Машины постоянного тока устройство и принцип действия: Устройство и принцип работы двигателя постоянного тока | Полезные статьи

Содержание

1 Принцип действия и устройство машин постоянного тока

Модуль 4: «Машины постоянного тока»

(Конспект лекций)

1. Принцип действия и устройство машин постоянного тока

(Тема 39)

1.1. Принцип действия машин постоянного тока

Режим генератора. На рис. 1.1, а представлен фрагмент машины постоянного тока, а на рис. 1.1, б, в дано схематическое изображение этой машины в осевом направлении. Основной магнитный поток в нормальных машинах создается обмоткой возбуждения, расположенной на полюсах 1 неподвижной части машины – индукторе.

Магнитный поток проходит от северного полюса к южному через подвижную часть машины – якорь 2 (рис. 1.1) и замыкается по ярму машины (на рис. 1.1 ярмо индуктора не показано).

Рекомендуемые файлы

Якорь набран из пластин электротехнической стали и имеет форму цилиндра с пазами, в которые уложена обмотка, в рассматриваемом случае, состоящая из одного витка.

Концы витка обмотки соединены с изолированными от вала медными пластинами коллектора 3, число которых в раcсматриваемом случае равно двум. На коллектор наложены две неподвижные щетки 4, с помощью которых обмотка якоря соединяется  с внешней цепью.

Предположим, что якорь машины приводится во вращение по часовой стрелке. В проводниках обмотки якоря, перемещающемся в магнитном  поле, наводится ЭДС. Направление ЭДС определяют по правилу правой руки. Поскольку направление магнитного потока остается неизменным, ЭДС индуктируется только при вращении якоря и называется ЭДС вращения. Величина индуктируемой в проводнике ЭДС – по закону электромагнитной индукции

,                                         (1.1)

где В – магнитная индукция в воздушном зазоре между полюсом и якорем в месте расположения проводника;

l – активная длина проводника, на протяжении которой он расположен в магнитном поле;  u – составляющая скорости перемещения, нормальная к вектору магнитной индукции.

Индуктируемые в проводниках ЭДС по контуру витка складываются и ЭДС витка

                                (1.2)

ЭДС  является переменной, так как проводники обмотки проходят попеременно под северным и южным полюсами, в результате чего направление ЭДС в них меняется. По форме кривая ЭДС повторяет кривую индукции в зазоре машины. Частота ЭДС в двухполюсной машине равна частоте вращения якоря n (об/с):

                                                       

в полюсной машине

                                           (1.3)

Если замкнуть виток обмотки якоря на внешнее сопротивление r, то в цепи потечет ток

                                     (1.4)

Этот ток будет переменным и будет иметь ту же форму, что и ЭДС (рис. 1.2, а). По внешней цепи направление тока будет постоянным, что объясняется действием коллектора: под верхней щеткой всегда будет находиться пластина коллектора, соединенная с проводником, расположенным под северным полюсом. Форма кривой тока и напряжения во внешней цепи показана на рис. 1.2, б.

Таким образом, в генераторе коллектор является механическим выпрямителем, который преобразовывает переменный ток обмотки якоря в постоянный во внешней цепи.

Ток обмотки якоря:

а) создаст на внутреннем и внешнем сопротивлениях падения напряжения, уравновешивающие ЭДС:

;                              (1.5)

б) выделит на сопротивлениях соответствующие мощности.

 

Уравнение мощностей получим умножив  (1.5) на ток

                                                                   (1.6)

или

,               (1.7)

где — электромагнитная мощность генератора; р — мощность потерь на внутреннем сопротивлении генератора; Р2 — мощность, выделенная на внешнем сопротивлении цепи – полезная мощность.

Из (1.7) следует, что генератор отдает в сеть только часть развивающейся в нем электромагнитной мощности, другая проявляется в виде потерь.

Проводники обмотки якоря с током i находятся в магнитном поле, на них (по закону Ампера) будут действовать электромагнитные силы (см. рис.1.1, б)

,                                    (1.8)

направление которых определяют по правилу левой руки. Эти силы создают механический вращающий момент , который называется электромагнитным моментом (см. рис.1.1, б):

,                                   (1.9)

где диаметр якоря. В режиме генератора этот момент действует против направления вращения якоря и является тормозным.

Режим двигателя. Рассматриваемая машина постоянного тока может работать в режиме двигателя, если к обмотке якоря подвести постоянный ток от внешнего источника. На проводники обмотки будут действовать электромагнитные силы (см. рис. 1.1, в) и возникнет электромагнитный момент, определяемые по формулам (1.8) и (1.9). При достаточной величине электромагнитного момента якорь придет во вращение и машина будет развивать механическую мощность. В режиме двигателя коллектор превращает потребляемый из внешней цепи постоянный ток в переменный ток в обмотке якоря и работает, таким образом, в качестве механического инвертора тока.

В проводниках обмотки вращающегося якоря по закону эле-ктромагнитной индукции наведется ЭДС, определяемая по формуле (1.1) и направленная против тока.

На основании второго правила Кирхгофа записывают уравнение равновесия напряжений:

              (1.10)

или

.                                         (1.11)

Умножив (1.11) на ток, получим

,                                     (1.12)

или

                                         (1.1З)

Из (1.13) следует, что в электромагнитную мощность превращается только часть подведенной мощности Р1, а остальная покрывает потери.

Таким образом, независимо от назначения (и даже рода тока) действие электрических машин основано на двух законах: на законе электромагнитной индукции , сформулированном Фарадеем (или  —

в формулировке Максвелла), и законе Ампера (законе электромагнитных сил), определяющем взаимодействие токов с магнитными потоками. Из сравнения равенств (1.5), (1.11) следует: в двигательном режиме  > , генераторном > .

Образуемый во внешней цепи пульсирующий по величине ток малопригоден для практических целей. Для получения практически свободных от пульсаций тока и напряжения, а также во избежание возникновения чрезмерно большого напряжения между соседними коллекторными пластинами число пластин коллектора должно быть достаточно большим. Обычно при  В

,

соответственно возрастает и количество секций (витков) обмотки якоря. Пример такой обмотки, уложенной в пазы якоря, показан на рис. 1.3,

а. При вращении якоря в проводниках обмотки индуцируется ЭДС, направление которой на рис. 1.3, б.

 В проводниках, расположенных по одну сторону симметрии, разделяющей полюсы, ЭДС направлена всегда в одну сторону, независимо от угловой скорости. При вращении одни проводники уходят под другой полюс, на их место приходят

 другие проводники, а в пространстве, под полюсом одной полярности, картина почти неподвижна, только одни проводники сменяются другими.

Следовательно, возможно получить практически неизменную ЭДС от этой части обмотки.

В половине обмотки ( в двухполюсной машине) наводится ЭДС одного знака, а в другой противоположного, как показано на эквивалентной схеме обмотки (рис. 1.3,

б). По контуру обмотки якоря ЭДС в ее частях направлены встречно и взаимно уравновешиваются. Вследствие этого при холостом ходе генератора, т. е. при отсутствии внешней нагрузки, по обмотке якоря ток не проходит.

Внешняя цепь соединяется с якорем через щетки, устанавливаемые на геометрической нейтрали.

Для улучшения контакта щетки выполняют в виде прямоугольных графитовых брусков, а скользят они по поверхности коллектора, который собирают из медных пластин, изолированных друг от друга.

1.2. Устройство машины постоянного тока

Магнитное поле в машинах постоянного тока создают полюсы 1, укрепленные на неподвижных магнитопроводящих станинах-ярмах 2 (рис. 1.4). Полюсы изготавливают в виде стальных сердечников, собранных из отдельных листов (только для упрощения технологии), на которых укреплены обмотки возбуждения 3. Полюсы – это электромагниты, обмотки которых питаются постоянным током от якоря самой машины или от независимого источника. В машинах мощностью выше 0,5 кВт между основными – главными – полюсами размещают добавочные полюсы 20 для улучшения токосъема с коллектора. Эти полюсы, как и главные, крепят болтами к ярму машины. Ярмо в современных машинах обычно выполняют из стали (из стальных труб в машинах малой мощности, из листового проката или стального литья). Чугун вследствие относительно малой магнитной проницаемости не применяют.

Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта — 3 Технологические требования к подготовке полуфабрикатов для супов.

В машинах постоянного тока массивное ярмо является одновременно и станиной, т.е. той частью, где крепят другие неподвижные части машины и с помощью которой машина крепится к фундаменту или другому основанию. В поле полюсов помещают насаженный на вал якорь 4 — стальной цилиндр, набранный из листов электротехнической стали с выштампованными по периферии пазами 5 для укладки обмотки. Сердечники якоря диаметром более 100 см составляют из штампованных сегментов электротехнической стали. Сегменты набирают на корпус якоря, изготовленного из листового проката, и с помощью втулки соединяют с валом. Листы якоря изолируют друг от друга оксидной пленкой или лаком для уменьшения вихревых токов.

В сердечнике якоря могут быть аксиальные или радиальные каналы в зависимости от выбранной системы вентиляции.

Выступающие с каждой стороны из сердечника якоря лобовые части 7 обмотки имеют вид цилиндрического кольца и своими внутренними поверхностями опираются на обмоткодержатели 8, а по внешней стороне крепятся проволочными бандажами 6. Обмотку соединяют с коллектором 9 — механическим выпрямителем переменной ЭДС, наводимой в якоре, в постоянное напряжение на выходе генератора (иди инвертором для двигателя). Коллектор 12 укреплен на валу 10 якоря и состоит из медных пластин 11, изоли-рованных друг от друга миканитовыми пластинами и изоляционными шайбами 12 от нажимного устройства, стягивающего пластины в цилиндр. Для токосъема с коллектора (скользящий контакт) установлен щеточный аппарат, состоящий из нескольких групп щеткодержателей 13, укрепленных на траверсе 14. В щеткодержателях помещены щетки (графитные или медно-графитные), прижатые к коллектору пружинами. Траверсы укреплены на станине или подшипниковом щите 15 и допускают перемещение всех щеток по дуге коллектора (для установки в нужном положении).

Коллектор и щеточный аппарат являются весьма ответственными узлами машины, от конструкции и качества изготовления которых в большой степени зависит бесперебойная работа машины и надежность электрического контакта между коллектором и щетками.

Вал машины 10 с укрепленными на нем якорем и коллектором вращается в подшипниках 16, установленных в подшипниковых щитах 15. На валу в большинстве машин постоянного тока крепится крыльчатка вентилятора 17 для охлаждения активных частей машины. Воздух поступает в машину через жалюзи 19, прогоняется вентилятором через активную часть машины. Нагретый воздух выбрасывается через вентиляционные окна 18.

Одноякорные машины постоянного тока строят мощностью до 10 МВт и напряжением до 1000 В (для электрифицированных железных дорог до 1500 В). Большие напряжения ограничены условиями токосъема. При больших мощностях строят двух и многоякорные машины с общим валом. Машины постоянного тока наиболее сложны в изготовлении, менее надежны в эксплуатации в дорогостоящи. В то же время простота и экономичность регулирования скорости вращения в этих машинах обеспечивают им широкое применение.

Презентация «Устройство и принцип действия машин постоянного тока»

Выполнила преподаватель специальных дисциплин Войсковая Елена Юрьевна ГБПОУ «Златоустовский индустриальный колледж им. П. П. Аносова» УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

1834 год был создан в России академиком Б.С. Якоби двигатель постоянного тока с электромагнитным возбуждением. УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА 1838 год был построен мощный электродвигатель, который использовался для привода гребного винта речного катера.

УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ НЕПОДВИЖНАЯ ЧАСТЬ ИНДУКТОР ВРАЩАЮЩАЯСЯ ЧАСТЬ ЯКОРЬ ЩЁТОЧНО-КОЛЛЕКТОРНЫЙ УЗЕЛ

ИНДУКТОР СТАНИНА(8) ГЛАВНЫЕ ПОЛЮСА Служит для создания магнитного поля машины Служит для крепления полюсов и подшипниковых щитов и является частью магнитопровода предназначены для создания магнитного поля возбуждения Состоят из сердечника (7) и полюсных катушек (6) 8 7 6

УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА ГЛАВНЫЕ ПОЛЮСА 3 1 – СТАНИНА КАРКАСНЫЕ БЕСКАРКАСНЫЕ 2 – СЕРДЕЧНИК ГЛАВНОГО ПОЛЮСА 3 – ПОЛЮСНЫЕ КАТУШКИ 1 2 4 4 – КАРКАС

ЯКОРЬ СЕРДЕЧНИК (5) ЯКОРНАЯ ОБМОТКА(13) 13 5 Служит для создания вращающего момента Изготавливается из медного провода и состоит из отдельных секций Имеет продольные пазы, в которые укладывается якорная обмотка

ЩЁТОЧНО-КОЛЛЕКТОРНЫЙ УЗЕЛ КОЛЛЕКТОР (3) ЩЁТОЧНЫЙ УЗЕЛ (4) 3 4 Механический преобразователь переменного тока в постоянный и наоборот Вращающаяся часть машины, состоит из коллекторных пластин и служит для крепления якорной обмотки Является неподвижной частью машины и служит для подвода или отвода электрического тока

УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА КОЛЛЕКТОР Вращающаяся часть машины и состоит из коллекторных пластин Изготавливаются из меди, имеют трапецеидальную форму и служат для крепления якорной обмотки КОЛЛЕКТОРНЫЕ ПЛАСТИНЫ

УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА 1 – ЗАЖИМ 4 – ПРУЖИНА 2 1 ЩЁТОЧНЫЙ АППАРАТ 5 6 3 4 3 – ЩЁТКА 2 – ОБОЙМА 5 – ГИБКИЙ ТРОСИК 6 – КУРОК

УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА Служит для крепления щёток Являются неподвижной частью машины и служат для подвода или отвода электрического тока ЩЕТОЧНЫЙ АППАРАТ Представляет собой откидную деталь, передающую давление пружины на щетку Служит для включения щетки в электрическую цепь машины ОБОЙМА КУРОК ГИБКИЙ ТРОСИК ЩЕТКА

УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УЗЛЫ Служит для визуального осмотра коллектор и щёток Служат для обеспечения механической прочности машины Служит для самовентиляции машины ВЕНТИЛЯТОР СМОТРОВОЕ ОКНО ПОДШИПНИКОВЫЕ ЩИТЫ

УСТРОЙСТВО МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА 8 7 6 11 8 – СТАНИНА 7 – СЕРДЕЧНИК ГЛАВНЫХ ПОЛЮСОВ 6 – ПОЛЮСНЫЕ КАТУШКИ 11 – ЛАПЫ ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ 5 13 3 4 10 2 12 9 1 5 – СЕРДЕЧНИК ЯКОРЯ 13 – ЯКОРНАЯ ОБМОТКА 3– КОЛЛЕКТОР 4 – ЩЁТОЧНЫЙ АППАРАТ 10 –ВЕНТИЛЯТОР 2– СМОТРОВОЕ ОКНО 12 – ВАЛ 9 – ЗАДНЯЯ КРЫШКА 1 – ПОДШИПНИК

КЛАССИФИКАЦИЯ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА

Машины постоянного тока Машины с электромагнитным возбуждением Машины с магнитоэлектрическим возбуждением Классификация машин постоянного тока

Машины с магнитоэлектрическим возбуждением Магнитное поле машины создаётся с помощью постоянных магнитов Uном ОЯ Iном

Машины с электромагнитным возбуждением Магнитное поле машины создаётся с помощью тока, протекающего по обмотке возбуждения независимого возбуждения параллельного возбуждения последовательного возбуждения смешанного возбуждения

ОЯ Машины с независимым возбуждением Обмотка якоря и обмотка возбуждения включены параллельно и питаются от разных источников питания Uном Uов ОВ Iном Iов

Машины с параллельным возбуждением Обмотка якоря и обмотка возбуждения включены параллельно и питаются от одного источника питания Uном ОЯ ОВ Iном Iов Iоя Двигатель Генератор Iном Iов

Машины с последовательным возбуждением Обмотка якоря и обмотка возбуждения включены последовательно и питаются от одного источника питания Uном ОЯ ОВ Uоя Iном Uов

Машины со смешанным возбуждением Обмотка якоря и две обмотки возбуждения включены последовательно и параллельно и питаются от одного источника питания обмотки возбуждения включены согласно обмотки возбуждения включены встречно

Обмотки возбуждения включены согласно Uном ОЯ ОВ1 ОВ2 Iном Iов2 Iоя

Обмотки возбуждения включены встречно Uном ОЯ ОВ1 ОВ2 Iном Iов2 Iоя

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ МПТ ДВИГАТЕЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОРНЫЙ

ДВИГАТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ N S Iв Iв Iя Iя

ДВИГАТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ N S Iв Iв Iя Iя Фв

ДВИГАТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ N S Iя Фв FЭМ FЭМ Мэм Мэм n

ДВИГАТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ N S Iя Фв Мэм Мэм n Ея Ея

ДВИГАТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ Iя Мэм Uя ↑ Fэм ↑ Eя n Фя ↑ ↑ Iв Фв Uв Mэм = M2 + M0 Uя = Ея + IяRя

ГЕНЕРАТОРНЫЙ РЕЖИМ N S Iв Iв Фв n

ГЕНЕРАТОРНЫЙ РЕЖИМ N S Iв Iв Фв n Ея Ея Iя Iя

ГЕНЕРАТОРНЫЙ РЕЖИМ N S Iв Iв Фв n Ея Ея Iя Iя FЭМ FЭМ Мэм Мэм

ГЕНЕРАТОРНЫЙ РЕЖИМ N S Iв Iв Фв n Ея Ея Iя Iя Мэм Мэм

ГЕНЕРАТОРНЫЙ РЕЖИМ Iя М1 ↑ Fэм ↑ Eя n Фя ↑ ↑ Iв Фв Uв Mэм = M1 — M0 Uя = Ея — IяRя Мэм

ГЕНЕРАТОРНЫЙ РЕЖИМ ↑ ↑ М1 n ↑ ↑ Iв Фв Uв Iя Eя Фя Fэм Мэм ДВИГАТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ Мэм Fэм ↑ ↑ Iя Uя Фя Iв Фв Uв ↑ ↑ n Ея

Устройство и принцип работы двигателя постоянного тока

Устройство и принцип работы двигателя постоянного тока

Электротехника занимает особое место в жизни современного человека. Электродвигатель входит в перечень популярных устройств, что находят применение в разных направлениях деятельности человека. Недавно был опубликован текст, где детально изложены все нюансы силового агрегатного механизма, функционирующего в сети переменного тока.

Тема этой статьи затрагивает двигатель постоянного тока: устройство и принцип действия системы, особенности конструкции, способы коммуникации с электросетью и прочие нюансы.

Особенности силового агрегата

Ответ на вопрос: «из чего состоит двигатель постоянного тока» выглядит так:

  • 1. Вал для монтажа остальных компонентов.
  • 2. Роторный элемент (якорь), в который входят:
  • 2.1 Сердечник – комплекс металлических элементов, изготовленных из стального сплава для электротехники.
  • 2.2 Обмотка.
  • 2.3 Коллектор.
  • 2.4 Главный полюс – комплекс металлических элементов (пластин). В случае небольших агрегатных механизмов допустимо производство полюсов из магнитов.
  • 2.5 Обмотка возбуждения.
  • 2.6 Цельные вспомогательные полюсы (в малогабаритных системах отсутствуют) позволяют оптимизировать коммутацию. Их размещают между ключевых полюсов.
  • 2.7 Обмотка из окрашенной проводки вспомогательного полюса.
  • 3. Корпус двигателя изготавливают из чугуна. Этот металл хорошо зарекомендовал себя при эксплуатации в экстремальных условиях. Он обладает оптимальным значением износостойкости. Чтобы улучшить корпус, инженеры разрабатывают конструкцию с ребрами, позволяющими соблюдать правильный баланс температур при эксплуатации агрегата. Полюсы и якорь монтируют в корпус. Они нужны для формирования индуктора.
  • 4. Конечные элементы обмотки зоны полюсов подключается к коробке с клеммами. В этом техническом блоке имеются модули, обеспечивающие сопряжение с индуктором и щетками якоря. Имеются технологические разъемы, позволяющие установить сальники (нужны для подвода силового кабеля). Существуют устройства небольшой мощности. Конструкция такого двигателя допускает вывод обмотки в коробку с клеммами, при этом один из зажимов полюсов и траверса щеток должны находиться в плотной коммуникации в машине. В коробку клемм следует выводить оставшиеся зажимы. Большие силовые агрегаты эксплуатируют в условиях значительного номинального напряжения. Следовательно, отсутствует необходимость в монтаже коробки клемм. Нижний блок станины выступает в виде точки вывода проводки. В случае параллельной системы допустимо использовать силовые кабели. Последовательное соединение предусматривает наличие шин.

Устройство коллекторной машины постоянного тока предусматривает наличие следующих элементов:

  • 1. Блок подшипников: щиты (на них монтируют наружные и внутренние крышки), шарнирные элементы.
  • 2. Узел щеток: кронштейн, держатели, а также сами щетки. Система фиксируется на выпуклости крышки заднего щита. Она необходима для организации подачи энергии к ротору, а также для трансформации тока в якоре.
  • 3. Вентилятор обеспечивает низкую температуру нагрева конструкции во время эксплуатации.
  • 4. Пружины и болты для упрощения погрузки-разгрузки, а также установки двигателя.
  • 5. Лапы для минимизации вибрации во время эксплуатации.
  • 6. Кожух защиты вентилятора, а также кожух вывода обдува.
  • 7. Шильдик с перечнем ключевых параметров.

Способы подключения

Особого внимания заслуживает подключение двигателя постоянного тока к сети 220. На коробке клемм указывается определенная маркировка на основании параметров двигателя. На базе этих данных выбирается способ подключения кабельной системы. Рассмотрим все способы подачи питания более подробно.

Запуск обмотки от независимых источников

Такое устройство функционирует в случае, когда напряжение на обмотке и якорь получают питание энергией от разных источников энергии. В зону размещения силового кабеля подключаются два двужильных провода (серый и синий). Предварительно зачищаются края. Позднее их оснащают наконечниками.

Далее следует начать подключать каждую из жил. Инструкция по коммуникациям между жилами и клеммами представлена во внутренней части коробки клемм. Рекомендуется четко следовать предложенной системе действий. В рассматриваемом случае система выглядит следующим образом:

  • 1. Синяя жила первого провода соединяется с клеммой Н1, а к клемме Н2 подключается серая жила.
  • 2. Синяя жила второго провода сопрягается с клеммой Я2, а к клемме Д2 присоединяют серую жилу.

Последовательное и параллельное возбуждение обмотки

Чтобы подключить такие агрегаты, нужно завести один двужильный кабель (должны быть синяя и серая жилы). Концы зачищаются и оснащаются наконечники. Рассмотрим особенности каждого из них.

Когда идет подключение системы с параллельной активацией обмотки, следует выполнить монтаж перемычек между контактной парой Д2 и Ш1, а также Я2 и Ш2. Соответственно серая жила подключается к клемме Д2, а синий провод соединяется с клеммой Я2. Возможно аналогичное сопряжение с модулями Ш1 и Ш2.

Когда наблюдается последовательная активация сети, ставят перемычку из гибкого материала с обеих сторон клемм С2 и Я2. Силовой кабель с наконечниками подключается так: серый элемент в коммуникации с клеммой Д2 (как и в случае, что описан выше), при этом синий фрагмент подключается к клемме С2.

Особенности функционирования

Принцип действия двигателя постоянного тока кратко – актуальный вопрос, интересующий многих пользователей. Рассмотрим его максимально подробно.

Происходит подача напряжения, начинается процесс циркуляции электричества по проводам обмотки. Можно заметить формирование зоны полярности между смежными полюсами. Образуется определенного рода магнитная система, провоцирующая возникновение магнитного поля. Коллектор передает стабильный поток энергии на якорь, при этом с двух сторон наблюдается коммуникация с созданным магнитным полем. Электромагнитная индукция запускает вращающий момент. Происходит поворот ротора. Активизируется система щеток. Обеспечивается постоянное вращение ротора за счет тесной коммуникации элементов.

В электрическом двигателе якорь может вращаться в любом направлении. Трансформировать обороты можно при помощи простого действия. Достаточно сменить направление тока в обмотке. Для этого меняется полярность питающих жил в коробке клемм. Такого эффекта удается достигнуть за счет перестановки кабеля положительного заряда в отрицательное положение, а отрицательного заряда – в положительное значение соответственно. Новая схема подключения выглядит так: серую жилу соединяют с клеммой Н1 (Я2), а синий провод прикрепляют к клемме Н2 (Д2).

Когда меняются полярные зоны в системе запуска и вращающегося элемента, преобразование движения не наблюдается. Изменения становятся возможны только в случае, когда меняется направление тока в обмотке или якоре. Задачу удается реализовать, когда происходит монтаж подготовленных перемычек между контактной группой С1, Д2, С2. Для этого используется серый кабель. Питание подключается в таком порядке: серая жила подключена к клемме С1, а синяя — к клемме Я2.

Перемычки между клеммами С1, Д2, С2 могут быть смонтированы при помощи синего провода. В этом случае схема подключения силового кабеля выглядит в обратном порядке от схемы, что изложена выше (серый провод соединяют с клеммой Я2, а синий провод сопрягают с клеммой С1).

Двигатель постоянного тока можно переключить в реверс. Для этого рекомендуется менять направление движения электричества в обмотке якоря. Подобное обстоятельство объясняет факт того, что обрыв провода в обмотке возбуждения может спровоцировать критическое увеличение ЭДС. В результате вероятнее всего будет наблюдаться пробой изоляции проводки.

Двигатель постоянного тока – это силовой агрегат, обеспечивающий функционирование электротехнических приспособлений. Выше детально рассмотрены устройство, принцип функционирования, а также способы подключения двигателя. Этот вопрос более детально изложен на видео, где специалисты на наглядном примере демонстрируют все нюансы, что описаны в этой статье.


Базовая конструкция и работа генератора постоянного тока.

Генератор постоянного тока

Генератор постоянного тока представляет собой электрическую машину, преобразующую механическую энергию в электричество постоянного тока . Это преобразование энергии основано на принципе создания динамически индуцированной ЭДС. В этой статье описывается базовая конструкция и работа генератора постоянного тока .

Конструкция машины постоянного тока:

Примечание: Теоретически генератор постоянного тока можно использовать в качестве двигателя постоянного тока без каких-либо конструктивных изменений, и наоборот.Таким образом, генератор постоянного тока или двигатель постоянного тока можно в широком смысле назвать машиной постоянного тока. Эти основные детали конструкции также действительны для конструкции двигателя постоянного тока . Следовательно, давайте назовем этот пункт построением машины постоянного тока , а не просто «конструированием генератора постоянного тока».

На приведенном выше рисунке показаны детали конструкции простой 4-полюсной машины постоянного тока . Машина постоянного тока состоит из двух основных частей; статор и ротор. Основные конструктивные части машины постоянного тока описаны ниже.

  1. Хомут: Внешняя рама машины постоянного тока называется ярмом. Изготавливается из чугуна или стали. Он не только обеспечивает механическую прочность всей сборки, но и пропускает магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения.
  2. Стойки и башмаки: Стойки крепятся к хомуту с помощью болтов или сварки. Они несут обмотку возбуждения и к ним крепятся полюсные башмаки. Обувь с шестом служит двум целям; (i) они поддерживают катушки возбуждения и (ii) равномерно распределяют поток в воздушном зазоре.
  3. Обмотка возбуждения: Обычно изготавливаются из меди. Катушки возбуждения предварительно намотаны и размещены на каждом полюсе и соединены последовательно. Они намотаны таким образом, что при подаче напряжения они образуют чередующиеся северный и южный полюса.
  4. Сердечник якоря (ротора)
  5. Сердечник якоря: Сердечник якоря — это ротор машины постоянного тока. Он имеет цилиндрическую форму с прорезями для обмотки якоря.Якорь состоит из тонких многослойных круглых стальных дисков для уменьшения потерь на вихревые токи. Он может быть снабжен воздуховодами для осевого потока воздуха в целях охлаждения. Якорь соединен с валом шпонкой.
  6. Обмотка якоря: Обычно это бывшая намотанная медная катушка, которая размещается в пазах якоря. Проводники якоря изолированы друг от друга, а также от сердечника якоря. Обмотка якоря может быть намотана одним из двух способов; обмотка внахлест или волновая обмотка. Обычно используются двухслойные обмотки внахлестку или волновые обмотки.Двухслойная обмотка означает, что в каждый слот якоря помещаются две разные катушки.
  7. Коллектор и щетки: Физическое соединение с обмоткой якоря осуществляется через коллекторно-щеточное устройство. Функция коммутатора в генераторе постоянного тока состоит в том, чтобы собирать ток, генерируемый в проводниках якоря. Принимая во внимание, что в случае двигателя постоянного тока коммутатор помогает подавать ток на проводники якоря. Коммутатор состоит из набора медных сегментов, изолированных друг от друга.Количество сегментов равно количеству витков якоря. Каждый сегмент соединен с катушкой якоря, а коммутатор соединен шпонкой с валом. Щетки обычно изготавливаются из углерода или графита. Они опираются на сегменты коммутатора и скользят по сегментам, когда коммутатор вращается, сохраняя физический контакт для сбора или подачи тока.

Коллектор

Принцип работы генератора постоянного тока:

Согласно законам электромагнитной индукции Фарадея, всякий раз, когда проводник помещается в переменное магнитное поле (ИЛИ проводник перемещается в магнитном поле), в проводнике индуцируется ЭДС (электродвижущая сила).Величину ЭДС индукции можно рассчитать из уравнения ЭДС генератора постоянного тока. Если проводник имеет замкнутый путь, индуцированный ток будет циркулировать внутри пути. В генераторе постоянного тока катушки возбуждения создают электромагнитное поле, а проводники якоря вращаются в поле. Таким образом, в проводниках якоря возникает ЭДС электромагнитного поля. Направление индукционного тока определяется правилом правой руки Флеминга.


Необходимость коммутатора с разъемным кольцом:

Согласно правилу правой руки Флеминга направление индукционного тока меняется всякий раз, когда изменяется направление движения проводника.Пусть якорь вращается по часовой стрелке, а проводник слева движется вверх. Когда якорь совершит половину оборота, направление движения этого конкретного проводника изменится на нисходящее. Следовательно, направление тока в каждом проводнике якоря будет переменным. Если вы посмотрите на приведенный выше рисунок, вы узнаете, как меняется направление индуцированного тока в проводнике якоря. Но с коммутатором с разъемным кольцом соединения проводников якоря также меняются местами, когда происходит изменение направления тока.И поэтому мы получаем однонаправленный ток на клеммах.

Типы генератора постоянного тока:

Генераторы постоянного тока можно разделить на две основные категории, а именно; (i) Отдельно возбужденный и (ii) Самовозбуждающийся.
(i) С независимым возбуждением : В этом типе катушки возбуждения питаются от независимого внешнего источника постоянного тока.
(ii) Самовозбуждающийся : В этом типе катушки возбуждения питаются от тока, вырабатываемого самим генератором. Начальная генерация ЭДС обусловлена ​​остаточным магнетизмом в полюсах поля.Генерируемая ЭДС вызывает протекание части тока в катушках возбуждения, тем самым усиливая поток поля и тем самым увеличивая генерацию ЭДС. Генераторы постоянного тока с самовозбуждением можно разделить на три типа —
(a) Последовательная обмотка — обмотка возбуждения последовательно с обмоткой якоря
(b) Шунтовая обмотка — обмотка возбуждения параллельно обмотке якоря
(c) Составная обмотка — комбинация последовательной и параллельной обмотки

Вы можете узнать больше о типах генератора/машины постоянного тока здесь.

Каков принцип работы генератора постоянного тока?

Генераторы — это электрические машины, работа которых начинается при отключении электроэнергии из местной сети. Здесь генераторы начинают работать, чтобы обеспечить электричество. Эти электрические машины работают как источник электроэнергии для многих бизнес-объектов, промышленных зданий и даже домов, когда электричество отключается. Генераторы делятся на два типа генераторов переменного и постоянного тока.Мы здесь, чтобы объяснить вопрос «Каков принцип работы генератора постоянного тока?» и подробно обсудим контроллеры домена. Linquip собрал для вас самую точную и точную информацию по этой теме.

Прежде чем мы обсудим основную тему этой статьи, мы должны знать о структуре и основных функциях контроллеров домена. Давайте кратко рассмотрим конструкцию, функции, детали и компоненты генераторов постоянного тока.

Что такое генератор постоянного тока?

Как упоминалось ранее, существует два типа генераторов в зависимости от выходной мощности: генераторы переменного и постоянного тока.Основной функцией генераторов постоянного тока является преобразование механической энергии в электрическую. Существует множество источников, обеспечивающих механическую энергию для генераторов постоянного тока, таких как двигатели внутреннего сгорания, водяные, газовые и паровые турбины и даже ручные кривошипы. Для генераторов постоянного тока определена функция реверса: эту реверсивную работу можно выполнить с помощью электродвигателя.

Двигатель постоянного тока преобразует электрическую энергию в механическую. Генераторы постоянного тока производят электроэнергию на основе закона электромагнитной индукции Фарадея.На основании этого закона при движении проводника в магнитном поле магнитные силовые линии разрезаются. Это приводит к индукции электромагнитной силы в проводнике.

Чтобы получить более четкий ответ на вопрос «Каков принцип работы генератора постоянного тока?», давайте также кратко остановимся на его частях и узлах. В следующем разделе мы очень кратко расскажем вам об основных частях генератора постоянного тока и о том, как они работают. Продолжай читать.

 

Конструкция генератора постоянного тока

В предыдущем разделе мы очень кратко объяснили, что такое генератор постоянного тока.Теперь мы хотим, чтобы вы были более знакомы с его конструкцией. В одном генераторе постоянного тока есть много компонентов, которые помогают всей машине работать так, как она должна работать. В различных статьях для генераторов постоянного тока упоминается более десяти деталей.

Мы не будем подробно останавливаться на всех этих компонентах, потому что объяснение функции этих частей выходит за рамки данной статьи и уведет нас в сторону от основной темы нашего обсуждения. В следующих разделах вы прочтете о четырех наиболее важных компонентах генератора постоянного тока, которые помогут вам найти ответ на вопрос «Каков принцип работы генератора постоянного тока?»

Статор

Одной из наиболее важных частей генератора постоянного тока является статор, задачей которого является создание магнитных полей, вокруг которых вращаются катушки.Статор состоит из двух стабильных магнитов с противоположными полюсами, обращенными друг к другу. Эти магниты помещаются в область ротора.

Ротор

Ротор или сердечник якоря — еще одна важная часть генератора постоянного тока. В роторе есть пластины из железа с прорезями, которые уложены друг на друга, образуя цилиндрический сердечник якоря. Как правило, потери уменьшаются из-за вихревых токов в этих пластинах.

Коммутатор

Работа коммутатора аналогична выпрямителю для преобразования переменного напряжения в постоянное напряжение в усилении обмотки якоря.Он имеет медный сегмент, и каждый медный сегмент с помощью листов слюды экранирован друг от друга. Он сидит на валу машины.

Щетки

С помощью щеток можно обеспечить электрическое соединение между коммутатором и внешней цепью нагрузки.

Теперь, когда вы знакомы с сущностью и основными компонентами генератора постоянного тока, понять, как работает генератор постоянного тока, совсем несложно. В следующем разделе мы собираемся обсудить, как работает генератор постоянного тока на понятном языке.Оставайтесь с нами.

Подробнее о Linquip

Каков принцип работы генератора постоянного тока?

В предыдущих разделах мы обсуждали, что определяет генератор постоянного тока и как он работает. В этом разделе мы поговорим о принципе работы генераторов постоянного тока.

Как упоминалось ранее, генератор постоянного тока представляет собой преобразователь энергии, преобразующий механическую энергию в электрическую. Это изменение формы энергии происходит на основе принципа электромагнитной индукции, что означает, что всякий раз, когда происходит изменение магнитного потока, связанного с проводником, в нем индуцируется ЭДС или электромагнитная сила.Эта индукция вызывает протекание тока в случае, если цепь проводника замкнута.

Итак, исходя из того, что мы сказали до сих пор, основными требованиями к генератору постоянного тока являются магнитное поле и проводник. Проводник движется, чтобы перерезать магнитный поток. Поэтому можно сказать, что генератор постоянного тока работает по принципу динамически индуцированной электромагнитной силы. Это то, о чем говорит закон электромагнитной индукции Фарадея: когда проводник с током помещается в переменное магнитное поле, в проводнике индуцируется ЭДС.С другой стороны, согласно правилу правой руки Флеминга, при изменении направления движения проводника меняется и направление индуцированного потока.

Представьте себе якорь, вращающийся по часовой стрелке, и проводник слева, движущийся вверх. Теперь, когда якорь совершит полуоборот, направление движения проводника изменится на обратное вниз. Таким образом, направление тока в каждом якоре будет меняться. Но в коммутаторе с разъемным кольцом соединения проводников якоря меняются местами, когда происходит изменение направления тока.Следовательно, мы получаем однонаправленный ток на клеммах.

 

Простой для понимания пример принципа работы генератора постоянного тока

Давайте упростим для вас функцию и принцип работы генератора постоянного тока. Вы должны заметить, что если генератор очень маленький, например, он используется для магазина, небольшой мастерской, кинотеатра или дома, первичным двигателем или поставщиком механической энергии является дизельный двигатель. Если генератор очень большой, как на электростанциях, то первичным двигателем будет водяная, паровая или газовая турбина.

Когда механическая энергия, подаваемая первичным двигателем, передается генератору, якорь генератора начинает вращаться. Обычно полюса на ярме выполнены из постоянных магнитов. Это означает, что в соответствии с законами электромагнитной индукции Фарадея проводники якоря отсекают слабое магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами, и в обмотке якоря индуцируется небольшое количество ЭДС. Эта индуцированная электромагнитная сила пропускает небольшое количество тока через обмотку возбуждения и усиливает подаваемый магнитный поток и, следовательно, индуцированную ЭДС.Таким образом, за счет усиления потока и ЭДС генератор обеспечивает номинальное напряжение.

Заключение

Принцип работы генератора постоянного тока был основной темой этой статьи, на которую мы попытались ответить. Чтобы ответить на этот вопрос, во-первых, мы решили сделать очень короткое, но полезное объяснение того, что такое генератор постоянного тока. Следующим шагом было знакомство с основными компонентами этого преобразователя энергии. Итак, мы подробно рассказали о 4 наиболее важных частях генератора постоянного тока и о том, как они работают.

 

наконец-то мы добрались до раздела, что такое принцип работы генератора постоянного тока и попытались объяснить его на наглядном примере. Если у вас есть другие вопросы по теме, Linquip готов на них ответить. Все, что вам нужно, это зарегистрироваться. Кроме того, если у вас есть опыт использования генераторов постоянного тока, будем рады, если вы поделитесь им с нами в комментариях. Надеюсь, вам понравилась эта статья.

Генератор постоянного тока – определение, составные части и принцип работы

Машины, преобразующие механическую энергию в электрическую, называются электрическими генераторами.Произведенная электрическая энергия далее передается и распределяется по линиям электропередач для бытового, коммерческого использования. Существует два типа генераторов:

Генератор постоянного тока — это тип электрического генератора, который преобразует механическую энергию в электричество постоянного тока. Однако генератор, который преобразует механическую энергию в электричество переменного тока, является генератором переменного тока.

Вы знаете, почему мы изучаем принцип работы генераторов? На этой странице мы ответим на все наши вопросы по частям генератора постоянного тока, принципу работы и тому, как мы описываем его в математических терминах.

Как насчет генераторов постоянного тока?

В генераторах постоянного тока преобразование энергии основано на принципе динамического производства ЭДС. Эти генераторы больше всего подходят для автономных приложений. Генераторы постоянного тока обеспечивают постоянную мощность для электроаккумуляторов и электрических сетей (DC).

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

Генератор постоянного тока состоит из следующих частей —

  1. Статор — Статор представляет собой набор из двух магнитов, расположенных таким образом, что противоположные полярности обращены друг к другу.Цель статора — создать магнитное поле в области вращения катушки.

  2. Ротор — Ротор представляет собой цилиндрический многослойный сердечник с прорезями.

  3. Сердечник якоря — Сердечник якоря имеет цилиндрическую форму и имеет канавки на внешней поверхности. В этих пазах размещается обмотка якоря.

  4. Обмотка якоря — Это изолированные проводники, помещенные в сердечник якоря. Благодаря им происходит фактическое преобразование мощности.

  5. Катушки возбуждения — для создания магнитного поля катушки возбуждения размещаются над полюсным сердечником. Катушки возбуждения всех полюсов соединены последовательно. Когда через них протекает ток, соседние полюса приобретают противоположную полярность.

  6. Хомут — внешняя полая цилиндрическая конструкция известна как Хомут. Он обеспечивает поддержку основных и межполюсных полюсов и обеспечивает путь с низким магнитным сопротивлением для магнитного потока.

  7. Полюса. Основной функцией полюсов является поддержка катушек возбуждения.Он увеличивает площадь поперечного сечения магнитопровода, что приводит к равномерному распространению магнитного потока.

  8. Полюсный башмак — Для защиты катушки возбуждения от падения и улучшения равномерного распространения магнитного потока используется полюсный башмак. Башмак для столба крепится к хомуту.

  9. Коллектор — Коллектор имеет цилиндрическую форму. Несколько клиновидных жесткотянутых медных сегментов образуют коммутатор. Функции коммутатора:

Принцип работы генератора постоянного тока

Генератор постоянного тока работает по принципу электромагнитной индукции Фарадея.Согласно закону Фарадея, всякий раз, когда проводник помещается в флуктуирующее магнитное поле (или когда проводник перемещается в магнитном поле), в проводнике индуцируется ЭДС.

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

Если проводник проходит по замкнутому пути, ток будет индуцироваться. Направление индуцированного тока (определяемое правилом правой руки Флеминга) изменяется при изменении направления движения проводника.

Например, рассмотрим случай, когда якорь вращается по часовой стрелке, а проводник слева движется вверх.Когда якорь совершит полуоборот, направление движения проводника изменится на обратное вниз. Направление тока будет переменным. При перепутывании соединений проводников якоря происходит реверсирование тока. Таким образом, мы получаем однонаправленный ток на клеммах.

Уравнение ЭДС генератора постоянного тока

Уравнение ЭДС для генератора постоянного тока выражается следующим образом: полюсов в поле

N — Скорость вращения якоря (об/мин)

Z — Общее количество проводников якоря в поле.

Ø- Магнитный поток на полюс.

А — количество параллельных путей в якоре.

Потери в генераторах постоянного тока

При преобразовании механической энергии в электрическую имеют место потери энергии, т.е. не весь вход преобразуется в выход. Эти потери классифицируются в основном по трем типам:

Потери в меди. Эти потери возникают при протекании тока по обмоткам и бывают трех типов: потери в меди в якоре, потери в обмотке возбуждения и потери из-за сопротивления щеток.

Потери в железе — Из-за индукции тока в якоре возникают потери на вихревые токи и потери на гистерезис. Эти потери также называются потерями в сердечнике или магнитными потерями.

Механические потери. Потери, возникающие из-за трения между частями генератора, называются механическими потерями.

Типы генераторов постоянного тока

Три типа генераторов постоянного тока с самовозбуждением:

Применение генераторов постоянного тока

Применение генераторов постоянного тока:

  1. освещения с помощью регуляторов поля.

  2. Серийный генератор постоянного тока используется в дуговых лампах в качестве генератора стабильного тока, освещения и усилителя.

  3. Уровневые составные генераторы постоянного тока применяются для электроснабжения общежитий, офисов, лоджей.

  4. Составные генераторы постоянного тока используются для питания сварочных аппаратов постоянного тока.

  5. Генератор постоянного тока используется для компенсации падения напряжения в фидерах.

Двигатель постоянного тока Принцип работы, конструкция и объяснение схемы

Очень важно знать принцип работы и конструкцию двигателя постоянного тока, чтобы освоить основы машин постоянного тока.Двигатель постоянного тока преобразует электрическую энергию в механическую. Входная электрическая энергия получается от перезаряжаемых батарей, солнечных элементов и т. д. Вырабатываемая механическая энергия в дальнейшем используется для вращения насосов, вентиляторов, компрессоров, колес и т. д.

