Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое двигатель постоянного тока, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое двигатель постоянного тока, электродвигатель постоянного тока, схемы возбуждения двигтеля , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электротехника, Схемотехника, Аналоговые устройства.
двигатель постоянного тока (дпт)— электрический двигатель, предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую постоянного тока (генератор) или для обратного преобразования (двигатель). Машина постоянного тока обратима.
Машина постоянного тока образуется из синхронной обращенной конструкции, если ее якорь снабдить коллектором, который в генераторном режиме играет роль выпрямителя, а в двигательном — преобразователя частоты. Благодаря наличию коллектора по обмотке якоря проходит переменный ток, а во внешней цепи, связанной с якорем, — постоянный.
Различают следующие виды машин постоянного тока:
Машина постоянного тока может работать в двух режимах: двигательном и генераторном, в зависимости от того, какую энергию к ней подвести — если электрическую, то электрическая машина будет работать в режиме электродвигателя, а если механическую — то будет работать в режиме генератора. Однако электрические машины, как правило, предназначены заводом изготовителем для одного определенного режима работы — или в режиме генератора, или электродвигателя.
Электродвигатели постоянного тока стоят почти на каждом автомобиле — это стартер, электропривод стеклоочистителя, вентилятор отопителя салона и др.
В роли индуктора выступает статор, на котором расположена обмотка. На нее подается постоянный ток, в результате чего вокруг нее создается постоянное магнитное поле. Обмотка ротора состоит из проводников, запитанных через коллектор. В результате на них действуют пары сил Ампера, которые вызывают вращающий момент. Направление сил определяется по правилу "левой руки". Однако этот вращающий момент способен повернуть ротор только на 180 градусов, после чего он остановится. Чтобы это предотвратить, используется щеточно-коллекторный узел, выполняющий роль переключателя полюсов и датчика положения ротора (ДПР).
В генераторе постоянного тока (ГПТ) генераторе индуктором также является статор, создающий постоянное магнитное поле между соответствующими полюсами. При вращении ротора, в проводниках обмотки якоря, перемещающихся в магнитном поле, по закону электромагнитной индукции наводится ЭДС, направление которой определяется по правилу правой руки. Переменная ЭДС обмотки якоря выпрямляется с помощью коллектора, через неподвижные щетки, посредством которых обмотка соединяется с внешней сетью.
Автомобильные генераторы постоянного тока стояли на старых автомобилях (ГАЗ-51, ГАЗ-69 и др.)с 1970-х гг. вытеснены генераторами переменного трехфазного тока с трехфазным выпрямителем на шести диодах по схеме академика Ларионова.
Любая электрическая машина может работать как генератор или двигателем, поэтому их конструкции не различаются.
МПТ состоят из двух частей: неподвижной – статора и подвижной – ротора.
Статор представляет собой пустотелый стальной цилиндр – станину, на внутренней поверхности которого располагаются полюса магнитной системы, создающие магнитный поток электрической машины (рис. 1.3).
Рис. 1.3. Устройство электрической машины постоянного тока:
1 – коллектор; 2 – щетки; 3 – сердечник якоря; 4 – сердечник главного полюса; 5 – катушка обмотки возбуждения; 6 – станина; 7 – подшипниковый щит; 8 – вентилятор; 9 – обмотка якоря
В зависимости от способа создания магнитного потока различают МПТ с магнитоэлектрическим и электромагнитным возбуждением. При магнитоэлектрическом возбуждении полюса магнитной системы МПТ формируются постоянными магнитами. Такое возбуждение находит применение в машинах малой мощности.
В МПТ с электромагнитным возбуждением полюс магнитной системы создается электромагнитом, представляющим собой ферромагнитный сердечник с обмоткой, получившей название «обмотка возбуждения», по которой протекает
постоянный ток. Полюса, формирующие основной магнитный поток, называются главными (рис. 1.4).
Рис. 1.4. Основной полюс: 1 – станина; 2 – сердечник; 3 – катушка возбуждения
Между главными полюсами могут быть установлены дополнительные полюса, при помощи которых корректируется
искажение основного магнитного поля, вызванное влиянием нагрузки МПТ. Воздействие корректирующего магнитного
поля дополнительных полюсов позволяет уменьшить искрение между щетками и коллектором.
