Silnik prądu stałego z prądu przemiennego. Silnik prądu stałego jest

Jeśli interesują Cię szczegóły, to zasada działania silnika prąd stały szczegółowo opisane na wielu stronach, a nawet z formułami. Postanowiliśmy porozmawiać nie tylko o tym, ale także o niektórych funkcjach, które nie są tak powszechnie znane.

Kilka słów o maszynach prądu stałego

Została ona uzyskana przed zmienną i od momentu jej pojawienia się rozpoczęły się eksperymenty nad tym, do czego ta bestia może być użyta. Związek między prądem, polem magnetycznym i rotacją został ustalony dość szybko. Zaczęło się od tego, że Faraday umieścił magnes w uzwojeniu z przewodami i odkrył pojawienie się prądu. Potem odkrył, że jeśli najpierw umieścisz magnes wewnątrz cewki, a następnie przyłożysz prąd, magnes wypchnie. Lub wręcz przeciwnie, zostanie wciągnięty do środka. To jest zasada działania maszyny prądu stałego - wykorzystanie interakcji pole magnetyczne i elektryczność. A teraz zwróćmy uwagę na to, że jeśli „szturchamy” magnes, dostaniemy prąd, a jeśli dostarczymy prąd, to magnes „wypchniemy”. Oznacza to, że maszyny prądu stałego, których urządzenie i zasadę działania rozważamy, są właśnie maszynami. Oznacza to, że silnik jest również generatorem, innymi słowy są to maszyny do odwracalnej konwersji energii mechanicznej na energię elektryczną (prąd). Magnes ma dwa bieguny, prąd plus i minus. Oddziaływanie magnesu i prądu w tym przypadku jest zgodne ze złożonymi prawami, ale jeśli interesuje nas obrót (a ruchy powrotne translacyjne są rzadko potrzebne w technologii), możemy uzyskać tylko jeden kierunek - zgodnie z ruchem wskazówek zegara względem biegunowości magnesów i kierunek prądu. To dobrze znana „zasada świdra”, czyli „zasada lewej ręki”. Możemy łatwo zmienić biegunowość prądu uzwojenia zamieniając dwa przewody, ale nie możemy zmienić biegunów magnesu i po prostu spalić silnik. Dla odniesienia możesz spojrzeć na zasadę „prawej ręki”. W elektrotechnice jest coś takiego, dotyczy to również maszyn prądu stałego, ale w zakresie wytwarzania energii.

Sam obrót wału następuje w następujący sposób. Wewnątrz pola magnetycznego znajduje się wirnik z wałem, na którym znajduje się cewka. Przyłożony prąd indukuje pole magnetyczne. Magnesy przyciągają różnymi biegunami i odpychają tymi samymi biegunami. Magnesy zewnętrzne „odpychają” elektromagnesy wirnika, które zostały uruchomione, zmuszając je do „odpychania” przez cały czas, gdy jest prąd, co prowadzi do obrotu wału.


Taka jest zasada działania silnika prądu stałego, wszystko inne to detale i szczegóły techniczne.

Cechy urządzenia z silnikiem prądu stałego

Oczywiście teoretycznie zasada działania maszyny prądu stałego jest jasna, ale dociekliwy czytelnik od razu zapyta – jak zacznie się obracać wirnik, jeśli znajdzie się wewnątrz dwubiegunowego magnesu? Takie pytanie jest nieuniknione i aby na nie odpowiedzieć, będziesz musiał dokładnie rozważyć projekt silnika prądu stałego. Swoją drogą pewna wiedza przyda się do zrozumienia działania silników prąd przemienny.

Zacznijmy od listy trudności, z jakimi borykali się wcześni twórcy DPT.

  1. Dostępność dwa martwe punkty, których samodzielne uruchomienie nie jest możliwe. (Te same dwa bieguny magnesów).
  2. Zbyt słabe odpychanie magnetyczne przy niskim prądzie. Lub silny opór obrotowy uniemożliwiający rozruch.
  3. Zatrzymanie wirnika po jednym obrocie. Nie obrót, a kołysanie tam i z powrotem, bo po przejściu połowy koła „magnes” wirnika nie był odpychany, ale przyciągany, to znaczy nie przyspieszał obrotu, ale go spowalniał.

