6.3 Классификация электрических машин

Различные типы электрических машин могут быть классифицированы по-разному, например: 1) двигатели и генераторы; 2) постоянного, переменного и пульсирующего тока; 3) большой и малой мощности (микромашины).

Для различных систем электропривода можно использовать как пример классификации "дерево электрических двигателей" (Рис.6.7.).

Рис. 6.7.

Электрические машины постоянного тока

6.3. Основные понятия

6.3.1 Устройство машины постоянного тока

Электрическая машина постоянного тока (МПТ) реверсивна, т.е. она может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя.

Электрическая машина постоянного тока состоит из двух основных частей: - первая неподвижная называется статор и предназначена для создания магнитного поля, - вторая вращающаяся называется якорь. Схематически устройство МПТ представлено на рис. 6.1.

Статор состоит из: - стального корпуса (станина); - двух главных полюсов (N,S) с катушками которые создают рабочий магнитный поток _p.

Рабочий магнитный поток _p пронизывает якорь и две половины корпуса статора. Перпендикулярно оси полюсов проходит геометрическая нейтраль (ГН).

Якорь (ротор) вращается в неподвижном магнитном поле. Внешний диаметр ротора меньше внутреннего диаметра статора и это пространство образует воздушный зазор.

Обмотки. На внешней поверхности якоря сделаны пазы, в которые уложены обмотки. Каждые два проводника образуют виток. Несколько витков соединяются в секцию. Проводники секции соединяются с соседними пластинами коллектора. Коллектор собран из медных изолированных пластин и насажен на ось якоря. Количество пластин равно числу секций обмотки якоря.

Щетки изготавливаются из графита и устанавливаются в щеткодержателях. За счет специальных пружин щетки осуществляют скользящий контакт между вращающейся обмоткой и внешней цепью. Щетки располагаются на геометрической нейтрали.

Рис.6.1.

6.3.2. Электродвижущая сила якоря

Рассмотрим один виток обмотки, состоящий из двух диаметрально противоположных проводников расположенных на якоре машины и вращающихся с частотой n (Рис.6.2). Он является источником переменной электродвижущей силы. Эта ЭДС равна нулю, когда виток проходит геометрическую нейтраль и максимальна, когда он проходит ось полюсов N-S. Расположим на якоре множество витков, идентичных ранее рассмотренному, и соединим их последовательно.

Проводники находящиеся слева от геометрической нейтрали являются источниками ЭДС одного направления, а справа источниками ЭДС противоположного направления.

Рис.6.2. Рис.6.3

Если представим все наводимые ЭДС в виде источников (E), то получим эквивалентную электрическую схему (Рис.6.3.). Когда якорь вращается напряжение между точками К и М почти постоянно. Если точки К и М не соединены с внешней цепью, то нет тока в обмотках. Если теперь соединить точки К и М с внешней цепью, то две группы витков (две группы источников на рис. 9.3.), называемые параллельными ветвями будут создавать электрический ток

I = I/2 + I/2.

Понятно, что каждая ЭДС переменна и реально существует пульсация ЭДС (Рис.6.4.). Амплитуда пульсации уменьшается с ростом числа пластин коллектора (т.е. параллельных ветвей обмотки). Для 50 пластин пульсация равна 0.4% от среднего значения ЭДС Е. То есть практически можно считать ЭДС Е постоянной. В этом случае коллектор и щетки осуществляют контакт между обмоткой якоря и внешней цепью и выполняют функцию механического выпрямителя.

Рис.6.4.

Электродвижущая сила для одного проводника будет

Так как магнитный поток проходит два воздушных зазора, то  = 2 p

и t = 1/n, где n - частота вращения и тогда E = 2 n p.

Если число проводников N, то число витков N/2. Поэтому для двухполюсной машины ЭДС будет E = N n p.

Назовем "2p" число полюсов и "2a" число параллельных ветвей, тогда для многополюсной машины получим следующую формулу: