3. Электрические машины постоянного тока (мпт)

3.1. Конструкция мпт

Машина постоянного тока – электрическая машина, обмотка якоря которой соединена с электрической сетью постоянного тока с помощью механического (коллектор) или полупроводникового преобразователя частоты.

Статор состоит из стальной станины 1, на внутренней поверхности которой расположены главные полюса, состоящие из сердечников 2 со своими катушками (катушки возбуждения). Между основными полюсами находятся добавочные полюсы 3 со своими катушками. В нижней части сердечника полюса имеется полюсный наконечник, который обеспечивает нужное распределение магнитной индукции в воздушном зазоре машины. К станине с торцевых сторон прикреплены подшипниковые щиты 4, в которых вращается вал якоря 5. На щите со стороны коллектора прикреплены щёткодержатели с металлографитовыми щётками 6.

Ротор ДПТ (якорь) состоит из сердечника 5, обмотки якоря 6, коллектора 7 и вала 8.

Сердечник представляет собой цилиндр, набранный из штампованных листов электротехнической стали с отверстием под вал двигателя и с пазами, в которых укладываются проводники обмотки якоря.

Коллектор – цилиндр, набранный из медных пластин трапециевидного сечения, изолированных электрически друг от друга и от вала двигателя.

Обмотка якоря машины представляет собой замкнутую систему проводников, уложенных и укреплённых в пазах сердечника. Она состоит из секций (катушек), выводы которых соединены с двумя коллекторными пластинами.

3.2. Способы возбуждения машин постоянного тока

Возбуждение – это понятие, связанное с созданием основного магнитного поля машины обмотками возбуждения. (Конструкции, в которых возбуждение создается постоянными магнитами, размещенными на статоре, не рассматриваются).

Различают четыре схемы включения статорных обмоток: с независимым, параллельным, последовательным и смешанным возбуждением.

3.3. Принцип действия генератора постоянного тока (гпт)

При протекании постоянного тока в обмотке возбуждения создается постоянное магнитное поле. Если привести ротор МПТ во вращение, обмотка якоря начнет вращаться в постоянном магнитном поле. В этой обмотке начнет наводиться ЭДС (правило правой руки).

Видно, что при повороте ротора на направление ЭДС в обмотке меняется на противоположное( на левом рисунке: 1-2-3-4, на правом рисунке: 4-3-2-1). Но благодаря щеточно-коллекторному узлу напряжение на зажимах ( и ) не меняется, т.к. вместе с поворотом ротора поворачиваются и пластины коллектора 1 и 4.

Если подключить зажимы генератора к нагрузке, в обмотке якоря начнет протекать ток. Это приведет к тому, что появится электромагнитный момент, направленный встречно направлению вращения ротора.

3.4 Основные уравнения и внешние характеристики гпт.

1) ЭДС якоря

, (4.6)

где – постоянная, зависящая от конструкции МПТ, – частота вращения ротора, – магнитный поток, проходящий через якорь.

2) Уравнение напряжения генератора

. (4.7)

где и –– соответственно ток и сопротивление якоря.

где – постоянная, зависящая от конструкции МПТ.

На слайде № 42 показаны внешние характеристики генераторов при и ; где – ток в обмотке возбуждения.

3.5. Принцип действия двигателя постоянного тока (дпт)

Для того чтобы МПТ начала работать в режиме двигателя, необходимо создать постоянное магнитное поле в главных полюсах и ток в обмотке якоря, т.е.

подать напряжение на обмотку возбуждения и щеточно-коллекторный узел машины. В результате взаимодействия постоянного магнитного поля и проводников обмотки якоря с током возникнет пара сил, которая начнет вращать ротор (правило левой руки).

Характеристики двигателя постоянного тока

Видно, что ДПТ с параллельным возбуждением при увеличении момента на валу незначительно меняет скорость вращения. Такая механическая характеристика называется жесткой. Соответственно, двигатель с последовательным возбуждением существенно изменяет частоту вращения при изменении момента и имеет мягкую характеристику

Механическая характеристика ДПТ независимого возбуждения близка к кривой 1, для ДПТ смешанного возбуждения – занимает промежуточное положение между кривыми 1 и 2.

3.7. Пуск дпт

В момент пуска ДПТ его частота вращения 0, следовательно, ЭДС якоря 0. Из (4.9) следует, что при пуске ток якоря будет , т.е. во много раз больше номинального. Из (4.8) следует, что и момент при пуске также многократно превысит номинальный. Несмотря на то, что высокий пусковой момент является достоинством, у ДПТ его величина зачастую бывает избыточной. Поэтому для ограничения пускового тока в цепь якоря вводят пусковой реостат. Величина его подбирается таким образом, чтобы с одной стороны пусковой ток не превысил допустимое значение, а с другой был обеспечен необходимый пусковой момент. Величина пускового тока , где – сопротивление пускового реостата в момент пуска.

3.8. Способы регулирования частоты вращения дпт

частоту вращения ДПТ можно регулировать за

счет изменения напряжения питания U, величины магнитного потока Ф и величины сопротивления якоря Rя. В настоящее время, благодаря развитию электронной техники наибольшее распространение получило регулирование изменением напряжения питания U. У ДПТ независимого и параллельного возбуждения регулирование частоты вращения возможно за счет изменения тока в обмотке возбуждения (т.е. изменения магнитного потока Ф). Также для этих ДПТ используется комбинированный способ регулирования изменением U и Ф. Регулирование за счет изменения Rя практически не используется из-за крайней неэкономичности.