Будова та принцип роботи машини постійного струму

Електричні машини постійного струму. (№8)

Призначення машин постійного струму.

Електричними машинами названо пристрої, призначені для перетворення механічної

енергії в електричну або електричну в механічну. В першому випадку вони називають-

ся генераторами, а в другому – двигунами.

Електричні машини постійного струму знаходять застосування на електричних заліз-

них дорогах, в установках для електролізу, для шахтних підйомників та прокатних станів, а також для механізмів, що потребують широке застосування регулювання швидкості.

Будова та принцип роботи машини постійного струму.

На мал.1 показано схему будови машини постійного струму із однією парою полюсів

Машина складається із двох основних частин: нерухомої та рухомої.

Перша із них – стальна стані-

на а із двома виступаючими

полюсами N і S, на які накла-

дано обмотку збудження бб.

Друга – якір в із колектором г, який закріплено на валу ма-

шини. Якір являє собою сталь-

ний циліндричний сердечник, на якому закріплено активні

мал.1 мал.2 провідники а,п. Із передньої і задньої торцевої сторін циліндра активні провідника якоря з’єднано так, що утворюють замкнену обмотку, схему якої показано на мал.2. Колектор г складається із ізольованих одна від другої мідних пластин, які з’єднано із передніми торцевими з'єднувальними

провідниками обмотки якоря. На колектор накладено дві нерухомі щітки д, до яких підключено зовнішнє коло. Щітки розділяють обмотку якоря на дві рівні частини, які по відношенню до зовнішнього кола утворюють дві паралельні вітки.

При проходженні постійного струму ( струму збудження ) по обмотці збудження бб утворюється ( збуджується ) магнітний потік, який замикається через полюси, якір та станіну. Дві магнітні лінії цього потоку показано на мал.1 пунктиром.

При обертанні якоря первинним двигуном (наприклад, двигуном внутрішнього згорання) активні провідники обмотки якоря будуть рухатись з постійною швидкістю у магнітному полі, і в них буде наводитись Е.Р.С.

Обмотка якоря виконана так, що Е.Р.С., наведена в окремих провідниках кожної із паралельних віток, мають однаковий напрямок (див. стрілки на мал.2). Активні провідники, що утворюють кожну із паралельних віток, обертаються в одному і тому ж магнітному полі. При обертанні якоря, не дивлячись на неперервний перехід окремих

провідників із однієї паралельної вітки в іншу, число послідовно з’єднаних провідників

у кожній із віток залишається практично незмінним. Тому результуюча Е.Р.С. між щітками, рівна сумі Е.Р.С. активних провідників кожної із паралельних віток, буде постійною.

Якщо зовнішнє коло, яке приєднано до щіток, буде мати постійний опір r, то в ньому під дією Е.Р.С. якоря проходить постійний струм: ,(1) що співпадає за на-

прямком із напрямком Е.Р.С.

Із виразу (1) слідує, що Е.Р.С. машини: .(2) буде рівне сумі напруг на клемах генератора та внутрішнього спаду напруг у якорі.

мал.3 мал.4

Так як активні провідники якоря знаходяться у магнітному полі машини, то на них будуть діяти електромагнітні сили, збігається момент сили відносно осі обертання яко-

ря. При вказаному на мал.3 напрямку обертання якоря і напрямку обертання магнітно-

го поля, використовується правило правої руки, неважко визначити напрямок Е.Р.С.,і струму в провідниках якоря, а потім користуючись правилом лівої руки, визначити напрям електромагнітної сили і моменту сил. Таким чином, можна переконатись, що момент сил буде напрямлений в сторону, протилежну напрямку обертання якоря, тоб-

то, він буде гальмівним моментом. Для обертання якоря з постійною швидкістю необ-

хідно, щоб первинний двигун розвивав рівний і протилежно напрямлений момент – момент обертання. При цьому первинний двигун повинен затрачати певну механічну енергію, яка в розглянутому електромагнітному процесі перетворюється в електричну енергію.

Характерним для роботи електричної машини в режимі генератора являється те, що Е.Р.С., наведена в якорі, як слідує із рівняння (2), більше напруги на його клемах, тоб-

то Е .

Тепер припустимо, що машина з’єднана механічно з яким-небудь станком. По об-

мотці збудження машини, проходить постійний струм, і в машині збуджується магніт-

ний потік. Якщо щітки машини з’єднано із електричною мережею постійного струму (мал.4), то в обмотці якоря машини буде проходити струм . Так, як провідники якоря знаходяться в магнітному полі, то на них будуть діяти електромагнітні сили, а відповідно, і момент сил відносно якоря. Для вказаного на мал.4 напрямку струму в активних провідниках можна за правилом лівої руки визначити напрямок електромаг-

нітних сил і напрямок моменту, який тепер названо обертовим.

Під дією обертового моменту якоря, машини і з’єднаний з машиною вал станка буде обертатись. Для обертання якоря з остійною швидкістю необхідно, щоб електрична машина розвивала обертовий момент, рівний і протилежний напрямку гальмівного моменту навантаження. При цьому електрична машина повинна отримувати із мережі електричну енергію, яка і перетворюється в механічну. Дійсно, при обертанні якоря машини в магнітному полів активних провідниках його обмотки буде індукуватись

Е.Р.С., напрям якої протилежний напрямку струму в якорі. Інакше кажучи, наведена Е.Р.С. буде виявлятись як проти – Е.Р.С. Таким чином, струм в якорі електродвигуна:

(3) а проти – Е.Р.С.: (4).

Характерним для роботи машини в режимі двигуна являється те, що Е.Р.С., наведена в якорі згідно (4), менше напруги на його клемах: Е . Узагальнюючи розглянуті процеси, прийдемо до висновку, що одна і таж машина постійного струму може працю

вати і в якості генератора і в якості двигуна.

Поиск по сайту: