генератори до 18601870р.р. розвивались незалеж­но один від одного. Конструювання двигунів проходило також у кі­лька етапів.

Перший етап (1822р.-1834р.) - моделювання принципу електро­механічного перетворювача енергії зворотньо-поступового руху /Д.Генрі.- Педж/1846р, 1851р. - локомотив потужністю 16 к.с, шви­дкість до 30 км/год.

Другий етап (1834р.-1870р.) Б.С.Якобі, винахід багатополюсного обертового двигуна з прототипом колектора, потужність 500 Вт, на катері довжиною 8,5 (16 пасажирів,1838р.) Девенпорт в 1834р. незалежно від Якобі сконструював обертовий двигун постійного стру­му.

Третій етап (1867р.-1887р.) принцип самозбудження в двигунах постійного струму. 1862) - принцип синхронного обертання, Н.Тесла та Ферраріс (1888р.) асинхронний двигун; 1893р. - двигун з подвійною кліткою.