Były materiały i kilka drobiazgów, takich jak realizacja zasady odwracalnej maszyny elektrycznej.

Jako pierwsze zwyciężyły „martwe punkty”, wykorzystujące nie dwa, ale trzy lub więcej magnesów. Trzy zęby na wirniku eliminują martwe punkty, jeden jest zawsze w polu magnetycznym, a silnik można uruchomić z dowolnej pozycji wirnika.

Udało nam się przezwyciężyć problem przyspieszania i zwalniania, stosując zasadę działania maszyny prądu stałego - łatwość przełączania między plusem i minusem przy zachowaniu prądu. Innymi słowy, w pierwszej połowie obrotu po uruchomieniu wirnik zaczyna się od biegunowości prądu: w górnym punkcie plus, na dole minus. Gdy tylko górny punkt zajmie dolną pozycję, polaryzacja punktów zmienia się na minus - plus, a "odpychanie - przyspieszenie" trwa do końca obrotu, po czym cykl się powtarza, a hamowanie jest wykluczone. Taki mechanizm nazywa się kolektor. Same szczotki silnika elektrycznego, które zapewniają przenoszenie prądu ze stałego kontaktu na obracający się wał. A co za przedstawienie! Ze zmianą znaku na wirniku 2 razy na obrót. Oblicz ile musi pracować kolektor jeśli silnik ma 2000 obr/min.

Kolektor jest najtrudniejszą częścią przy projektowaniu silnika prądu stałego, ponieważ umożliwia odwrotną konwersję obrotów na prąd. Głównym przedmiotem eksploatacyjnym są pędzle. Po zakupie nowe urządzenie z silnikiem elektrycznym, upewnij się, że masz zapasowy. Nie bądź leniwy, póki urządzenie jest nowe, kup jeszcze kilka zestawów.

Złożoność kolektora pozwala wizualnie określić jego stan i prawidłowe działanie iskry. To naprawdę źle, gdy iskry (a kolektor to nic innego jak przełącznik stykowy) tworzą pierścień - „ogień dookoła”. Oznacza to, że silnik nie wytrzyma długo. Chociaż walka z iskrami toczy się z różnym powodzeniem, nie można jej całkowicie pokonać, ale udało się wydłużyć żywotność DPT.

Jeśli wydawało Ci się, że zapomnieliśmy o słabych prądach podczas rozruchu, po natychmiastowym rozważeniu trzeciego problemu, to się mylisz. Problem z uruchomieniem okazał się na tyle skomplikowany, że rozważymy go osobno.

Prądy rozruchowe silników prądu stałego

Tak więc zasada działania silnika prądu stałego jest jasna, zapewniliśmy samoczynne uruchamianie, wyeliminowaliśmy hamowanie sektorowe na odwrotnych biegunach magnetycznych, pozostaje go włączyć. Ale oto problem. Wirnik nadal się nie obraca, chociaż wszystko jest w porządku. Faktem jest, że kiedy finalizowaliśmy nasz silnik, wirnik stał się cięższy, ma koła zamachowe i tak dalej, a prąd po prostu nie wystarcza, aby magnesy mogły „obrócić” wirnik. "Co to do diabła łobuz!" (c) dociekliwy eksperymentator wykrzyknie i po prostu zwiększy prąd. I wiesz, silnik naprawdę się zakręci. Z kilkoma jeśli :

  • Jeśli uzwojenia się nie wypali (druty w cewce);
  • Jeśli prąd wytrzyma;
  • Jeśli sektory przełączające nie spawają się na kolektorze podczas takiego startu itp.

Dlatego prosty wzrost prąd rozruchowy został szybko uznany za złą decyzję. Nawiasem mówiąc, nie wspomnieliśmy jeszcze o głównej przewadze silników prądu stałego nad silnikami prądu przemiennego - to jest bezpośrednie przenoszenie momentu obrotowego, od początku. Mówiąc najprościej, od momentu rozpoczęcia obrotu wał DCT może „obrócić” wszystko, pokonując znaczny opór, który jest poza zasięgiem silników prądu przemiennego.