Как правило, двигатели переменного тока широко используются в промышленности. Но когда речь идет о высоком пусковом моменте или эффективном управлении скоростью, двигатели постоянного тока являются оптимальным выбором. Они используются в алюминиевых прокатных станах, электрических лифтах, железнодорожных локомотивах и крупногабаритном землеройном оборудовании.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

:

Принцип работы двигателя постоянного тока заключается в том, что на проводник с током действует механическая сила, когда он помещается в магнитное поле. Это известно как сила Лоренца. А направление этой силы задается ПРАВИЛОМ ЛЕВОЙ РУЧКИ ФЛЕМИНГА.

Принцип работы двигателя постоянного тока

аналогичен принципу работы генератора постоянного тока.

ПРАВИЛО ЛЕВОЙ РУКИ ФЛЕМИНГА

Если указательный, средний и большой пальцы левой руки растянуть взаимно перпендикулярно друг другу.Если указательный палец указывает направление магнитного поля, средний палец указывает направление тока в проводнике, то большой палец указывает направление силы, действующей на проводник.

Правило левой руки Флеминга

** См. также: Принцип работы двигателя переменного тока

КОНСТРУКЦИЯ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Все машины постоянного тока в основном состоят из двух частей. Один — статор , а другой — ротор . Статор представляет собой стационарную часть, состоящую из ярма, полюса, полюсной обмотки и промежуточных полюсов.Статор создает магнитный поток.

Ротор машины постоянного тока состоит из коллектора, щеток, компенсационной обмотки и вала. Он вращается во внешнем магнитном потоке (создаваемом статором), когда в нем протекает ток.

Структура двигателя постоянного тока

ЧАСТИ СТАТОРА:-

КОЛЕСО:

Хомут или внешняя рама обеспечивают защиту двигателя постоянного тока. Он изготовлен из литой стали для больших двигателей постоянного тока. А из чугуна для небольших двигателей постоянного тока.Хомут используется в машинах постоянного тока, потому что:

A) Обеспечивает механическую поддержку столбов.

B) Действует как защитный кожух от механических повреждений.

C) И обеспечивает проход для магнитного потока, создаваемого полюсами машины.

Иго
сердечник опоры и башмак опоры:

И сердечник полюса, и башмаки полюса изготовлены из литой стали. А вот полюсные башмаки ламинированы, так как находятся близко к арматуре.

При изменении нагрузки во время работы двигателя постоянного тока изменяется ток якоря.В результате изменяется и магнитный поток. Этот поток связывает полюсный башмак и вызывает протекание вихревых токов . А чтобы свести к минимуму эти вихревые токи, полюсные башмаки ламинируют.

Основная цель полюсного башмака — распределить магнитный поток и уменьшить сопротивление магнитного пути. Тогда как полюсный сердечник возбуждается обмоткой возбуждения и используется для их поддержки.

Сердечник опоры и башмак опоры
ПОЛЮСНАЯ ОБМОТКА ИЛИ КАТУШКИ ВОЗДЕЙСТВИЯ

Полюсная обмотка и катушки возбуждения состоят из медного провода, расположенного вокруг полюсного сердечника.Когда ток проходит через эти катушки, они электромагнитно намагничивают полюс, который создает магнитный поток. Этот поток проходит через ротор и создает вращающий момент, как только ток начинает течь в якоре ротора.

Обмотка возбуждения на полюсах

ЧАСТИ РОТОРА:-

СЕРДЕЧНИК АРМАТУРЫ

Сердечник якоря представляет собой вращающуюся часть машины постоянного/переменного тока. Он изготовлен из кремнистой стали . Цилиндрическая структура ламинирована для уменьшения потерь на вихревые токи.Его основная цель состоит в том, чтобы обеспечить путь магнитного потока с низким магнитным сопротивлением. И для размещения проводников арматуры.

Сердечник якоря в роторе
ОБМОТКА ЯКОРЯ

Обмотка якоря состоит из катушек, заделанных в пазы сердечника якоря. Эти катушки облицованы рядом друг с другом прочным изоляционным материалом. Изоляционный материал предотвращает короткое замыкание двух соседних катушек.

В то время как щелевая изоляция загибается на проводник якоря и надежно фиксируется деревянными или волокнистыми клиньями.Простыми словами, это расположение токонесущих проводников, создающих ЭДС в машине за счет относительного движения между обмотками и основным полем.

Обмотка якоря
КОММУТАТОР

Коллектор состоит из клиновидных штампованных медных сегментов, образующих цилиндрическую конструкцию. Тонкий лист высококачественной слюды изолирует сегменты друг от друга.

Коммутатор периодически изменяет направление тока между ротором и внешней цепью.Следовательно, он действует как переключатель, вызывающий однонаправленный крутящий момент в двигателе постоянного тока.

Кольцо коммутатора
ЩЕТКИ

Щетки обычно изготавливаются из прямоугольных угольных блоков, помещенных в щеткодержатели. Функция щеток в двигателях постоянного тока заключается в подаче тока на коммутатор от внешнего источника постоянного тока.

Принимая во внимание, что функция щеток в генераторе постоянного тока состоит в том, чтобы собирать ток от коммутатора и подавать его во внешнюю цепь нагрузки.

Пара угольных щеток

РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Принцип работы двигателя постоянного тока требует наличия магнитного потока и проводника с током.Рассмотрим катушку, передающую постоянный ток через коммутатор и щетки. Эти сегменты коммутатора свободно вращаются вокруг своей оси.

Работа двигателя постоянного тока

Сегмент коммутатора, который соприкасается с левой щеткой, получает положительную полярность, а правый — отрицательную. Это приводит к протеканию тока в катушке.

Применяя правило левой руки Флеминга, на проводник с левой стороны всегда действует сила, направленная вверх, а на проводник с правой стороны действует направленная вниз сила.Следовательно, в двигателях постоянного тока достигается однонаправленный крутящий момент.

ОБРАТНАЯ ЭДС

Взаимодействие проводника с током с изменяющимся магнитным полем, создаваемым обмоткой возбуждения, наводит в проводнике ЭДС. Эта ЭДС действует в направлении, противоположном приложенному напряжению. Эта индуцированная ЭДС в двигателе известна как ПРОТИВОЭДС.


Некоторые проекты простых двигателей постоянного тока:

  1. Как сделать идеальный контроллер скорости двигателя постоянного тока
  2. Управление скоростью двигателя постоянного тока с помощью света с помощью LDR с Arduino
  3. Управление двигателем постоянного тока с помощью Arduino с LABVIEW

Серия учебных курсов по электротехнике и электронике ВМС (NEETS), модуль 5, 2- с 1 по 2-10

NEETS   Модуль 5. Введение в генераторы и двигатели

страниц я, 1−1, 1−11, 1−21, 1−31, 2−1, 2−11, 3−1, 3−11, 4−1, 4−11, индекс

Глава 2

 

ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цели обучения

По завершении этой главы вы сможете:

 

1.Назовите факторы, определяющие направление вращения двигателя постоянного тока.

 

2.   Сформулируйте правило правой руки для двигателей.

 

3.   Опишите основные различия и сходства между генератором постоянного тока и двигателем постоянного тока.

 

4.   Опишите причину и следствие противоЭДС в двигателе постоянного тока.

 

5.   Объясните термин «нагрузка», поскольку он относится к электродвигателю.

 

6.   Перечислите преимущества и недостатки различных типов ЦОД. моторы.

 

7.   Сравните типы арматуры и способы ее использования.

 

8.   Обсудите способы управления скоростью и направлением вращения двигателя постоянного тока.

 

9.   Опишите эффект Реакция якоря в двигателе постоянного тока.

 

10.   Объясните необходимость пускового резистора в двигателе постоянного тока.

Введение

Двигатель постоянного тока — это механическая рабочая лошадка, которую можно использовать по-разному. Много крупных кусков оборудование зависит от двигателя постоянного тока для обеспечения их мощности для перемещения. Скорость и направление вращения двигателя постоянного тока легко контролируется. Это делает его особенно полезным для эксплуатации оборудования, такого как лебедки, краны и ракетные установки. пусковые установки, которые должны двигаться в разных направлениях и с разной скоростью.

ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ

Работа двигателя постоянного тока основана на следующем принципе:

 

в магнитном поле, перпендикулярном силовым линиям, стремится двигаться в направлении, перпендикулярном магнитные линии потока.

 

Существует определенная зависимость между направлением магнитного поля, направление тока в проводнике и направление, в котором проводник имеет тенденцию двигаться. Эти отношения лучше всего объяснить с помощью ПРАВИЛА ПРАВОЙ РУКИ для ДВИГАТЕЛЕЙ (рис. 2-1).

2-1

 Рис. 2-1. — Правило правой руки для двигателей.

Чтобы определить направление движения проводника, вытяните большой, указательный и средний пальцы вашей правой рукой, чтобы они находились под прямым углом друг к другу.Если указательный палец направлен в сторону магнитного поток (с севера на юг), а средний палец указывает в направлении тока в проводнике, большой палец укажет направление движения проводника.

 

Проще говоря, двигатель постоянного тока вращается как результат взаимодействия двух магнитных полей друг с другом. Якорь двигателя постоянного тока действует как электромагнит. при протекании тока по его обмоткам. Так как якорь находится в пределах магнитного поля полюсов поля, эти два магнитных поля взаимодействуют.Одноименные магнитные полюса отталкиваются друг от друга, а разноименные магнитные полюса притягиваются друг к другу. разное. Как и в генераторе постоянного тока, двигатель постоянного тока имеет стационарные полюса возбуждения и якорь, который включается. подшипники в пространстве между полюсами поля. Якорь двигателя постоянного тока имеет обмотки, как и якорь генератора постоянного тока. Эти обмотки также соединены с сегментами коммутатора. двигатель постоянного тока состоит из те же компоненты, что и генератор постоянного тока. Фактически, большинство генераторов постоянного тока можно заставить работать как двигатели, и наоборот.

 

Посмотрите на простой двигатель постоянного тока, показанный на рис. 2-2. Он имеет два полюса поля, один северный полюс и один южный полюс. Магнитные силовые линии проходят через отверстие между полюсами с севера на юг.

Рис. 2-2. — Вращение якоря двигателя постоянного тока.

Якорь в этом простом двигателе постоянного тока представляет собой единую проволочную петлю, как и в простом якоре, который вы изучали. в начале главы о генераторах постоянного тока.Однако петля провода в двигателе постоянного тока имеет

2-2

Через него протекает ток

от внешнего источника. Этот ток создает магнитное поле. произведено. Это поле обозначено пунктирной линией через петли. Поле контура (якоря) одновременно притягиваются и отталкиваются полем от полюсов поля. Так как ток через петлю циркулирует в направление стрелок, северный полюс арматуры находится вверху слева, а южный полюс арматуры находится внизу справа, как показано на рис. 2-2 (вид A).Конечно, при вращении петли (якоря) эти магнитные полюса поворачиваются вместе с ним. Теперь, как показано на рисунках, северный полюс арматуры отталкивается от северного поля. полюсом и притягивается вправо южным полюсом поля. Аналогично, южный полюс арматуры отталкивается от южный полюс поля и притягивается влево северным полюсом поля. Это действие приводит к тому, что якорь поворачивается. по часовой стрелке, как показано на рис. 2-2 (вид B).

