2. Машина постоянного тока

Электрическая машина – это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую (двигатель) или механическую в электрическую (генератор). Машина постоянного тока (МПТ) состоит из неподвижной части – статора и подвижной части – якоря.

Статор МПТ имеет 2 комплекта электромагнитов – основные и добавочные полюса. Катушки основных полюсов, соединенные между собой, называют обмоткой возбуждения. Она может быть рассчитана на одно из стандартных напряжений (параллельное или независимое возбуждение), либо для включения последовательно с обмоткой якоря (последовательное возбуждение).

В проводниках обмотки вращающегося якоря, пересекающих поле основных полюсов, наводятся э.д.с. Общая разность потенциалов, созданная этими э.д.с. между щетками машины, называется э.д.с. обмотки якоря.

а) Схема электрической цепи МПТ с параллельным возбуждением приведена на рис.1. («Конец» обмотки якоря соединяется с «началом» обмотки добавочных полюсов внутри машины).

Рис.1. МПТ с параллельным возбуждением

Преобразование электрической энергии в механическую (или наоборот) осуществляется якорем. Поэтому, сопротивление «якорной цепи» , должно быть малым.

Для возбуждения рабочего (основного) магнитного поля МПТ требуется относительная малая мощность, поэтому сопротивления обмотки параллельного возбуждения, обычно, в сотни раз больше .

Взаимодействие тока в обмотке якоря с полем основных полюсов создает электромагнитный момент . Он определяет вращение якоря в двигательном режиме МПТ и направлен встречно движению в генераторном режиме.

Значение и определяются следующими соотношениями:

(В),

(н. м),

где - магнитный поток одной пары основных полюсов (Вб);

- конструктивные постоянные машины;

- частота вращения якоря .

Для двигательного режима (рис.1)

;

при обратном направлении (генераторный режим)

;

В рабочем режиме значительно меньше .

Изменение может несколько изменить рабочее поле машины – это явление называют «реакцией якоря».

Уравнение скоростной характеристики имеет вид

Оно показывает одно из свойств ДПТ – возможность регулирования скорости путем изменения , т.е. изменением тока возбуждения.

б) Схема электрической цепи МПТ с независимым возбуждением приведена на рис.2. Обмотка возбуждения подключается к отдельному источнику постоянного тока.

Рис.2. МПТ с независимым возбуждением

Принцип действия основан на законе электромагнитной индукции.

Э.д.с. индуктированная в якоре генератора, равна

,

где – конструктивная постоянная машины;

- скорость якоря;

- магнитный поток.

Магнитный поток индуктируется током возбуждения

,

где - напряжение сети постоянного тока;

- сопротивление обмотки возбуждение;

- сопротивление регулировочного реостата в цепи возбуждения.

При включении нагрузки в цепи якоря появляется ток

,

где - сопротивление якоря;

- сопротивление нагрузки.

Напряжение на зажимах якоря генератора

,

где (зависит от нагрузки).

Ток в проводниках якоря взаимодействует с магнитным полем и создает электромагнитный момент

.

Этот момент направлен противоположно направлению вращения якоря, т.е. оказывает тормозящее действие.

К основным номинальным данным относят: мощность ; напряжение ;скорость , которые приводятся в паспортных данных.

Основными характеристиками генератора являются:

1) характеристика холостого хода (зависимость э.д.с. от тока возбуждения при отсутствии тока в цепи якоря и постоянной скорости вращения);

2) внешняя характеристика (зависимость напряжения от тока якоря при неизменном токе возбуждения и при постоянной скорости).