Тема 1.7. Машины постоянного тока

Устройство электрических машин постоянного тока, основные элементы конструкции и их назначение. Обратимость машин. Принцип работы машины постоянного тока Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением, его схема включения в сеть и внешняя характеристика.

Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением, его схема включения в сеть. Пуск двигателя, роль пускового и регулировочного реостата. Механическая характеристика двигателя. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока с параллельным возбуждением. Реверсирование двигателей постоянного тока. Применение машин постоянного тока

Методические указания

Машины постоянного тока подразделяются на генераторы и двигатели. В генераторе происходит преобразование механической энергии в электрическую; в двигателе происходит преобразование электрической энергии в механическую. Учитывая принцип обратимости электрических машин, одну и ту же машину можно использовать как в качестве генератора, так и в качестве двигателя.

Электродвигатели постоянного тока могут развивать большой пусковой момент, позволяют плавно регулировать частоту вращения в широких пределах. Поэтому их применяют в качестве тяговых двигателей на всех видах электрического транспорта, в подъемных устройствах, в автоматизированных приводах сложных агрегатов. В автоматике машины постоянного тока применяют в качестве исполнительных устройств, преобразователей сигналов, измерителей скорости.

Конструкция машины постоянного тока в основном такая же, как и других электрических машин. Она имеет неподвижную часть – статор (индуктор), который состоит из станины, магнитных полюсов, подшипниковых щитов и подшипников. Внутри статора находится ротор (якорь), состоящий из сердечника якоря, коллектора, вала ротора и вентилятора. Опорой ротора служат подшипники, укрепленные в боковых щитах. Станина является несущей частью машины, на которой размещаются все остальные детали. Изнутри к станине крепятся главные полюсы. Полюс состоит из сердечника, полюсного наконечника и обмотки возбуждения. При протекании постоянного тока по обмотке возбуждения создается основной магнитный поток машины. Важнейшей частью машин постоянного тока является коллектор, собираемый на оправке из медных пластин, и изолированных друг от друга миканитом. В генераторе коллектор служит для выпрямления переменного тока, наводимого в обмотке коря при его вращении; в двигателе постоянного тока с помощью коллектора ток определенного направления из сети поступает в ту часть обмотки якоря, которая в данный момент находится под полюсом, при этом обеспечивается непрерывное вращение якоря.

Для работы генератора необходим возбуждающий ЭДС магнитный поток. Он может быть создан или постоянными магнитами или электромагнитным путем.

Генераторы с возбуждением постоянными магнитами (у которых полюсы постоянные магниты) называются магнитоэлектрическими.

В генераторах с электромагнитным возбуждением магнитный поток создается за счет тока возбуждения, протекающего по обмотке возбуждения. Различают генераторы с независимым возбуждением, в которых обмотка возбуждения получает питание от постороннего источника энергии постоянного тока и генераторы с самовозбуждением, в которых питание обмотки возбуждения производится от самого генератора.

Генераторы с самовозбуждением в свою очередь подразделяются на: 1) генераторы параллельного возбуждения (шунтовые), у которых обмотка возбуждения присоединена параллельно обмотке якоря; 2) генераторы последовательного возбуждения (сериесные), у которых обмотка возбуждения присоединена последовательно обмотке якоря; 3) генераторы смешанного возбуждения (компаундные), имеющие две обмотки возбуждения: одну включенную параллельно обмотке якоря, а другую – последовательно.

На практике получили распространение двигатели постоянного тока как параллельного возбуждения, так и последовательного.

При непосредственном включении двигателя постоянного тока в сеть на номинальное напряжение его пусковой ток оказывается в 10-15 раз больше номинального, так как сопротивления якоря относительно мало.

Из-за больших пусковых токов, способных повредить обмотку якоря, коллектор и щетки, пуск двигателя постоянного тока прямым включением в сеть допустим только для двигателей малой мощности (менее 500 Вт), у которых более значительны сопротивления якоря, ограничивающие пусковой ток. Для пуска более мощных двигателей применяют пусковой реостат, который включают последовательно обмотке якоря и обычно выполняют ступенчатым. Ограничение пусковых токов двигателя можно осуществить также путем снижения напряжения. Этот способ находит все более широкое применение на практике. Для питания электродвигателей применяют управляемые выпрямители на тиристорах с регулируемым выходным напряжением.

Вопросы для самоконтроля

1. Каково назначение основных частей машины постоянного тока?
2. Поясните назначение коллектора.
3. Начертите схему генератора независимого возбуждения.
4. какие виды схем для генераторов с самовозбуждением Вы знаете? Изобразите их.
5. Поясните принцип самовозбуждения машины постоянного тока. В каких случаях машина может не возбудиться?
6. Поясните принцип действия электродвигателя постоянного тока. Каково назначение коллектора у двигателя?
7. Начертите и объясните механическую характеристику двигателя с параллельным возбуждением.
8. Перечислите способы регулирования частоты вращения двигателя с параллельным возбуждением. Какой способ применяется наиболее часто?
9. Что называется скоростной характеристикой?

Литература: [1] §9.1-9.12