 

После того, как петля повернется достаточно далеко, чтобы ее северный полюс находится точно напротив южного полюса поля, кисти продвигаются к следующим сегментам.Это меняет направление тока, протекающего через контур якоря. Кроме того, он меняет полярность поля якоря, как показано на рисунке. на рис. 2-2 (вид С). Магнитные поля снова отталкиваются и притягиваются друг к другу, а якорь продолжает перемена.

 

В этом простом двигателе импульс вращающегося якоря уносит якорь за пределы положения где противоположные полюса точно выровнены. Однако, если эти поля точно выровнены, когда якорь ток включен, импульса для начала движения якоря нет.В этом случае двигатель не будет вращаться. Чтобы запустить такой мотор, нужно дать ему покрутиться. Этот недостаток отсутствует при наличии на якоре больше витков, потому что поле якоря больше одного. Не может быть двух арматурных полей. точно выровнены с полем от полюсов поля в то же время.

 

Q1. Какие факторы определяют направление вращения двигателя постоянного тока?

 

Q2.Правило правой руки для двигателей используется, чтобы найти взаимосвязь между какими характеристиками двигателя?

 

Q3. Каковы различия между компонентами генератора постоянного тока и двигателя постоянного тока?

ПРОТИВОЭДС

Во время работы двигатель постоянного тока действует как генератор постоянного тока. Существует магнитное поле от поля полюсов, а проволочная петля вращается и разрезает это магнитное поле. На данный момент не обращайте внимания на то, что по петле провода от батареи течет ток.Поскольку стороны петли пересекают магнитное поле, в них индуцируется напряжение, такое же, как было в контурах генератора постоянного тока. Это индуцированное напряжение вызывает ток должен течь в петле.

 

Теперь рассмотрим относительное направление между этим током и текущим что заставляет двигатель работать. Во-первых, проверьте направление течения тока в результате действия генератора. происходит (вид а на рис. 2-2). (Примените правило левой руки для образующих, которое обсуждалось в предыдущем глава.) Левой рукой держите ее так, чтобы указательный палец указывал в направлении магнитного поля (север на юг), а большой палец указывает в направлении движения черной стороны якоря (вверх). Ваш средний палец затем указывает из бумаги (к вам), показывая направление тока, вызванного действием генератора в черная половина арматуры. Это в направлении, противоположном направлению тока батареи. Так как это Напряжение действия генератора противоположно напряжению батареи, это называется «противоЭДС».(Буквы ЭДС обозначают электродвижущая сила, которая является другим названием напряжения.) Два тока текут в противоположных направлениях. Этот доказывает, что напряжение батареи и противо-ЭДС противоположны по полярности.

 

В начале этого При обсуждении мы не учитывали ток якоря при объяснении того, как возникает противоЭДС. Затем мы показали, что нормальный ток якоря протекал противоположно току, создаваемому противоЭДС.Мы говорили о двух противоположных токи, протекающие одновременно. Однако это

2-3

немного упрощен, как вы уже подозреваете. На самом деле течет только один ток. Поскольку встречная ЭДС может никогда не становятся такими большими, как приложенное напряжение, и поскольку они имеют противоположную полярность, как мы видели, встречная ЭДС эффективно компенсирует часть напряжения якоря. Единственный ток, который течет, является током якоря, но сильно снижается из-за встречной ЭДС.

 

В двигателе постоянного тока всегда присутствует противоЭДС развитый. Эта встречная ЭДС не может быть равна или превышать приложенное напряжение батареи; если бы это был мотор не побежал бы. Встречная ЭДС всегда немного меньше. Однако противоЭДС противостоит приложенному напряжению достаточно, чтобы поддерживать ток якоря от батареи на довольно низком уровне. Если бы не было счетчика ЭДС, через якорь протекал бы гораздо больший ток, и двигатель работал бы намного быстрее.Однако нет способ избежать встречного ЭДС.

 

Q4. Что вызывает противо-ЭДС в двигателе постоянного тока?

 

Q5. На какую характеристику двигателя влияет противоЭДС?

ДВИГАТЕЛЬ Нагрузки

Двигатели используются для вращения механических устройств, таких как водяные насосы, шлифовальные круги, лопасти вентиляторов и круговые пилы. Например, когда двигатель вращает водяной насос, водяной насос является нагрузкой. Водяной насос – это механическое устройство, которое двигатель должен перемещать.Это определение нагрузки двигателя.

 

Аналогично электрическому нагрузки, механическая нагрузка, подключенная к двигателю постоянного тока, влияет на многие электрические величины. Такие вещи, как сила потребляемый от линии, количество тока, скорость, эффективность и т. д., частично контролируются размером нагрузка. Физические и электрические характеристики двигателя должны соответствовать требованиям нагрузки, если работа должна выполняться без возможности повреждения нагрузки или двигателя.

 

Q6. Что нагрузка на двигатель постоянного тока?

ПРАКТИЧЕСКИЕ ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Как вы видели, двигатели постоянного тока электрически идентичны генераторам постоянного тока. Фактически, та же машина постоянного тока может быть с механическим приводом для выработки напряжения или с электрическим приводом для перемещения механической нагрузки. Пока это обычно не делается, это указывает на сходство между двумя машинами. Эти сходства будут использоваться в оставшейся части этой главы, чтобы познакомить вас с практическими двигателями постоянного тока.Вы сразу узнаете серию, шунтирующие и составные типы двигателей как непосредственно связанные с их аналогами-генераторами.

 

Серия ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

 

В последовательном двигателе постоянного тока возбуждение подключается последовательно с якорем. То поле наматывается несколькими витками большого провода, потому что он должен нести полный ток якоря. Схема для серия двигателей постоянного тока показана на рис. 2-3.

2-4

Рис. 2-3.- Двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением.

Этот тип двигателя развивает очень большую вращающую силу, называемую крутящим моментом, в состоянии покоя. Благодаря этой характеристике двигатель постоянного тока серии может использоваться для управления небольшими электрическими приборами, портативными электрические инструменты, краны, лебедки, тали и тому подобное.

 

Еще одной характеристикой является изменение скорости широко между холостым ходом и полной нагрузкой. Серийные двигатели нельзя использовать там, где требуется относительно постоянная скорость. в условиях переменной нагрузки.

 

Основной недостаток серийного двигателя связан со скоростью характеристика, указанная в последнем абзаце. Скорость последовательного двигателя без подключенной к нему нагрузки увеличивается до такой степени, что двигатель может выйти из строя. Обычно либо повреждены подшипники, либо вылетают обмотки пазов в арматуре. Существует опасность как для оборудования, так и для персонала. Некоторая нагрузка должна быть ВСЕГДА подключен к последовательному двигателю, прежде чем включить его.Эта предосторожность предназначена в первую очередь для больших двигателей. Маленькие моторы, такие как те, которые используются в ручных электрических дрелях, имеют достаточно внутреннего трения, чтобы нагрузить себя.

 

Финал Преимущество серийных двигателей заключается в том, что они могут работать от источника переменного или постоянного тока. Это будет описаны в главе о двигателях переменного тока.

 

Q7. В чем главный недостаток серийного двигателя?

Q8. В чем основное преимущество серийного двигателя?

ШУНТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

 

Шунтирующий двигатель подключается так же, как и шунтирующий генератор.Обмотки возбуждения соединены параллельно (шунтирую) с обмотками якоря. Схема для шунтового двигателя показана на рисунке 2-4.

2-5

 Рис. 2-4. — Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением.

После того, как вы отрегулируете скорость шунтового двигателя постоянного тока, скорость останется относительно постоянной даже при изменении условия нагрузки. Одной из причин этого является то, что поток поля остается постоянным. постоянное напряжение в поле делает поле независимым от изменений в цепи якоря.

 

Если нагрузка на двигатель увеличивается, двигатель имеет тенденцию замедляться. При этом встречная ЭДС, создаваемая в якоре, уменьшается. Это вызывает соответствующее уменьшение сопротивления току батареи, протекающему через якорь. ток якоря увеличивается, вызывая ускорение двигателя. Условия, установившие первоначальную скорость, восстанавливаются, и сохраняется исходная скорость.

 

И наоборот, если нагрузка двигателя уменьшается, скорость двигателя увеличивается; ЭДС противодействия увеличивается, якорь ток уменьшается, а скорость уменьшается.

 

В каждом случае все это происходит так быстро, что любое реальное изменение скорости незначительное. Существует мгновенная тенденция к изменению, а не большое колебание скорости.

Q9. В чем преимущество параллельного двигателя перед серийным?

 

СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ МОТОР

 

составной двигатель имеет две обмотки возбуждения, как показано на рис. 2-5. Один представляет собой шунтирующее поле, подключенное параллельно арматура; другой представляет собой последовательное поле, которое последовательно подключается к якорю.Шунтирующее поле дает этот тип двигателя имеет преимущество постоянной скорости по сравнению с обычным шунтовым двигателем. Поле серии дает ему преимущество способности развивать большой крутящий момент при запуске двигателя под большой нагрузкой. Это не должно быть сюрпризом что составной двигатель имеет характеристики параллельного и последовательного двигателей.

2-6

Рис. 2-5. — Двигатель постоянного тока со смешанной обмоткой.

Когда шунтирующее поле подключено параллельно последовательному полю и якорю, это называется «длинным шунт», как показано на рис. 2-5 (вид А).В противном случае его называют «коротким шунтом», как показано на рис. 2-5, (вид Б).

ТИПЫ АРМАТУРЫ

Как и генераторы постоянного тока, двигатели постоянного тока могут быть сконструированы с использованием одного из двух типов якоря. краткий обзор Якоря с граммовым кольцом и барабанной обмоткой необходимы, чтобы подчеркнуть сходство между генераторами постоянного тока и генераторами постоянного тока. моторы.

 

АРМАТУРА С КОЛЬЦОМ ГРАММА

 

Якорь с кольцом Грамма изготавливается путем намотки изолированный провод вокруг кольца из мягкого железа (рис.2-6). К обмотке выполнено восемь равноотстоящих соединений. Каждый из них соединен с сегментом коммутатора. Щетки касаются только верхнего и нижнего сегментов. Есть два параллельные пути для тока — один вверх по левой стороне и один вверх по правой стороне. Эти пути завершены через верхнюю щетку обратно к положительному проводу аккумулятора.

Рис. 2-6. — Грамм-кольцевая арматура.

2-7

Чтобы проверить направление вращения этого якоря, вы должны использовать правило правой руки для двигателей.Держите большой, указательный и средний пальцы под прямым углом. Укажите указательным пальцем в направлении поля поток; в данном случае слева направо. Теперь поверните запястье так, чтобы средний палец указывал в направлении что ток течет в обмотке снаружи кольца. Обратите внимание, что ток течет на страницу (от вас) в левых обмотках и за пределы страницы (к себе) в правых обмотках. Теперь ваш большой палец указывает в том направлении, в котором будет двигаться обмотка.

 

Якорь в виде кольца Грамма редко используется в современных двигателях постоянного тока. Обмотки на внутренней стороне кольца экранированы от магнитного потока, что делает этот тип якоря неэффективным. неэффективный. Арматура кольца грамматики обсуждается в первую очередь для того, чтобы помочь вам лучше понять барабанную перепонку. арматура.

 

АРМАТУРА С БАРАБАННОЙ ОБМОТКОЙ

 

Якорь с барабанной обмоткой обычно используется в двигателях переменного тока. это идентична барабанной обмотке, рассмотренной в главе о генераторах постоянного тока.

