Общее устройство двигателей постоянного тока
Состоит из:
Остова 3, который служит для крепления главных 4 и дополнительных полюсов, подшипниковых щитов 2, щеточных механизмов 1, а также является частью магнитопровода. К остову крепится клеммная коробка 10.
Подшипниковых щитов 2 и 7, служащих для крепления подшипников в которых вращается вал 14 якоря. Подшипники закрываются уплотнительными крышками 8,9 и 12,13, как изнутри, так и снаружи. Щиты могут иметь вентиляционные отверстия или окна 11.
Главных полюсов 4 и 6, предназначенных для создания основного магнитного потока.
Дополнительных полюсов, служащих для уменьшения реакции якоря и улучшения коммутации.
Якоря 5.
-
предназначенного для создания вращающего
момента в двигателе,
- в генераторах – для создания индуктированной ЭДС.
Коллектора 18.
- в двигателях служит для распределения токов по виткам обмотки якоря таким образом, чтобы вращающие моменты всех витков были направлены в одну сторону.
- в генераторах коллектор выполняет функцию выпрямителя.
Щеточного механизма с фиксатором 15 и 16, кронштейном 1, щеткодержателем 17.
- в двигателях – для подачи напряжения на обмотку якоря.
- вгенераторах – для снятия напряжения с обмотки якоря.
Принцип действия двигателей постоянного тока
Принцип действия двигателей постоянного тока основан на явлении выталкивания проводника с током из магнитного поля полюсов. При подаче напряжения на обмотку возбуждения и обмотку якоря двигателя, обмотка возбуждения создает основной магнитный поток в котором будут находиться проводники с током обмотки якоря. При этом на проводники с током обмотки якоря действуют выталкивающие силы, определяемые по правилу левой руки. Эти силы создают вращающие моменты витков, они направлены в одну сторону, поэтому складываются и образуют общий вращающий момент Мвр двигателя
Мвр = СФIя (1)
где:
С – конструктивная постоянная машины, зависит от количества длины и диаметра витков и т.д.
Ф
– основной магнитный поток, созданный
полюсами машины.
Iя – ток якоря.
Под действием вращающего момента якорь двигателя начинает вращаться, при этом на его вал будут действовать силы сопротивления: трение о воздух, трение в подшипниках, сопротивление от рабочего механизма. Эти силы создают момент сопротивления Мс, направленный встречно вращающему моменту.
Существует 3 режима работы двигателя:
Мвр > Мс, тогда частота вращения якоря n – увеличивается.
Мвр < Мс, n – уменьшается.
Мвр = Мс, n – постоянная.
При вращении якоря его проводники пересекают магнитные силовые линии магнитного поля полюсов, поэтому в них индуцируется ЭДС. ЭДС всех витков складывается и образуется общая ЭДС машины - Е.
Е = СФn (2)
Данная ЭДС зависит от конструктивной постоянной машины (С), основного магнитного потока (Ф) и от частоты вращения якоря (n). Эта ЭДС в двигателе направлена против тока якоря и определяется по правилу правой руки, поэтому ее называют противоЭДС и она направлена встречно приложенному к обмотке якоря напряжению.
В двигателях напряжение всегда больше противоЭДС, а значит напряжение будет расходоваться на преодоление противоЭДС и на падение напряжения в обмотке якоря, что выражается формулой
U = Е + IяRя (3)
Из этой формулы можно вывести закон Ома для двигателей постоянного тока
Iя = (U – Е) / Rя (4)
Для определения от чего зависит частота вращения двигателя, воспользуемся формулой (2). Так как противоЭДС невозможно измерить никакими приборами, то ее можно математически выразить из формулы (3)
Е = U – IяRя (5)
Подставляя в формулу (5) вместо противоЭДС ее математическое выражение, получаем окончательную формулу зависимости частоты вращения
n = (U – IяRя) / СФ