Ta zaleta stała się piętą achillesową DPT. Sama zasada działania maszyny prądu stałego wydawała się nie pozwalać na arbitralną zmianę prądu rozruchowego z jednej strony. Z drugiej strony próby podania wysokiego prądu do rozruchu i zmniejszenia go po rozruchu wymagały automatyzacji. Początkowo używano starterów i starterów, zwłaszcza w przypadku DPT o dużej mocy, ale była to ślepa gałąź rozwoju. Odmowa płynna regulacja prąd rozruchowy pozwolił tu znaleźć rozsądny kompromis. Właściwie teraz wygląda to jak uruchomienie silnika, jak przyspieszenie samochodu. Ruszamy dalej 1. bieg, potem skręcamy na 2., 3. i teraz pędzimy autostradą z 4. prędkością. Tylko w tym przypadku „transmisje”, czyli prądy, przełączniki automatyczny rozrusznik. Cała ta elektrotechnika rozwiązuje jednocześnie dwa problemy - płynny start DPT bez przeciążeń i z zachowaniem nienaruszonej sieci energetycznej (zasilania silnika). Podobnie jak zasada działania silnika prądu stałego, automatyzacja ta opiera się na bezpośrednia konwersja. Płynnie prąd wzrasta do wartości początkowej, jako bilans prądu wejściowego i prądów na uzwojeniach przed rozpoczęciem obrotu. Po rozpoczęciu obrotu siła prądu gwałtownie spada i ponownie wzrasta „dostosowując obrót wału”, i tak dalej 2-3 razy.


Tym samym uruchomienie przestało być „gładkie”, ale stało się bezpieczne dla wszystkich. Najważniejszą rzeczą, która została uratowana dzięki takiemu schematowi, a dziś jest najczęstsza, główną zaletą jest moment obrotowy. Jednocześnie konstrukcja niezawodnego silnika prądu stałego stała się prostsza, moc wzrosła, a prądy rozruchowe, choć nadal są bolączką dla tej klasy silników, przestały być krytyczne dla mechanizmów.

Aplikacje dla silników prądu stałego

Silniki prądu stałego, a także maszyny prądu stałego, których urządzenie i zasadę działania rozważaliśmy, są stosowane tam, gdzie niepraktyczne jest stosowanie stałego połączenia z siecią (dobrym przykładem jest rozrusznik samochodowy, który jest silnikiem prądu stałego), gdzie takie połączenie jest niemożliwe (np. zabawki z silnikami dla dzieci) lub tam, gdzie nawet takie połączenie nie wystarcza. Na przykład transport kolejowy, który wydaje się być podłączony do sieci prądu przemiennego, ale wymagane momenty obrotowe są takie, że można używać tylko silników prądu stałego, których zasady się nie zmieniły. I faktycznie, w ostatnich latach zakres nie został zmniejszony, a jedynie zwiększony. Jak większa pojemność akumulator, tym dłużej taki silnik będzie pracował autonomicznie. Im mniejsze wymiary, tym większy przyrost mocy.


gospodarka- to kwestia przyszłości, o ile nie ma nic specjalnego do zapisania i nie padło pytanie, o tyle silniki zmienne będą prostsze. Ale nie będą w stanie usunąć DPT. Takie są one - DPT, czyli maszyny prądu stałego, których urządzenie i zasadę badaliśmy w klasach 6-8, ale zapomnieliśmy o tym dawno temu.

W tych napędach, w których wymagany jest szeroki zakres regulacji prędkości, stosuje się silnik elektryczny prądu stałego. Pozwala z dużą dokładnością utrzymywać prędkość obrotową i dokonywać niezbędnych korekt.

Urządzenie silników prądu stałego

Działanie tego typu silnika opiera się na. Jeśli przewodnik, przez który płynie prąd elektryczny, zostanie umieszczony w polu magnetycznym, to zgodnie z nim zadziała na niego pewna siła.