Часть МПТ, создающая магнитный поток, называется индуктором.
Ротор (рис. 1.5) набирают из отдельных листов электротехнической стали, изолированных друг от друга с целью
уменьшения потерь от вихревых токов и посаженных на вал.
Рис. 1.5. Ротор МПТ
На внешней поверхности имеются пазы, внутрь которых укладывается обмотка ротора. Обмотка состоит из отдельных секций, которые соединяются между собой.
Секция – элементарная часть роторной обмотки (рис. 1.6). Она может состоять из одного или нескольких витков. В пазы
ротора секция укладывается таким образом, что одна ее часть находится под северным полюсом магнитной системы, а вторая – под южным. Часть секции, расположенная в пазу под полюсом, называется активной стороной секции. Каждая секция содержит две активные стороны, которые объединены лобовыми частями.
Рис. 1.6. Секция обмотки: 1 – активные стороны витка; 2 – лобовые части витка; 3 – пазы сердечника
Точки соединения секций между собой подключаются к коллектору, который закреплен на валу. Коллектор (рис. 1.7)
представляет собой цилиндрическую конструкцию, набранную из пластин кадмированной меди (для увеличения износостойкости). Пластины располагаются на изоляционном основании и изолированы между собой. Число пластин коллектора
зависит от количества точек соединения между собой секций.
Рис. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . 1.7. Коллектор: 1 – стальные шайбы втулки; 2 – стягивающий винт; 3 – миканитовая прокладка; 4 – петушок; 5 – коллекторные пластины
К наружной поверхности коллектора прижимаются щетки, прикрепленные к станине и изолированные от нее (рис. 1.8).
Рис. 1.8. Пример конструкции щеточного узла
Для подключения обмоток якоря и возбуждения исп С помощью коллектора и щеток осуществляется электрическое соединение вращающейся обмотки ротора с внешней цепью. В обмотке ротора МПТ, как в двигательном, так и в генераторном режимах, появляется ЭДС, поэтому вращающуюся часть МПТ называют якорем.
Таким образом, в конструкции МПТ можно выделить две электрические цепи: возбуждения и якоря. В зависимости от способа их подключения между собой, МПТ разделяют на машины с независимым, параллельным, последовательным и
смешанным возбуждением (рис. 1.9).
Рис. 1.9. Схемы МПТ независимого (а), параллельного (б), последовательного (в) и смешанного (г) возбуждения
1. Определить полярность электромагнитов на рис. 3.1, а и обозначить их буквами. Определить направление ЭДС в проводнике, перемещающемся в магнитном поле со скоростью v. Изобразить магнитные силовые линии между полюсами электромагнитов, изображенных на рисунке 3.1, б и указать стрелками их направление, если известно направление перемещения проводника и направление ЭДС, наведенной в перемещающемся проводнике. Определить полярность напряжения на зажимах обмотки электромагнита.
Решение. Определим направление магнитных силовых линий между полюсами и полярность электромагнитов (см. правило правой руки).
На рисунке 3.1, а верхний полюс – северный, нижний полюс – южный.
Направление ЭДС в проводнике – «к нам». На рисунке 3.1, б верхний полюс – северный. Нижний полюс – южный. Верхний зажим обмотки электромагнита – положительный, нижний – отрицательный.
2. Сформулировать закон электромагнитной индукции на примере магнита, представленного на рис. 3.2. Определить и указать направление ЭДС, индуцируемой в проводнике, перемещающемся в равномерном магнитном поле перпендикулярно силовым линиям со скоростью v (рис. 3.2).
Решение. Закон электромагнитной индукции.
Суть его заключается в следующем: если проводник перемещается в магнитном поле перпендикулярно силовым линиям со скоростью v, то в проводнике индуцируется ЭДС, определяемая по формуле 
,В, где v – линейная скорость проводника в м/с. Определим направление ЭДС, индуцируемой в проводнике (см. правило правой руки). Направление ЭДС проводника – «от нас».
Задача 3.2 [1, с. 27-29; 2, с. 7-10; 4, с. 4-7].
