профилирующая практика / реферат Устройство, назначение и области применения двигателей постоянного тока / Устройство, назначение и области применения двигателей постоянного тока

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования «СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Политехнический институт

институт

Электротехнологии

кафедра

Отчёт

По профилирующей практике

наименование дисциплины

Устройство, назначение и области применения двигателей постоянного тока

тема

Руководитель

Студент

2

Введение

Двигатели постоянного тока исторически были первыми устройствами, пре-

образующими электрическую энергию в механическую. В 1834 году Якоби Бо-

рис Семёнович построил электродвигатель, основанный на принципе притяже-

ния и отталкивания между электромагнитами. В 1839 году он построил лодку с электродвигателем постоянного тока. Позднее такие двигатели уступили свои позиции бесколлекторным двигателям, но в регулируемом приборном приводе и в системах автоматики до настоящего времени часто не существует альтерна-

тивы их применению. Это объясняется широким диапазоном и плавностью регу-

лирования скорости вращения, а также более простыми методами и устрой-

ствами управления.

3

Устройство двигателей постоянного тока

Электродвигатель – устройство для преобразования электроэнергии во вра-

щательное движение вращающейся части электрической машины. Преобразова-

ние энергии в двигателях происходит за счет взаимодействия магнитных полей обмоток статора и ротора. Эти электрические машины широко используются во всех отраслях промышленности, в качестве привода электротранспорта и ин-

струментов, в системах автоматизации, бытовой техники и так далее. Суще-

ствует множество видов электродвигателей, различающихся по принципу дей-

ствия, конструкции, исполнению и другим признакам. Рассмотрим устройство этих электрических машин.

Машина постоянного тока функционально является обращённой синхрон-

ной машиной, т.е. синхронной машиной у которой функции статора и ротора поменялись местами. Статор возбуждает постоянное магнитное поле, а ротор вращается в этом поле и осуществляет преобразование энергии. Для создания машиной постоянного вращающего момента требуется, чтобы электромагнитная сила, создающая этот момент, была постоянной, что, в свою очередь, требует со-

хранения направления протекания тока по отношению к полюсам магнитного поля. Во вращающемся роторе функцию изменения направления тока при пере-

мещении проводников обмотки к противоположному полюсу выполняет щёточ-

ноколлекторный узел.

На рисунке 1 показан простейший двигатель постоянного тока. Он пред-

ставляет собой проводник, изогнутый в виде рамки и подвешенный на оси OO′.

Концы рамки abcd через полукольца и скользящие по ним щётки подключены к внешнему источнику постоянного тока. Взаимодействие протекающего в рамке тока Iя с магнитным полем создаёт электромагнитную силу F, действующую на рамку и вызывающую её вращение. Для сохранения направления действия этой силы ток в части рамки находящейся под северным полюсом должен протекать

4

Рисунок 1

в направлении O O′, а в находящейся под южным полюсом части рамки – в

направлении O′ O. Поэтому через каждые пол-оборота ротора ток в сторонах ab и cd рамки должен менять направление на противоположное. Это происходит при переходе полуколец с одной щётки на другую. Полукольца рамки являются простейшим коллектором машины постоянного тока и вместе со щётками вы-

полняют функцию преобразования постоянного тока в переменный с частотой вращения ротора.

Ротор машины постоянного тока называется якорем. Его конструкция явля-

ется развитием рамки и полуколец. Чтобы увеличить вращающий момент нужно увеличить количество «рамок» и заполнить ферромагнетиком воздушный про-

межуток между полюсами статора. Для этого из штампованных листов электро-

технической стали собирается пакет якоря (рис. 2, а). Полукольца примитивного коллектора преобразуются в набор изолированных друг от друга медных пластин 1 залитых в пластмассовую втулку 2 (рис. 2, б). Пакет ротора и

5

напрессовываются на вал якоря и в открытые пазы пакета укладывается обмотка

(на рисунке не показана), концы секций (катушек) которой припаиваются к пла-

стинам коллектора.

Рисунок 2

По принципу действия различают магнитоэлектрические и гистерезисные электрические машины. Несмотря на простоту конструкции, высокий пусковой момент, последние не получили широкого распространения. Эти электродвига-

тели имеют высокую цену, низкий коэффициент мощности, ограничивающие их применение. Подавляющее большинство выпускаемых электродвигателей – маг-

нитоэлектрические.

По типу напряжения питания различают Электродвигатели постоянного тока, двигатели переменного тока, универсальные электрические машины.