Kiedy przewodnik przecina magnetyczne linie siły, jest prowadzony siła elektromotoryczna skierowany w kierunku przeciwnym do przepływu prądu. Rezultatem jest luz. Trwa przemiana energia elektryczna na mechaniczny z jednoczesnym nagrzewaniem przewodu.

Cała konstrukcja urządzenia składa się z twornika i cewki indukcyjnej, pomiędzy którymi znajduje się szczelina powietrzna. Cewka indukcyjna wytwarza stałe pole magnetyczne i zawiera bieguny główne i dodatkowe zamocowane na ramie. Uzwojenia wzbudzenia znajdują się na głównych biegunach i wytwarzają pole magnetyczne. Dodatkowe bieguny zawierają specjalne uzwojenie, które poprawia warunki przełączania.


Armatura zawiera system magnetyczny. Ją podstawowe elementy to uzwojenie robocze, umieszczone w rowkach, oddzielne blachy i kolektor, za pomocą którego do uzwojenia roboczego doprowadzany jest prąd stały.

Kolektor wykonany jest w formie walca i montowany na wale silnika. Końce uzwojenia kotwicy są przylutowane do jego występów. Prąd elektryczny jest usuwany z kolektora za pomocą szczotek zamocowanych w specjalnych uchwytach i zamocowanych w określonej pozycji.

Podstawowe procesy: rozruch i hamowanie

Każdy silnik prądu stałego wykonuje dwa główne procesy, rozruch i hamowanie. Na samym początku rozruchu zwora znajduje się w stanie stacjonarnym, napięcie i siła przeciwna do pola elektromagnetycznego są równe zeru. Przy niewielkiej rezystancji twornika wartość prądu rozruchowego przekracza wartość nominalną około 10 razy. Aby uniknąć przegrzania uzwojenia twornika podczas rozruchu, stosuje się specjalne reostaty rozruchowe. Przy mocy silnika do 1 kilowata przeprowadzany jest bezpośredni rozruch.

Istnieje kilka metod hamowania stosowanych w silnikach prądu stałego. Podczas hamowania dynamicznego następuje zwarcie uzwojenia twornika lub za pomocą rezystorów. Ta metoda zapewnia najdokładniejsze zatrzymanie. Hamowanie regeneracyjne jest najbardziej ekonomiczne. Tutaj następuje zmiana kierunku EMF na przeciwny.

Hamowanie wsteczne odbywa się poprzez zmianę polaryzacji prądu i napięcia w uzwojeniu twornika, co pozwala na wytworzenie skutecznego momentu hamowania.

Jak działa silnik prądu stałego

pojawia się iskra. Zmniejsza to niezawodność maszyn i ogranicza ich zakres.

Istotną wadą DPT jest konieczność ich wstępnej transformacji. energia elektryczna prąd przemienny na energię elektryczną prądu stałego.

13.2. Urządzenie i zasada działania silników prądu stałego

Silniki prądu stałego składają się z trzech głównych części:

– część stała to łóżko z induktorem;

– część obrotowa - kotwica;

– kolektor zamontowany na wale twornika i obracający się z nim.

Induktor - system nieruchomych elektromagnesów (biegunów) zainstalowanych na obwodzie na ramie maszyny, składający się z rdzeni, nabiegunników niezbędnych do wytworzenia wymaganego rozkładu strumienia magnetycznego i uzwojeń,

zwane uzwojeniami wzbudzenia.

Rdzenie i nabiegunniki wykonane są z blachy elektrotechnicznej.

Łoże - odlewane lub spawane - wykonane jest z żeliwa lub stali, na nim montuje się słupy i tarcze łożyskowe, w których osadzone są łożyska wału twornika. Łoże jest jednocześnie jarzmem maszyny, zapewniając zamknięcie obwodu magnetycznego.

Celem cewki indukcyjnej jest wytworzenie strumienia magnetycznego, gdy prąd przepływa przez uzwojenie pola.