 

Если арматура с барабанной обмоткой разрезать пополам, вид с торца в разрезе будет напоминать рисунок на рис. 2-7 (вид А), рис. 2-7 (вид В) представляет собой вид сбоку на якорь и полюсные наконечники. Обратите внимание, что длина каждого проводника расположена параллельно лицевые стороны полюсных наконечников. Поэтому каждый проводник якоря может отсекать максимальный поток моторного поля. Благодаря такому расположению преодолевается неэффективность каркаса кольца Грамма.

Рис. 2-7. — Арматура барабанного типа.

Направление тока отмечено на каждом проводнике на рис. 2-7 (вид А), как если бы якорь вращались в магнитном поле. Точки показывают, что ток течет к вам с левой стороны, а крестики показывают, что ток течет от вас с правой стороны.

 

Полосы изоляции вставлены в пазы, чтобы удерживать обмотки на месте при вращении якоря.Они показаны в виде клиньев на рис. 2-7. (вид А).

 

Q10. Почему каркас кольца Грамма не получил более широкого распространения?

 

Q11. В чем недостаток Кольцевая арматура преодолена в арматуре с барабанной обмоткой?

2-8

НАПРАВЛЕНИЕ ВРАЩЕНИЯ

Направление вращения двигателя постоянного тока зависит от направления магнитного поля и направления протекание тока в якоре.Если либо направление поля, либо направление тока, протекающего через якорь реверсируется, вращение двигателя будет реверсивным. Однако, если оба эти фактора меняются местами в в то же время двигатель будет продолжать вращаться в том же направлении. На практике возбуждение поля напряжение меняется на противоположное, чтобы изменить направление вращения двигателя.

 

Обычно двигатель настраивается для выполнения определенного работу, требующую фиксированного направления вращения.Однако бывают случаи, когда необходимо изменить направление вращения, например приводной двигатель орудийной башни или ракетной установки. Каждый из них должен уметь двигаться в обоих направлениях. Помните, соединения либо якоря, либо поля должны быть обратными, но не обе. В таких приложениях правильные соединения выведены на реверсивный переключатель.

 

Q12. В DC двигатель, который должен вращаться в обоих направлениях, как изменить направление?

СКОРОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ

Двигатель, скорость которого можно регулировать, называется двигателем с регулируемой скоростью; Двигатели постоянного тока — это двигатели с регулируемой скоростью.Скорость двигателя постоянного тока изменяется путем изменения тока в поле или путем изменения тока в цепи. арматура.

 

Когда ток возбуждения уменьшается, поток поля уменьшается, а встречная ЭДС уменьшается. Это позволяет более ток якоря. Поэтому двигатель разгоняется. Когда ток возбуждения увеличивается, поток поля повысился. Возникает дополнительная встречная ЭДС, противодействующая току якоря. Затем ток якоря уменьшается, и мотор тормозит.

 

Когда напряжение, подаваемое на якорь, уменьшается, ток якоря уменьшается, и двигатель снова замедляет. Когда напряжение якоря и ток увеличиваются, скорость двигателя увеличивается.

 

В шунте двигатель, скорость обычно регулируется реостатом, включенным последовательно с обмотками возбуждения

, как показано на рис. рисунок 2-8. Когда сопротивление реостата увеличивается, ток через обмотку возбуждения уменьшается.Уменьшенный поток мгновенно уменьшает встречную ЭДС. Затем двигатель ускоряется, и увеличение счетчика ЭДС поддерживает постоянный ток якоря. Аналогичным образом уменьшение сопротивления реостата увеличивает ток протекает через обмотки возбуждения и вызывает замедление двигателя.

Рис. 2-8. — Контроль скорости двигателя.

2-9

В последовательном двигателе реостатный регулятор скорости может быть подключен либо параллельно, либо последовательно с обмотки якоря.В любом случае, перемещая реостат в направлении, уменьшающем напряжение на якорь снижает ток через якорь и замедляет двигатель. Перемещение реостата в направлении, увеличивает напряжение и ток через якорь, увеличивает скорость двигателя.

 

Q13. Каково влияние на скорость двигателя при увеличении тока возбуждения?

РЕАКЦИЯ Якоря

 Вы помните, что тема реакции якоря была рассмотрена в предыдущей главе о генераторах постоянного тока.Причины реакции якоря и способы компенсации ее последствий в основном одинаковы для постоянного тока. двигатели как для генераторов постоянного тока.

 

На рис. 2-9 повторяется искажающий эффект, создаваемый полем арматуры. на поток между полюсными наконечниками. Обратите внимание, однако, что эффект сместил нейтральную плоскость назад, против направления вращения. Это отличается от генератора постоянного тока, где нейтральная плоскость смещена вперед. в направлении вращения.

Рис. 2-9. — Реакция якоря.

Как и прежде, щетки необходимо сместить в новую нейтральную плоскость. Как показано на рис. 2-9, сдвиг против часовой стрелки. Опять же, правильное положение достигается, когда нет искрения от щеток.

 

Q14. Реакция якоря в двигателе постоянного тока вызывает смещение нейтральной плоскости в какую сторону?

 

Компенсация обмотки и промежуточные полюса, еще два «старых» предмета, компенсируют реакцию якоря в двигателях постоянного тока.Перемещение кистей уменьшает искрение, но это также делает поле менее эффективным. Отмена реакции якоря устраняет необходимость переключения кисти в первую очередь.

 

Компенсационные обмотки и промежуточные полюса так же важны в двигателях, как и в генераторы. Компенсационные обмотки относительно дороги; поэтому большинство больших двигателей постоянного тока зависят от межполюсников. исправить реакцию якоря. Компенсационные обмотки в двигателях такие же, как и в генераторах.Интерполы, однако немного отличаются. Разница в том, что в генераторе интерполюс имеет ту же полярность, что и главный полюс ВПЕРЕДИ от него по направлению вращения. В двигателе промежуточный полюс имеет ту же полярность, что и основной. полюс СЛЕДУЯ за ним.

2-10

Материя, Энергия, и постоянного тока
Переменный ток и трансформаторы
Защита цепи, управление и измерение
Электрические проводники, электромонтажные работы, и схематическое чтение
Генераторы и двигатели
Электронное излучение, лампы и источники питания
Твердотельные устройства и источники питания
Усилители
Схемы генерации и формирования волн
Распространение волн, линии передачи и Антенны
Принципы работы с микроволнами
Принципы модуляции
Введение в системы счисления и логические схемы
— Введение в микроэлектронику
Принципы синхронизаторов, сервоприводов и гироскопов
Знакомство с испытательным оборудованием
Принципы радиочастотной связи
Принципы радиолокации
Справочник техника, основной глоссарий
Методы испытаний и практика
Введение в цифровые компьютеры
Магнитная запись
Введение в волоконную оптику
Примечание: Военно-морской флот Обучение электротехнике и электронике Содержание серии (NEETS) — U.S. Собственность ВМФ в общественном достоянии.

Теория двигателей постоянного тока | Принцип работы

Одной из важнейших разработок в области электричества является электродвигатель . Электродвигатель преобразует электрическую энергию во вращающуюся механическую энергию.

Двигатели используются для таких изделий, как холодильное оборудование и кондиционеры, кухонные миксеры, пылесосы, шлифовальные машины, насосы, настольные пилы, токарные станки, различные станки по дереву и металлу, а также сотни других полезных машин.

Работа двигателя постоянного тока (принцип работы)

Двигатель постоянного тока — это просто применение магнитных принципов. Вращение двигателя зависит от взаимодействия магнитных полей. Вы помните, что законы магнетизма гласят, что:

Как полюса отталкиваются друг от друга.

В отличие от полюсов притягиваются друг к другу.

или

Северный полюс отталкивает северный полюс. Южный полюс отталкивает южный полюс.

Бут

Северный и южный полюса притягиваются друг к другу.

Теория простого двигателя постоянного тока подробно описана на рисунках с 1 по 9 . Рисунки 1 и 2 схема основных частей, полей и арматуры. Рисунки 3 и 4 соедините детали двигателя. Рисунки 5 от до 9 продемонстрируют вам двигательное действие. Изучите эти фигуры.

Рисунок 1. Магнитное поле существует между северным и южным полюсами постоянного магнита.

Рис. 2. Электромагнит намотан на железный сердечник, а сердечник помещен на вал, чтобы он мог вращаться. Эта сборка называется арматурой

.

Рис. 3. Якорь помещен в постоянное магнитное поле

Рисунок 4. Концы обмотки якоря соединены с полукруглыми металлическими секциями, называемыми коммутаторами. Щетки контактируют с вращающимися секциями коллектора и питают катушку якоря от внешнего источника питания.(Напомним, что полярность электромагнитов якоря зависит от направления тока, протекающего через катушку.) К щеткам подключена батарея. Ток течет от щетки А к секции коммутатора А, через катушку к секции В и обратно к батарее через щетку В, замыкая цепь. Катушка якоря намагничена, как указано на эскизе

.

Рис. 5. Северный полюс якоря отталкивается от северного полюса магнита возбуждения.Южный полюс якоря отталкивается южным полюсом магнита возбуждения. Якорь поворачивается на четверть оборота или на 90 градусов.

Рисунок 6. Северный полюс якоря притягивается южным полюсом магнита возбуждения. Южный полюс якоря притягивается северным полюсом магнита возбуждения. Якорь поворачивается еще на четверть оборота. Теперь он превратился в половину оборота.

Рисунок 7. Поскольку секции коллектора вращаются вместе с якорем, секция B соприкасается со щеткой A, а секция A соприкасается со щеткой B.Теперь ток течет в секцию B и из секции A. Ток в якоре изменился на противоположное из-за переключения коммутатора. Реверсирование тока изменяет полярность якоря, так что разноименные полюса оказываются рядом друг с другом.

Рисунок 8. Одинаковые полюса отталкиваются, а разные полюса притягиваются. Якорь поворачивается еще на четверть оборота.

Рисунок 9 . В отличие от полюсов притягиваются друг к другу и якорь делает последнюю четверть оборота, совершая один оборот.Коллектор и щетки теперь выровнены в исходное положение, что приводит к тому, что ток в якоре снова меняется на противоположное. Якорь продолжает вращаться за счет отталкивания и притяжения. Ток меняется на противоположный каждые пол-оборота коммутатором.

Конструкция простого двигателя постоянного тока очень похожа на генератор постоянного тока . Фактически, генератор постоянного тока и двигатель часто взаимозаменяемы в использовании. В этих случаях они обозначаются как машины постоянного тока .

Чтобы сделать двигатель более мощным, постоянные магниты можно заменить электромагнитами, называемыми обмотками возбуждения . Обмотка возбуждения размещена на полюсном наконечнике из мягкого железа. Он состоит из множества витков покрытого эмалью медного провода. Как и генератор, обмотки возбуждения могут иметь независимый источник напряжения, подключенный к ним. Или обмотки возбуждения могут быть соединены последовательно или параллельно с обмотками якоря к одному источнику напряжения, см. рис. 10.

Рисунок 10 .Эскизы и принципиальные схемы соединений обмотки возбуждения. A – Двигатель с параллельным возбуждением подключен параллельно. B – Серийный двигатель с обмоткой. C – Двигатель возбуждения с независимым возбуждением.