По конструкции различают электродвигатели с горизонтально и верти-

кально расположенным валом. Кроме того, электрические машины классифици-

руют по назначению, климатическому исполнению, степени защиты от попада-

ния влаги и посторонних предметов, мощности и другим параметрам.

Для безопасной эксплуатации электродвигатель постоянного тока каждого типа имеет несколько степеней защиты. Наиболее простой вариант — защита

6

токоведущих и вращающихся частей от случайного прикосновения. Именно по-

этому кабели, при помощи которых производится подключение устройства,

должны иметь хорошую изоляцию. Сечение подводящих кабелей подбирается исходя из мощности двигателя и длины линии по специальным таблицам. Для работы в сложных условиях разработаны электродвигатели постоянного тока,

технические характеристики которых включают различные степени влаго- и пы-

лезащищенности. В некоторых случаях, например при установке устройств на предприятиях нефтеперерабатывающей промышленности, целесообразно ис-

пользовать взрывозащищенные модели, которые при работе не дают искрения.

7

Назначение и области применения двигателей постоянного тока

Современная промышленность использует самое разнообразное оборудова-

ние, которое приводит в движение электродвигатель постоянного тока. Непре-

рывная работа этого узла оборудования является необходимым условием нор-

мального функционирования других устройств или производственных линий.

Несмотря на то, что подавляющее большинство электрических сетей обес-

печивают переменное напряжение, электродвигатели постоянного тока исполь-

зуются весьма и весьма широко. Собственно говоря, все промышленные при-

воды, где требуется точная регулировка частоты вращения, реализованы именно на базе двигателей постоянного тока. Кроме того, электрические машины на по-

стоянных магнитах благодаря своей эффективности и большой плотности мощ-

ности широко используются в оборонительной отрасли.

Впрочем, не стоит думать, что вы не сталкивались вживую с данными меха-

низмами. Отсутствие жестких ограничений по размерам приводит к тому, что мы зачастую их не замечаем. Например, в любом компьютере есть кулер охлажде-

ния или DVD-привод, а это двигатели постоянного тока. У каждого в телефоне есть функция вибрации, осуществляемая крохотным двигателем постоянного тока. В автомобилестроении используются только электродвигатели постоян-

ного тока, причем, несмотря на различие в мощности, на всем грузовом транс-

порте и спецтехнике они запитаны от 24 вольт, в то время как на легковых авто-

мобилях их рабочее напряжение составляет 12 вольт. Получая энергию от акку-

муляторной батареи или генератора, они отвечают за позиционирование сиде-

ний, управление зеркалами, поднятие и опускание стекол, а также поддержание в салоне заданной температуры.

Впрочем, электродвигатели постоянного тока могут и сами приводить в дви-

жение транспортные средства, и это далеко не только игрушечные автомобили-

аттракционы с 12-вольтным аккумулятором. Для того чтобы ощутить, насколько мощными могут быть эти устройства, достаточно оказаться вблизи проходящей

8

мимо пригородной электрички, а мягкость и точность регулировки оборотов наглядно демонстрирует плавный разгон троллейбусов.

Данные электродвигатели широко применяются как в электрическом транс-

порте (метро, троллейбус, трамвай, пригородные электрические железные до-

роги, электровозы), так и в подъемных устройствах (электрические подъемные краны).

На сегодняшний день данные устройства применяются в самых разных сфе-

рах деятельности. Электродвигатели постоянного тока, технические характери-

стики которых имеют широкий диапазон, могут применяться в таких бытовых приборах, как дрель, электробритва или вентилятор. В промышленности исполь-

зуются устройства с высокими частотами вращения в десятки тысяч оборотов в минуту с мощностью порядка нескольких мегаватт. С их помощью приводится в движение промышленное оборудование, станки, насосы трубопроводов и т. д.

9

Заключение

Начиная с 1834 года и до сегодняшнего дня человечество использует самые разные двигатели. Каждый тип двигателя имеет свои достоинства и недостатки.

Выбор электрической машины для привода любого оборудования делается ис-

ходя из условий эксплуатации, требуемой частоты вращения, экономической це-

лесообразности, типа нагрузки и других параметров. Современная промышлен-

ность и бытовая сфера использует самое разнообразное оборудование, которое приводит в движение электродвигатель постоянного тока. Ведь порядка 70% по-

требляемой промышленностью мощности, приходится на электропривод.

10