Armatura składa się z rdzenia zębatego i ułożonych uzwojeń

w rowki rdzenia, które nazywane sąuzwojenia kotwiczne. Rdzeń twornika wykonany jest z blachy elektrycznej

stal (grubość 0,5 mm), z której wytłoczone są krążki z rowkami. Dyski pokryte są lakierem izolacyjnym w celu zmniejszenia strat prądów wirowych.

Uzwojenia tworników to sekcje w postaci cewek wykonanych z izolacji kabel miedziany.

Schematy uzwojenia to pętla lub fala, cewki można łączyć szeregowo i równolegle. Proste uzwojenie pętli ma dwubiegunowe maszyny o małej mocy

(do 1 kW) i maszyn o mocy powyżej 500 kW; proste uzwojenie falowe jest stosowane w maszynach o małych i średnia moc(do 500 kW) przy napięciu 110 V i wyższym.

Zadaniem twornika jest wytworzenie momentu elektromagnetycznego poprzez oddziaływanie prądu w uzwojeniu twornika z polem magnetycznym biegunów wytworzonym przez prąd wzbudzenia.

Kolektor jest pustym cylindrem składającym się z miedzianych płytek w kształcie klina (w formie „jaskółczego ogona”), odizolowanych od siebie i od korpusu. Płyty kolektora są również odizolowane od wału maszyny.

Zmontowany kolektor jest zamontowany na wale twornika. Początki i końce sekcji uzwojenia umieszczone w rowkach twornika są przylutowane do płyt kolektora.

Na kolektorze zamontowane są stałe szczotki elektrografitowe. Obracające się uzwojenie twornika jest połączone z obwodem zewnętrznym poprzez styk ślizgowy pomiędzy szczotkami a komutatorem.

Szczotki dzielą zamknięte uzwojenie twornika na równoległe gałęzie, liczba równoległych gałęzi jest równa liczbie szczotek, a zatem EMF na szczotkach (EMF maszyny) jest równy EMF jednej równoległej gałęzi.

Kolektor jest konwerterem elektromechanicznym i zapewnia wytworzenie stałej momentu obrotowego w kierunku (dla silników) poprzez zmianę kierunku prądu w przewodach uzwojenia twornika poruszającego się ze strefy jednego bieguna

w obszar innego.

W W generatorach kolektor zapewnia rektyfikację zmiennej siły elektromotorycznej indukowanej w uzwojeniu wirującego twornika.

Oznaczenie DPT włączone schematy elektryczne a zasadę jego działania pokazano na ryc. 97a,b.

K EM

Napięcie ze źródła prądu stałego jest doprowadzane do zacisków nieruchomego twornika. Niech kierunek prądu w tworniku Ja I będzie taki, jak pokazano na ryc. 97b.

W uzwojenie wzbudzenia znajdujący się na biegunach cewki indukcyjnej jest również zasilany prądem stałym, który wytwarza pole magnetyczne penetrujące twornik. Jeśli bieguny cewki indukcyjnej są wykonane twardy materiał magnetyczny wtedy może nie być na nich uzwojenia wzbudzenia, pole magnetyczne nadal będzie wytwarzane przez przeciwnie namagnesowane bieguny (N i S).

W wyniku oddziaływania pola magnetycznego biegunów i prądu twornika powstają siły elektromagnetyczne F EM, które wytwarzają moment obrotowy

M C F I ,

gdzie C m jest współczynnikiem proporcjonalności; F jest przepływem wzbudzenia DPT, Ja Ja jest prądem twornika DPT.

W tworniku DPT obracającym się w polu magnetycznym indukowana jest siła elektromotoryczna, która jest przeciwna do kierunku prądu twornika, dlatego ta EMF jest wywoływana z powrotem lub przeciw EMF

E CE F n,

gdzie C E jest współczynnikiem proporcjonalności; Ф – przepływ wzbudzenia DPT, n – częstotliwość rotacji DPT.

Podstawowe równanie silnika

Uc \u003d E + Iya Rya,

gdzie U s to napięcie sieciowe, I i to prąd twornika, R i to rezystancja uzwojenia twornika.

Skąd pochodzi prąd twornika?

Ja ja Uń R i E.

