Тема:Машини постійного струму

1.Будова та принцип роботи.

2. Збудження машин постійного струму.

3. Регулювання швидкості обертання якоря

4. Колекторні машини змінного струму

1.Будова та принцип роботи.

 Одна й та сама машина постійного струму в принципі може працювати і як генератор, і як двигун. (Ця властивість машини постійного струму, що називається оборотністю, дає змогу не розглядати окремо будову генератора чи двигуна.) Проте кожну електричну машину виробник випускає з певним призначен­ням – працювати тільки як генератор або тільки як двигун. Дуже рідко використовують машини постійного струму, при­значені для роботи як генератором, так і двигуном.Генератори постійного струму застосовують тоді, коли по­трібно мати самостійне джерело струму, наприклад для жив­лення деяких видів електромагнітів, електромагнітних муфт, електродвигунів, зварювальних установок, знаходять застосування в установках для зарядки акумуляторних батарей і агрегатах, що перетворюють змінний струм в постійний, необхідний для живлення електролізних установок і інших споживачів постійного струму; в синхронних машинах змінного струму для живлення обмотки живлення ротора; в електромашинних агрегатах, які використовуються в промисловості для широкого і плавного регулювання швидкості робочих машин, наприклад у тролей­бусах, електровозах, деяких типах підйомних кранів, у при­строях автоматики.

 Двигуни постійного струму мають значні пе­реваги перед двигунами інших типів:

-допускають поступове регулювання швидкості обертання вала різними способами;

-створюють великий пусковий момент. У генераторах постійного струму є можливість плавно регулювати ЕРС у широких межах.

Основними частинами генератора постійного струму є: нерухома магнітна система, що створює основне магнітне поле машини; якір, що приводиться до обертання, і в обмотці якого індукується електрорушійна сила; колектор, за допомогою якого отримують постійну напругу на клемах генератора. Конструктивні елементи показані на наведеному рисунку.

Статор машини постійного струму складається зі станини і осердя. Станину виготовляють з маловуглецевої литої сталі, яка має значну магнітну проникність. Тому станина є також і магнітопроводом. Одночасно це основна деталь, що об’єднує інші деталі й складальні одиниці машини в єдине ціле. Так, до станини із середини прикріплюють болтами полюси, котрі складаються з осердя, полюсного наконечника і котушки.Розрізняють основні й додаткові полюси. Основні полюси збуджують магнітне поле; тому обмотки їх котушок називають обмотками збудження. Додаткові полюси встановлюють у ма­шинах підвищеної потужності (понад 1 кВт) для поліпшення роботи ма­шини; обмотку додаткових полюсів з’єднують послідовно з обмоткою ротора (якоря).Ротор (якір) (див. рисунок) машини по­стійного струму складається з осер­дя й обмотки. Осердя якоря наби­рають з тонких листів електротехніч­ної сталі (0,35 – 0,5 мм), ізольованих один від одного лаковим покриттям або тонким папером, що зменшує втра­ти на вихрові струми. У пази осердя укладаються ізольовані провідники (стержні). Стержні з’єднуються між собою по торцях і утворюють замкнену обмотку якоря. В осерді якоря роблять вентиляційні канали. Щоб струм від обмотки якоря в зовнішнє коло (у генераторі) або із зо­внішнього кола до обмотки якоря (у двигуні) проходив в одному й тому самому напрямі, у машині постійного струму встановлюють колектор. Набирають його з мідних пластин, ізольованих одна від одної і від вала машини міканітовими прокладками. Кожна з пластин колектора приєднується   до   певної точки обмотки якоря (про принцип з’єднання буде далі). Осердя якоря і колектор закріплюють на одному валу. Отже, колектор – це пристрій, який кон­структивно об’єднаний з якорем (ротором) електричної машини і є механічним перетворювачем частоти. По ізольованих один від одного і приєднаних до витків обмотки якоря пластинах, що становлять колектор, ковзають струмоз’ємні щітки. Через ці щітки й колектор обмотка якоря приєднується до зовнішнього електричного кола. Щітки вставляють в обойми щіткотримача і притискують до колектора пружинами.

Частина обмотки, що міститься між двома пластинами колектора, називається секцією. Число секцій та чис­ло колекторних пластин однако­ве. Обмотки якоря бувають двох типів:

хвильова	петльова

 Пристрій для намотування обмотки якоря

Двигун перетворює електричну енергію на механічну. ЕРС якоря про­тидіє зовнішній напрузі, що переборює у цьому разі і падіння напруги в обмотці якоря.

Генератор перетворює механічну енергію на електричну. Індукована ЕРС долає падіння напруги у обмотці якоря та опорі наван­таження.

Якщо машина працює генератором, із щіток знімається постійна напруга.

Комутацією у машині постійного струму називається пе­ремикання щітками пластин колектора. В результаті комутації струм у секції обмотки якоря змінює свій напрям на протилежний. При перемиканні пластин колектора виникає іскріння. Це дуже небажане явище, яке може призвести до кругового вогню та виводу ко­лектора з ладу. Іскріння може мати характер:механічний, електромагнітний.

