Лекция 15 Тема: Машины постоянного тока.

Нормальная машина постоянного тока имеет цилиндрический ротор с обмоткой, называемый якорем, который вращается в неподвижном магнитном поле. В витках 1-3 и 2-4 обмотки якоря индуктируются переменные ЭДС и для получения постоянного направления тока i в сопротивлении нагрузки r, применяется коллектор К, состоящий из медных изолированных друг от друга пластин, образующих цилиндр, по которому скользят щетки а - B. Наличие коллектора, к пластинам которого присоединяются начала и концы витков обмотки якоря, является отличительной особенностью м. п. т. В положении на рисунке стороны 1-3 витка пересекают магнитные линии перпендикулярно, поэтому между щетками будет Е_мах.

Рис. 47. Схема генератора постоянного тока с двумя витками и четырьмя коллекторными пластинами.

При дальнейшем вращении Е начнет убывать, после 45^о щетки перейдут на пластины 2-4 и подключатся к следующему витку. Е в нем будет сначала возрастать до мах, а затем уменьшаться, пока щетки не перейдут на 3-1 и т.д. Рост и уменьшение Е происходит за время, соответствующее повороту якоря на угол /2, за это время каждая щетка касается одной и той же коллекторной пластины.

Рис. 48. ЭДС генератора с четырьмя коллекторными пластинами.

Пульсации вредны для приемника и самого генератора. Для их уменьшения увеличивают число витков и число коллекторных пластин.

МПТ также обратима, т.е. может работать как генератор и как двигатель. В любом случае проводники якорной обмотки пересекают линии поля и в них возникают ЭДС. Одновременно на проводники с током в магнитном поле воздействуют электромагнитные силы.

Генератор преобразует энергию первичного двигателя в электрическую. Механическое усилие первичного двигателя приводит проводники якоря в движение с некоторой скоростью V. Возникающая эдс Е создает ток того же направления и должна преодолеть падение напряжения в обмотке якоря и сопротивлении нагрузки r_я, т.е. Е = U + I r_я. F_эм, действующая на проводники с током, оказывает противодействие усилию F первичного двигателя. В установившемся режиме при V = const эти силы равны. Механическая мощность первичного двигателя преобразуется в электромагнитную мощность генератора Р_эм, которая частично расходуется на нагрев обмотки якоря, а остающаяся ее часть составляет электрическую мощность, потребляемую приемником (P_эл = UI):

Р_эл = E I = (U + Ir_я) I = P_эл + I² r_я .

Рис. 49. ЭДС, токи и механические силы в проводнике обмотки якоря генератора и двигателя постоянного тока.

В двигателе протекание тока в обмотке якоря обусловлено приложенным напряжением, совпадающим по направлению с током. На проводники с током действует электромагнитная сила F_эм, приводящая в движение якорь со скоростью V. При том же направлении тока, что и в генераторе, направление движения будет противоположным. Возникающая в проводниках при пересечении линий поля ЭДС оказывается противоположной току, а следовательно и напряжению, которое должно преодолеть эту ЭДС и падение напряжения в обмотке якоря U = E + I r_я. При V = const F_эм должна преодолевать сопротивление на валу. Электрическая мощность Р_эл = U I, потребляемая двигателем, частично идет на нагрев обмотки якоря. Остальное есть электромагнитная мощность, равная механической мощности на валу: P_эм = E I = F_эм V = F_сопр V = Р_мех.

В общем для машины постоянного тока: Р_мех = Р_эл ± I²r_я ;

E = U ± I r_я.

(«+» - генератор, «-» - двигатель)

При работе машины постоянного тока под нагрузкой МДС якоря, создаваемая токами в его обмотке, оказывает воздействие на магнитное поле полюсов. Это явление называется реакцией якоря и обуславливает размагничивание машины. Это явление учитывается при конструировании машин постоянного тока.

Генераторы постоянного тока и их классификация в зависимости от способа возбуждения.

В зависимости от способа питания обмотки возбуждения генераторы постоянного тока бывают с независимым возбуждением и с самовозбуждением.

а) б) в) г)

Рис. 50. Возбуждение генератора: а - независимое, б - параллельное, в - последовательное, г - смешанное.

При независимом возбуждении ОВ питается от постороннего источника. Применяется в случаях, когда необходимо в широких пределах регулировать ток возбуждения I_в и напряжение U на зажимах машины. Ток якоря равен току нагрузки I_я = I_н (рис. 50, а)

Генераторы с самовозбуждением имеют ОВ, питаемые от самого генератора.

При включении ОВ параллельно с обмоткой якоря имеем генератор с параллельным возбуждением (рис. 50, б), у которого I_я = I_н + I_в. У мощных машин нормального исполнения I_в обычно составляет 1-3%, а у малых машин - до нескольких десятков % от тока якоря. У генератора с последовательным возбуждением (рис. 50, в) ОВП включён последовательно с якорем, т.е.

I_я = I_н = I_в.

Генераторы со смешанным возбуждением имеют две обмотки возбуждения, ОВ включёна параллельно якорю, а другая ОВП - последователь но (рис. 50, г). Основной обычно является ОВ. ОВП подмагничивает машину при увеличении тока нагрузки, чем компенсируется падение напряжения U в обмотке якоря и размагничивающее влияние реакции якоря.