Podstawiając wartość E do tego wyrażenia, otrzymujemy prędkość silnika prądu stałego:

Uc

I

C EF

Z tego wyrażenia widać, że prędkość obrotowa DCT zależy od wielkości napięcia wejściowego, prądu wzbudzenia (strumienia

Ф I c ), wytrzymałość łańcucha kotwicy R i oraz obciążenie wału I i .

13.3. Rodzaje silników prądu stałego

Zgodnie z metodą łączenia uzwojenia wzbudzenia i uzwojenia twornika DCT dzielą się na następujące typy:

– DPT z niezależnym wzbudzeniem (ryc. 98, a);

– DPT z sekwencyjnym wzbudzeniem (ryc. 98, b);

– DPT z równoległym wzbudzeniem (ryc. 98, c);

– DPT z mieszanym wzbudzeniem (ryc. 98, d).

Na DPT z niezależnym wzbudzeniemuzwojenie wzbudzenia a uzwojenie twornika jest zasilane przez różne źródła. Uzwojenie wzbudzenia jest oznaczone: H1 - H2 (ryc. 98, a).

Silniki dużej mocy są zwykle wykonywane z niezależnym wzbudzeniem.

Na Podłączone uzwojenie wzbudzenia serii DCTsukcesywnie do uzwojenia twornika nazywa się szeregowym (C1 - C2, ryc. 98, b).

Na silniki ze wzbudzeniem szeregowym, moment pod obciążeniem wzrasta bardziej niż w przypadku silników ze wzbudzeniem równoległym,podczas gdy prędkość silnika jest zmniejszona. Ta właściwość determinuje szerokie zastosowanie DPT w lokomotywach elektrycznych do budowy maszyn, transporcie miejskim.

Niedopuszczalne jest jednak uruchamianie silnika z szeregowym wzbudzeniem bez obciążenia, ponieważ prędkość obrotowa silnika może przekroczyć dopuszczalną częstotliwość, a to może doprowadzić do wypadku – silnik pracuje „niesprawny”.

Na DCT z podłączonym równoległym uzwojeniem wzbudzenia równolegle do uzwojenia twornika, zwanego bocznikiem

(W1 - W2, rys. 98, c).


Silniki z równoległym wzbudzeniem zapewniają stabilną prędkość przy różnych obciążeniach oraz możliwość płynnej regulacji tej prędkości. Dlatego DCT z równoległym wzbudzeniem są wykorzystywane do napędu elektrycznego, który wymaga stałej prędkości przy różnych obciążeniach.

oraz płynna, szeroka regulacja tego. Z1

DCT z mieszanym wzbudzeniem mają najwyższy moment rozruchowy i są używane tam, gdzie wymagane są znaczne momenty rozruchowe lub możliwe są krótkotrwałe przeciążenia i duże przyspieszenia – na przykład do uruchamiania sprężarek.

W zależności od wymagań uzwojenia wzbudzenia równoległego i szeregowego można łączyć „zgodnie” lub „przeciwnie”. Przy włączeniu „spółgłoski” strumienie magnetyczne uzwojeń są skierowane w ten sam sposób i sumują się, z „licznikiem” - są odejmowane.

Jak wiecie, silnik prądu stałego to urządzenie, które za pomocą dwóch głównych części konstrukcyjnych może przekształcać energię elektryczną w energię mechaniczną. Te kluczowe szczegóły obejmują:

  1. stojan - stała / statyczna część silnika, w której znajdują się uzwojenia wzbudzenia, do których dostarczana jest moc;
  2. rotor - obracająca się część silnika, która odpowiada za obrót mechaniczny.

Oprócz wyżej wymienionych głównych części konstrukcji silnika prądu stałego, istnieją również części pomocnicze, takie jak:

  1. kołnierz;
  2. słupy;
  3. uzwojenie wzbudzenia;
  4. uzwojenie twornika;
  5. kolektor;
  6. pędzle.

Wszystkie te części tworzą razem integralną konstrukcję silnika prądu stałego. A teraz przyjrzyjmy się bliżej głównym częściom silnika elektrycznego.

