56. Назначение коллектора в машине постоянного тока.

Проводники обмотки якоря, по которым проходит ток, нахо­дясь в магнитном поле, созданном полюсами, испытывают силу, под действием которой они выталкиваются из магнитного поля. Для того чтобы якорь двигателя вращался в какую-либо опреде­ленную сторону, необходимо, чтобы направление тока в провод­нике изменялось на обратное, как только проводник выйдет из зоны действия одного полюса, пересечет нейтральную линию и войдет в зону действия соседне­го, разноименного полюса. Для изменения направления тока в проводниках обмотки якоря дви­гателя в момент, когда провод­ники проходят нейтральную ли­нию, служит коллектор.

Назначение коллектора пояс­няется на рис. 316. Проводник, свернутый витком, помещен в магнитное поле. Концы витка припаяны к коллекторным пла­стинам а и б, к которым прижаты щетки, причем к левой щетке подключен плюс сети, к правой — минус сети.

В положе­нии I ток сети попадает на коллекторную пластину а, от нее протекает по верхнему проводнику 1 витка, имея направление «от нас», возвращается по нижнему проводнику 2 витка, проте­кая «к нам» (заднее соединение рамки на схеме не показано), посту­пает на коллекторную пластину б и отсюда через щетку уходит в сеть. Применяя правило «левой руки», находим, что виток будет стремиться повернуться в сторону, противоположную вращению стрелки часов.

В положении II сторона витка I расположилась под другим по­люсом, и направление тока в проводнике изменилось. То же самое случилось со стороной 2 витка. Сейчас под положительной щеткой оказалась коллекторная пластина б, под отрицательной щеткой — пластина а. Применяя правило «левой руки», убеждаемся, что направление вращения витка остается прежним, т. е. против вра­щения стрелки часов.

Следовательно, как только проводник в своем движении пере­секает нейтральную линию, коллекторная пластина, соединенная с этим проводником, выходит из соприкосновения со щеткой, имею­щей одну полярность, и подходит под щетку, обладающую другой полярностью

57. Виды возбуждения в машине постоянного тока.

Все рабочие характеристики двигателя постоянного тока, как и генератора, зависят от способа включения цепи возбуждения по отношению к цепи якоря. Соединение этих цепей может быть параллельным, последовательным, смешанным и, наконец, они могут быть независимы друг от друга.

Двигатели с параллельным возбуждением.

 

                                            

Здесь обмотка возбуждения и обмотка якоря соединены параллельно. Обмотка возбуждения имеет большее количество витков, чем обмотка якоря, поэтому ток обмотки возбуждения в большинстве случаев составляет несколько процентов от тока якоря. В цепь обмотки возбуждения может включаться регулировочный реостат. В цепь якоря включается пусковой реостат ПР.

Двигатель с независимым возбуждением.

 

Если обмотку возбуждения подключить к другому источнику постоянного напряжения, то получим двигатель с независимым возбуждением. Такими же свойствами обладают электродвигатели с постоянным магнитом.

Скоростная характеристика двигателей с независимым и параллельным возбуждением – это зависимость  n = f ( Iя ) при U = const и Iе = const, где

n - скорость

Iя - ток якоря

Iе - ток возбуждения.

Рис.8.5.4. Скоростная характеристика.

Изменение скорости вращения может происходить за счёт изменения нагрузки и магнитного потока. Увеличение тока нагрузки незначительно изменяет внутреннее падение напряжения из-за малого сопротивления цепи якоря и поэтому лишь незначительно уменьшает скорость вращения двигателя. Что же касается магнитного потока, то вследствие реакции якоря при увеличении тока нагрузки он несколько уменьшается, что приводит к незначительному увеличению скорости двигателя. Таким образом, скорость вращения двигателя с параллельным возбуждением изменяется очень мало. Скорость вращения двигателя определяется формулой:

n = (U – IяRя) / c∙Φ, где

c – коэффициент, зависящий от устройства машины.

Скорость вращения двигателя с независимым возбуждением можно регулировать либо изменением сопротивления в цепи якоря, либо изменением магнитного потока. Следует отметить, что чрезмерное уменьшение тока возбуждения и, особенно, случайный обрыв этой цепи очень опасны для двигателей с параллельным и независимым возбуждением, т.к. ток в якоре может возрасти до недопустимо больших значений. При небольшой нагрузке (или на холостом ходу) скорость может настолько возрасти, что станет опасной для целостности двигателя.

Двигатель с последовательным возбуждением.

У такого двигателя ток якоря является одновременно и током возбуждения, т.к. обмотка возбуждения включена последовательно с якорем. По этой причине магнитный поток двигателя изменяется с изменением нагрузки. Скорость двигателя :

 n =[ U – Iя (Rя + Rв)] / c∙Φ, где

Rя – сопротивление якоря

Rв – сопротивление обмотки возбуждения.

Скоростная характеристика двигателя посл. возбуждения.

На этом графике представлена скоростная характеристика двигателя последовательного возбуждения.

Из этой характеристики видно, что скорость двигателя сильно зависит от нагрузки. При увеличении нагрузки увеличивается падение на сопротивлении обмоток при одновременном увеличении магнитного потока, что приводит к значительному уменьшению скорости вращения. Поэтому такие двигатели не следует пускать вхолостую или с малой нагрузкой. Двигатели с последовательным возбуждением применяют в тех случаях, когда необходим большой пусковой момент или способность выдерживать кратковременные перегрузки. Они используются в качестве тяговых двигателей в трамваях, троллейбусах, метро и электровозах, а также на подъёмных кранах и для пуска двигателей внутреннего сгорания (стартеры).

Двигатель со смешанным возбуждением.

На каждом полюсе такого двигателя имеются две обмотки – параллельная и последовательная. Их можно включить так, чтобы магнитные потоки складывались (согласное включение) или вычитались (встречное включение). Формулы для скорости вращения и вращающего момента для такого двигателя:

 

n = (U – Iя ∙ Rя )  / c∙( Φпарал. +/- Φпосл.)

 

М = c ∙ Iя ∙ (Φпарал. +/- Φпосл.)