Вопрос 1. Как классифицируются двигатели постоянного тока по способу возбуждения?
Ответ2: Существуют четыре способа возбуждения основного магнитного потока машины:
1.независимого возбуждения,
2. последовательного (с цепью ротора)
параллельного (с цепью ротора)
4. смешанного возбуждения
Основные схемы возбуждения представлены на рис.50:
Ток обмотки возбуждения в случае независимого или параллельного возбуждения обычно составляет 1-5% от тока якоря. В случае последовательного возбуждения ток якоря равен току возбуждения.
Вопрос 3. Как возникает электромагнитный момент двигателя?
Ответ 3: Электромагнитный момент двигателя М =2·F·h ,
где F-сила Ампера , h плечо силы. h= D/2. D -диаметр якорной обмотки.
При подключении к двигателю напряжения в цепи якоря и катушке возбуждения возникают токи IЯ и IВ. Ток возбуждения IВ создает магнитное поле статора. В результате взаимодействия тока якоря IЯ с магнитным потоком Ф, создаваемым обмоткой возбуждения, возникает сила Ампера F~IЯ·Ф. Электромагнитный момент вращения:
где - коэффициент, зависящий от конструктивных параметров двигателя; - ток якоря; - магнитный поток машины.
Полезный вращающий момент на валу двигателя М меньше электромагнитного момента на величину потерь холостого хода , обусловленного механическими и магнитными потерями.
.
В установившемся режиме момент вращения равен тормозному моменту
.
Вопрос 4. Что такое реакция якоря и коммутация машины постоянного тока?
Ответ 4.1: Магнитное поле машины, в котором движутся проводники обмотки якоря, создается не только обмоткой возбуждения, но и обмоткой якоря. При этом поле возбуждения стабильно, а поле якоря изменяется при изменении нагрузки машины. Влияние магнитного поля якоря на поле возбуждения машины называют реакцией якоря. Вследствие реакции якоря симметрия магнитного поля машины нарушается. Происходит усиление магнитного потока под сбегающим краем полюса генератора и ослабление – под набегающим (якорь генератора вращается по часовой стрелке).
Воображаемая линия, проходящая строго посередине между полюсами и лежащая в плоскости, разделяющей магнитную систему машины на две симметричные части называется геометрической нейтралью. Аналогичная линия, проходящая через диаметрально противоположные точки окружности якоря, в которых магнитная индукция равна нулю, называется физической нейтралью.
В ненагруженной машине физическая нейтраль совпадает с геометрической. В нагруженном генераторе физическая нейтраль mm поворачивается относительно геометрической нейтрали nn на угол φ в сторону вращения якоря.
В двигателе, при тех же направлениях токов в обмотках якоря и возбуждения ротор двигателя будет вращаться в другую сторону (против часовой стрелки). Правый край северного полюса и левый край южного полюса станут набегающими. Следовательно, в нагруженном двигателе магнитный поток усиливается под набегающим краем полюса и ослабляется под сбегающим краем, а физическая нейтраль поворачивается на угол φ против вращения якоря.
Ответ 4.2: Каждая секция обмотки якоря при его вращении находится поочередно то в одной, то в другой параллельной ветви. Совокупность всех явлений, имеющих место при переключении секций из одной ветви обмотки в другую называется коммутацией, а время в течении которого происходит этот процесс называется периодом коммутации. При прямолинейной коммутации плотность тока в щеточном контакте постоянна, что обеспечивает оптимальные условия работы коллектора. Однако влияние ЭДС самоиндукции и ЭДС, индуцируемой в короткозамкнутой секции магнитным потоком якоря, приводит к криволинейной коммутации, при которой в течении некоторой части периода плотность тока под щетками резко возрастает, что вызывает повышенное искрение под щетками и разрушает коллектор.
Для получения прямолинейной коммутации необходимо скомпенсировать магнитные поля, в которых находится короткозамкнутая секция обмотки якоря. Для этого щетки размещают на геометрической нейтрали, а между главными полюсами машины устанавливают дополнительные полюсы, обмотки которых включают последовательно с обмоткой якоря. Магнитный поток дополнительных полюсов пропорционален току нагрузки и компенсация достигается при всех режимах работы машины.
Помимо электрических причин на коммутацию влияют механические дефекты и значения сопротивления щеток. Наиболее приемлемыми являются металло-графитовые щетки. Несмотря на все предупредительные меры, полностью устранить искрение под щетками не удается. Особенно опасен для машины «круговой огонь» по коллектору. Увеличение искрения под щетками приводит к подгоранию коллектора и в результате возникает дуговой разряд, обмотка машины замыкается накоротко, а ток в обмотке якоря становится недопустимо большим.