Jarzmo silnika prądu stałego, wykonane głównie z żeliwa lub stali, jest integralną częścią stojana lub statyczną częścią silnika. Jego główna funkcja polega na uformowaniu specjalnej powłoki ochronnej dla cieńszych części wewnętrznych silnika, a także zapewnieniu podparcia dla uzwojenia twornika. Ponadto jarzmo służy jako osłona biegunów magnetycznych i uzwojenia pola silnika prądu stałego, zapewniając w ten sposób wsparcie dla całego układu wzbudzenia.

bieguny

Bieguny magnetyczne silnika prądu stałego to części korpusu przykręcone do wewnętrznej ściany stojana. Konstrukcja biegunów magnetycznych składa się w zasadzie tylko z dwóch części, a mianowicie rdzenia bieguna i końcówki bieguna, które są połączone ze sobą pod wpływem ciśnienia hydraulicznego i przymocowane do stojana.

Wideo: Projekt i montaż silnika prądu stałego

Niezależnie od tego obie części służą różnym celom. Na przykład rdzeń bieguna ma niewielką powierzchnię Przekrój i służy do trzymania nabiegunnika na jarzmie, podczas gdy nabiegunnik o stosunkowo dużym polu przekroju służy do rozprzestrzeniania strumienia magnetycznego wytworzonego w szczelinie powietrznej między stojanem a wirnikiem w celu zmniejszenia utraty oporu magnetycznego . Ponadto nabiegunnik ma wiele rowków uzwojenia wzbudzenia, które wytwarzają wzbudzający strumień magnetyczny.

Uzwojenia wzbudzenia silnika prądu stałego wykonane są z cewek wzbudzenia (drut miedziany) nawiniętych wokół rowków nabiegunników w taki sposób, że przy przepływie przez uzwojenie prądu wzbudzenia na sąsiednich biegunach występuje przeciwna biegunowość. Zasadniczo uzwojenia wzbudzenia działają jak rodzaj elektromagnesu zdolnego do wytworzenia przepływu wzbudzenia, w którym obracałby się wirnik silnika elektrycznego, a następnie łatwo i skutecznie go zatrzymywał.

Uzwojenie twornika

Uzwojenie twornika silnika prądu stałego jest przymocowane do wirnika lub wirującej części maszyny, w wyniku czego na jego torze obrotu działa zmieniające się pole magnetyczne, co bezpośrednio prowadzi do strat namagnesowania.

Z tego powodu wirnik jest wykonany z kilku elektrycznych stalowych płyt o niskiej histerezie w celu zmniejszenia strat magnetycznych, takich jak odpowiednio strata histerezy i strata prądu wirowego. Laminowane płyty stalowe są łączone ze sobą, aby nadać korpusowi kotwy cylindryczną strukturę.

Korpus twornika składa się z rowków (szczelin) wykonanych z tego samego materiału co rdzeń, do którego przymocowane są uzwojenia twornika, oraz z kilku zwojów drutu miedzianego równomiernie rozmieszczonych na obwodzie twornika. Rowki rowkowe mają porowate złącza w kształcie klina, aby zapobiec wyginaniu się przewodnika w wyniku dużej siły odśrodkowej emitowanej podczas obrotu wirnika, a także w obecności prądu zasilającego i wzbudzenia magnetycznego.

Istnieją dwa rodzaje konstrukcji uzwojenia twornika silnika prądu stałego:

  • uzwojenie pętli (w tym przypadku liczba równoległych ścieżek prądowych między adapterami (A) jest równa liczbie biegunów (P), to znaczy A \u003d P.
  • uzwojenie fali (w tym przypadku liczba równoległych ścieżek prądowych między adapterami (A) wynosi zawsze 2, niezależnie od liczby biegunów, czyli odpowiednio zaprojektowana maszyna).