Іскріння механічного характеру усувається механічним шляхом. Це — проточування, шліфування, полірування та промивання колектора, ре­гулювання щіток та всього щітково-колекторного вузла.

Іскріння електричного характеру виникає через швидке ви­микання кола, що має велику індуктивність.

2. Збудження машин постійного струму

Стандартом передбачають­ся спрощений та розгорнутий спосо­би графічного позначення машини постійного струму. На рис. на­ведено стандартне зображення усіх обмоток машин постійного струму.

Збудженням машини постійного струму називається спосіб створення ос­новного магнітного потоку. В залежності від вмикання обмотки збудження та обмот­ки якоря розрізняють п'ять способів збу­дження.

1. Незалежне збудження рис. У цьому разі обмотка збудження умикається на автономне джерело живлення.

2. Паралельне (шунтове) збудження рис. Обмотка збудження вмикається паралельно до обмотки якоря.

Звичайно опір обмотки збудження великий, вона виготов­ляється багатовитковою із тонкого дроту.

3. Послідовне (серієсне) збудження рис. Обмотка збудження вмикається послідовно з обмоткою якоря.

Струм якоря є одночасно і струмом збудження. Обмотка збудження розраховується на великий струм, має невелику кількість витків та виготов­ляється дротом великого перерізу.

4. Змішане (компаундне) збудження . Обмотка збудження має дві котушки. Одна з них умикається послідовно, а друга паралель­но до обмотки якоря. Ці машини мають свої переваги щодо машин ін­

5. Збудження ста­лими магнітами . Машини цього типу не мають обмотки збудження, а основний потік створюється ста­лими магнітами ста­тора.

 3. Регулювання швидкості обертання якоря

Великою перевагою двигунів постійного струму є мож­ливість регулювання швидкості обертання якоря у широких межах кількома досить простими способами.

Регулювання швидкості обертання якоря можна розглянути на прикладі двигуна паралельного (незалежного) збудження.

є три способи регулювання швидкості обертання якоря:

— зміною напруги;

— зміною опору кола якоря, введення додаткового опору;

— зміною магнітного потоку.

4. Колекторні машини змінного струму

Зміною напрямку струму в обмотці збудження двигуна по­стійного струму змінюють напрям основного магнітного потоку. При цьому змінюється напрям дії обертаючого моменту. Змінити напрям обертання можна також зміною напряму струму якоря. Тобто, якщо одночасно змінити напрями струмів збудження і якоря, то напрям обертаючого моменту не зміниться. Одночасна зміна напряму струмів збудження і якоря просто відтворюється у двигунах послідовного збуд­ження Машину послідовного збудження прин­ципово можна використати як колекторний двигун однофазного змінного струму.

Колекторні двигуни змінного струму реалізують основні переваги машин постійного струму. Двигуни досить просто регулюють­ся, дають можливість одержати дуже високі оберти якоря, мають вели­кий пусковий момент. Колекторний двигун можна також використову­вати як універсальний, тобто вмикати на постійну і на змінну напруги. Колекторні двигуни змінного струму використовуються:

— у побутових електроприладах;

— у приладах та апаратах, що потребують універсального живлення;

— в установках, що потребують плавного регулювання числа обертів якоря;

— на транспорті (електротяга у вигляді однофазного колекторного двигуна) .

Конструкція колекторної машини принципово не відрізняєть­ся від машини постійного струму. Статор звичайно явнополюсний з об­моткою збудження, якір має колектор. На відміну від машини постійно­го струму корпус статора та полюси виконуються шихтованими для зменшення втрат від вихрових струмів.

У колекторних машинах змінного струму погіршені умови комутації. Тому двигуни мають деякі конструктивні особливості. Кому­тація у колекторних двигунах змінного струму характеризується так:

— у секції, що комутується, наводиться реактивна ЕРС ;

— для компенсації реактивної ЕРС створюється комутуюча ЕРС ;

— у секції, яка комутується, через періодичну зміну головного маг­нітного потоку, що проймає витки секції, виникає ще трансформаторна ЕРС .

Щоб зменшити трансформаторну ЕРС, зменшують число витків у секції (Wg). Але, щоб залишити обертаючий момент, збільшують число секцій. Тому колекторні двигуни змінного струму мають велике число секцій, а також колектор з великою кількістю пластин. Зменшити ЕРС или Єр можна також зменшенням магнітного потоку. Проте, щоб залишити обертаючий момент, збільшують число пар полюсів. Тому колекторні двигу­ни змінного струму звичайно мають велике число пар полюсів.

Показники двигуна при роботі на змінному струмі гірші, ніж показники роботи на постійному струмі. В універсальному двигуні при живленні від джерела синусоїдного струму використовується тільки частина обмотки збудження.

Реакція якоря колекторного двигуна змінного струму має пульсуючий характер. Для компенсації явища реакції якоря, крім до­даткових полюсів, завжди використовують компенсаційні обмотки. Практично усі колекторні двигуни змінного струму мають компенсаційні обмотки.