Сборка пробного двигателя, Рисунок 11 . Подключите двигатель сначала последовательно, а затем параллельно в качестве шунтирующего двигателя. Сравните скорость и мощность двух двигателей.

Рисунок 11. Проверьте пробный двигатель с последовательным и параллельным соединением.

Практичный мотор

В промышленности двигатели изготавливаются несколько иначе, чем обсуждалось. Вращательная сила возникает из-за взаимодействия между магнитным полем вокруг проводника с током и фиксированным магнитным полем. Вокруг проводника с током существует магнитное поле. Направление поля зависит от направления тока. Когда этот проводник помещается в фиксированное магнитное поле, взаимодействие между двумя полями вызывает движение.Исследование Рисунки 12 с по 16 .

Рис. 12. Магнитное поле существует между полюсами постоянного магнита. Стрелки указывают направление поля.

Рис. 13. Проводник с током имеет магнитное поле; его направление зависит от направления тока. Используйте правило левой руки, чтобы определить направление.

Рис. 14. Поле вокруг проводника протекает с постоянным полем над проводником, но противостоит постоянному полю под проводником.Проводник будет двигаться в сторону ослабленного поля.

Рисунок 15. Ток в проводнике изменился на противоположное, что привело к изменению направления поля проводника. Теперь поле усиливается ниже проводника и ослабевает над проводником. Проводник поднимется.

Рисунок 16. Одиночный проводник заменен катушкой из проводников, намотанных в пазах сердечника якоря. Обратите внимание, как взаимодействие двух полей приводит к вращению.Сторона катушки А движется вверх, а сторона катушки В движется вниз. Вращение по часовой стрелке .

Обмотки якоря промышленных двигателей подключаются к коллекторным секциям, как и в опытном двигателе. Принцип действия аналогичен. Практический двигатель имеет несколько катушек якоря, намотанных в отдельных пазах вокруг сердечника. Каждая катушка имеет секцию коммутатора. Увеличение количества полюсов возбуждения увеличивает мощность двигателя.

Четырехполюсный двигатель показан на рис. 17 . Течение делится на четыре части.Ток, протекающий в обмотках под каждым полюсом поля, производит вращение. Затем это увеличивает мощность вращения или крутящий момент двигателя.

Рис. 17. Крутящий момент двигателя увеличивается за счет добавления катушек якоря и катушек возбуждения.

Противоэлектродвижущая сила

Когда проводник пересекает магнитное поле, в движущемся проводнике индуцируется напряжение. И хотя двигатель предназначен для преобразования электрической энергии в механическую, когда якорь начинает вращаться, двигатель также становится генератором.

Генерируемая электрическая сила, противодействующая приложенной ЭДС, называется противоэлектродвижущей силой . Противоэлектродвижущая сила часто записывается как встречная ЭДС или с-ЭДС. Это результат действия генератора двигателя. Если бы двигатель был подключен к первичному двигателю и вращался в том же направлении, что и двигатель постоянного тока, он создавал бы напряжение с противоположной полярностью. См. Рисунок 18 .

Рисунок 18. Генератор и двигатель вращаются по часовой стрелке.Генератор постоянного тока развивает полярность, противоположную полярности двигателя, при том же вращении по часовой стрелке. Это основа противо-ЭДС.

Величина ЭДС противодействия увеличивается по мере увеличения скорости вращения и напряженности поля. Следовательно:

\[\text{Счетчик ЭДС=Скорость}\!\!\times\!\!\text{ Напряженность поля }\!\!\times\!\!\text{K}\]

Где K равно некоторой константе. Эта константа будет варьироваться в разных двигателях. На него влияют такие вещи, как количество обмоток. Фактическое действующее напряжение при подаче на обмотки в якоре должно быть равно:

${{E}_{источник}}-{{E}_{счетчик}}={{E}_{арматура}}$

Ток, протекающий в обмотках якоря в любой момент времени, можно найти по закону Ома, если известно омическое сопротивление обмоток:

\[{{I}_{арматура}}=\frac{{{E}_{арматура}}}{{{R}_{арматура}}}\]

Важно отметить, что по мере замедления вращения якоря двигателя создается меньше противо-ЭДС.В результате создания меньшей противо-ЭДС будет увеличиваться ток в цепи якоря. Ток будет продолжать увеличиваться до тех пор, пока двигатель не перестанет вращаться, как это происходит при физической перегрузке.

Когда двигатель глохнет, максимальный ток в цепи якоря ограничивается только сопротивлением якоря. Это условие приводит к чрезвычайно высоким значениям тока. Двигатель постоянного тока должен быть надлежащим образом защищен от перегрузок.

Защита от перегрузки

Защита от перегрузки может быть обеспечена одним из нескольких способов.Используемый метод зависит от размера, типа и применения двигателя. Цепь питания двигателя обычно защищена предохранителем или автоматическим выключателем .

Плавкий предохранитель или автоматический выключатель обеспечивает наилучшую защиту от повреждений в результате короткого замыкания или блокировки ротора. Термин «заблокированный ротор» означает, что ротор не вращается из-за физического сопротивления, когда на двигатель подается питание.

Фактическая защита от перегрузки обычно обеспечивается термоперегрузкой.Термоперегрузочное устройство представляет собой простое храповое колесо, удерживаемое на месте металлическим сплавом, например припоем. Когда в условиях перегрузки возникает достаточный ток для плавления припоя, колесо может свободно вращаться, что приводит к размыканию цепи. Это позволяет безопасно отключить двигатель до того, как возникнет какой-либо ущерб оборудованию или персоналу. См. Рисунок 19 .

Рис. 19. Устройство защиты от перегрузки крепится к нижней части пускателя двигателя и обеспечивает защиту двигателя от перегрузки

Другим типом защиты от перегрузки является биметаллическое устройство защиты от перегрузки. Биметаллические устройства защиты от перегрузки содержат биметаллическую полосу с контактами на каждом конце. Биметаллическая полоса состоит из двух слоев, каждый из которых изготовлен из разных металлов.

Ток протекает через биметаллическую пластину и через контакты. Когда ток достигает заданного уровня, биметаллические полоски изгибаются настолько, что контакты разъединяются, размыкая цепь. Поскольку каждый из двух металлов расширяется с разной скоростью, биметаллическая полоса изгибается. Когда биметаллическая пластина остывает, она возвращается к своей первоначальной форме и снова замыкает контакты.См. Рисунок 20 .

В соответствии с Национальным электротехническим кодексом, двигатели постоянного тока мощностью более одной лошадиной силы должны быть защищены предохранителем или автоматическим выключателем, рассчитанным не более чем на 150 процентов от тока полной нагрузки. Размер проводника, питающего двигатель, должен выдерживать не менее 125 % тока полной нагрузки.

Устройство термозащиты от перегрузки рассчитано близко к максимальному номинальному току двигателя при полной нагрузке. Обычно его размер составляет от 115 до 125 процентов от тока полной нагрузки в зависимости от конкретного типа двигателя и области его применения.

Рисунок 20. Два разных металла расширяются до разной длины, вызывая обрыв цепи

Коммутация и межполюсники

При вращении якоря двигателя ток в обмотках якоря обычно меняется на противоположный. Это вызвано действием коммутатора . Однако из-за собственной индуктивности обмоток ток не меняется мгновенно. Это приводит к искрению на щетках коллектора.

Существует несколько способов предотвращения этих искр.Изменение положения кистей — один из методов. При этом методе щетки слегка перемещаются против направления вращения, а противоэдс используется для наведения предыдущего полюса. Противодействующая ЭДС противодействует самоиндукции, вызванной уменьшением тока в катушке. Искрообразование исключено.

Однако этот метод не является практическим методом предотвращения искрения в больших двигателях, используемых в условиях переменной нагрузки. Поскольку нагрузка на двигатель меняется, положение щеток необходимо менять вручную.Вместо этого более крупные двигатели используют промежуточных полюсов для уменьшения искрения. Промежуточный полюс представляет собой меньший полюс поля, расположенный посередине между основными полюсами поля, Рисунок 21 .

Интерполюс имеет ту же полярность, что и полюса главного поля, и следует за главным полюсом в направлении вращения. Межполюсники также называют коммутирующими полюсами .

Рис. 21. Промежуточные полюса уменьшают искрение на коллекторе.

При прохождении якорем промежуточного полюса возникает противоЭДС.Эта встречная ЭДС преодолевает ЭДС, вызванную самоиндукцией в обмотках якоря. Обмотки межполюсника соединены последовательно с якорем и пропускают ток якоря. Таким образом, напряженность межполюсного поля меняется при изменении нагрузки, что обеспечивает автоматическое управление искрением коллектора.

Регулировка скорости

Многие двигатели предназначены для специальных целей. Некоторые развивают полную мощность под нагрузкой, в то время как другие должны быть доведены до скорости перед приложением нагрузки.

Когда скорость двигателя определяется в задании, двигатель должен поддерживать эту скорость при различных условиях нагрузки.

Отношение скорости без нагрузки к скорости с полной нагрузкой может быть выражено в процентах от скорости с полной нагрузкой. Это называется процентов регулирования скорости . Уравнение написано:

\[\text{Процент регулирования скорости=}\frac{\text{Скорость без нагрузки-Скорость с полной нагрузкой}}{\text{Скорость с полной нагрузкой}}\text{ }\!\!\times\ !\!\текст{100 процентов}\]

Процент регулирования низкой скорости означает, что двигатель работает с относительно постоянной скоростью, независимо от приложенной нагрузки.

Строительство машин постоянного тока — Inst Tools

Машины постоянного тока являются устройствами передачи энергии. Эти машины могут работать как двигатель или генератор. Двигатели постоянного тока и генераторы имеют одинаковую базовую конструкцию, отличаясь, прежде всего, преобразованием энергии. Чтобы лучше понять работу и конструкцию машин постоянного тока, необходимо понять несколько основных терминов.

Компоненты машины постоянного тока:

  1. Арматура
  2. Ротор
  3. Статор
  4. Поле

Рисунок 2: Базовая машина постоянного тока

Арматура

Якорь предназначен для преобразования энергии в машине постоянного тока (см. рис. 2).

В генераторе постоянного тока якорь вращается под действием внешней механической силы, такой как паровая турбина. Это вращение индуцирует напряжение и ток в якоре. Таким образом, якорь преобразует механическую энергию в электрическую.

В двигателе постоянного тока якорь получает напряжение от внешнего источника электроэнергии и преобразует электрическую энергию в механическую в виде крутящего момента.

Ротор

Ротор предназначен для обеспечения вращающегося элемента в машине постоянного тока (см. рис. 2).В генераторе постоянного тока ротор — это компонент, который вращается под действием внешней силы. В двигателе постоянного тока ротор является компонентом, который вращает часть оборудования. В обоих типах машин постоянного тока якорем является ротор.

Статор

Статор — это неподвижная часть двигателя или генератора (см. рис. 2). В машинах постоянного тока целью статора является создание магнитного поля. Статор на рис. 2 снабжен постоянным магнитом.

Поле

Целью поля в машине постоянного тока является создание магнитного поля для создания либо напряжения (генератор), либо крутящего момента (двигатель) (см. рис. 2).Поле в машине постоянного тока создается либо постоянным магнитом, либо электромагнитом. Обычно используются электромагниты, потому что они имеют повышенную магнитную силу, а магнитную силу легче изменять с помощью внешних устройств. На рис. 2 поле создается статором.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.