Kolektor


Komutator silnika prądu stałego to cylindryczna konstrukcja z ułożonych w stos, ale izolowanych miką, miedzianych segmentów. Jeśli mówimy o DCT, to kolektor służy tutaj głównie do przełączania lub przenoszenia prądu zasilającego z sieci przez szczotki silnika elektrycznego do uzwojeń twornika zamontowanych w obracającej się konstrukcji.

pędzle

Szczotki silnika prądu stałego są wykonane ze struktur węglowych lub grafitowych, tworząc styk ślizgowy lub suwak nad obracającym się komutatorem. Szczotki służą do przenoszenia prąd elektryczny od obwodu zewnętrznego do wirującej postaci kolektora, gdzie następnie wchodzi do uzwojeń twornika. Komutator i szczotki silnika elektrycznego są ogólnie używane do przesyłania energii elektrycznej ze statycznego obwodu elektrycznego do obszaru z rotacją mechaniczną lub po prostu wirnika.

Silniki prądu stałego przeznaczony do zamiany energii prądu stałego na pracę mechaniczną.

Silniki prądu stałego są znacznie mniej powszechne niż silniki prądu przemiennego. Wynika to przede wszystkim ze stosunkowo wysokich kosztów, bardziej złożonego urządzenia i trudności w dostarczaniu energii. Ale pomimo tych wszystkich niedociągnięć DPT ma wiele zalet. Na przykład silniki prądu przemiennego są trudne do regulacji, podczas gdy DCT są doskonale regulowane na wiele sposobów. Ponadto DCT mają bardziej sztywne właściwości mechaniczne i pozwalają na duży moment rozruchowy.

Silniki elektryczne prądu stałego są stosowane jako silniki trakcyjne, w transporcie elektrycznym, jako różne siłowniki.

Urządzenie silników prądu stałego

Konstrukcja silnika prądu stałego jest podobna do silnika prądu przemiennego, ale nadal istnieją znaczne różnice. Na ramie 7, która jest wykonana ze stali, zainstalowane jest uzwojenie wzbudzenia w postaci cewek 6. Dodatkowe bieguny 5 można zainstalować między głównymi biegunami, aby poprawić właściwości silnika prądu stałego. Wewnątrz zamontowana jest kotwa 4, która składa się z rdzenia i kolektora 2 i jest montowana za pomocą łożysk 1 w obudowie silnika. Kolektor to znacząca różnica w stosunku do silników prądu przemiennego. Łączy się ze szczotkami 3, co pozwala zasilać lub w generatorach, wręcz przeciwnie, usuwać napięcie z obwodu kotwicy.

Zasada działania



Zasada działania DPT opiera się na interakcji pól magnetycznych uzwojenia wzbudzenia i twornika. Można sobie wyobrazić, że zamiast zwory mamy ramkę, przez którą przepływa prąd, a zamiast uzwojenia wzbudzenia magnes trwały z biegunami N i S. Gdy przez ramę przepływa prąd stały, pole magnetyczne magnesu trwałego zaczyna na nią działać, to znaczy rama zaczyna się obracać, a ponieważ kierunek prądu się nie zmienia, kierunek obrotu ramy pozostaje taki sam.

Po przyłożeniu napięcia do zacisków silnika prąd zaczyna płynąć w uzwojeniu twornika, jak już wiemy, pole magnetyczne maszyny zaczyna na niego działać, podczas gdy twornik zaczyna się obracać, a ponieważ twornik obraca się w pole, EMF zaczyna się formować. Ta EMF jest skierowana przeciw prądowi, w związku z tym nazywa się ją przeciw-EMF. Można go znaleźć za pomocą wzoru

Gdzie Ф to wzbudzający strumień magnetyczny, n to prędkość obrotowa, a Ce to projektowy moment maszyny, który pozostaje dla niej stały.

Napięcie na zaciskach jest większe niż tylna siła elektromotoryczna o wielkość spadku napięcia w obwodzie twornika.

A jeśli pomnożymy to wyrażenie przez prąd, otrzymamy równanie bilansu mocy.

Lewa strona równania UI i reprezentuje moc dostarczaną do silnika elektrycznego, po prawej pierwszy człon EI i reprezentuje moc elektromagnetyczną, a drugi I i R i moc strat w obwodzie twornika.

Polecamy lekturę