1. Определить полярность полюсов на рис. 3.3, а и 3.3, б и обозначить их буквами.
Решение. Полярность приложенного напряжения и применение правила правоходового винта указывают на то, что на рис. 3.3, а
верхний полюс – северный, а нижний полюс – южный. Используя правило левой руки, определяем направление тока в проводнике. Ток
в проводнике течет «от нас».
2. Изобразить магнитные линии и обозначить стрелками их направление для электромагнита, изображенного на рис. 3.3, б. Определить полярность приложенного напряжения.
Решение. Определим направление магнитных силовых линий между полюсами и полярность электромагнитов (см. правило левой
руки). Верхний полюс – южный, нижний полюс – северный. Правило правой руки указывает на то, что нижний зажим обмотки электромагнита подключен к положительному зажиму источника, а верхний зажим подключен к отрицательному зажиму.
3. Проводник перемещается в равномерном магнитном поле перпендикулярно силовым линиям (рис. 3.4) со скоростью v . Определить силы, действующие на проводник, перемещающийся в магнитном поле.
Решение. В соответствии с законом электромагнитной индукции в проводнике, перемещающемся в магнитном поле, наводится электродвижущая сила, направление которой определяется по правилу правой руки.
Если внешняя цепь проводника замкнута, по проводнику будет протекать ток, совпадающий по направлению с ЭДС.
Для того чтобы проводник перемещался в магнитном поле со скоростью v , к нему должна быть приложена внешняя механическая сила
Fмех. Одновременно, согласно закону электромагнитных сил, на проводник с током, находящийся в магнитном поле, действует электромагнитная сила Fэлм, направление которой противоположно направлению внешней механической силы.
Таким образом, если в магнитном поле с индукцией B перемещается проводник с электрическим током i, длина
которого l, то между проводником с током и магнитным полем возникает силовое взаимодействие. Значение электромагнитной силы, действующей на проводник, определяется по формуле 
,Н .
Определим направление электромагнитной силы (см. правило левой руки). Направление внешней механической силы, действующей на проводник,
противоположно направлению электромагнитной силы.
Задача 3.3. Конструкция машины постоянного тока [1, с. 33-38; 2, с. 337-341; 3, с. 35-41; 4, с. 458-466; 5, с. 30-32; 6, с. 8, 9; 7, ч. 2, с. 199-203].
Нарисовать эскиз машины постоянного тока (рис. 3.5).
Охарактеризовать основные элементы конструкции:
1 – станина; 2 – обмотка возбуждения; 3 – сердечник главного полюса; 4 – сердечник якоря; 5 – обмотка якоря; 6 – вентилятор; 7 – подшипниковый щит; 8 – подшипник; 9 – коробка выводов; 10 – люк; 11 – люк – окно; 12 – коллектор; 13 – щеткодержатель со щеткой; 14 – щеточный палец; 15 – щеточная
траверса; 16 – вал; 17 – лапы.
При построении эскиза необходимо начинать с вычерчивания активной части МПТ (элементы 4, 5, 2, 3, 1, 12), а затем достраивать конструктивные элементы.
Станина 1 представляет собой полый цилиндр из стали. Он снабжен с торца кольцевыми выточками для входа кольцевых выступов
подшипниковых щитов 7. Место соединения щита со станиной называется замком. Станина снабжена люками, служащими для входа и выхода охлаждающего воздуха, а также для доступа к коллекторно-щеточному узлу.
Люк (окно) со стороны коллектора закрывается крышкой 11, снабженной жалюзи для прохода охлаждающего воздуха и козырьками для защиты от капель и водяных брызг, падающих под углом. Люк со стороны вентилятора 10 (в основном в нижней части) закрыт защитной лентой с отверстиями.
Обмотка возбуждения 2 размещается на сердечнике главного полюса 3 и выполняется медным проводом. Станина снабжается лапами 17 для крепления к фундаменту и транспортным кольцом (рымболтом) либо двумя транспортными ушками по диагонали. На валу 16 крепится
сердечник якоря 4. Он выполняется из пластин электротехнической стали, шихтованных перпендикулярно оси вала, которые по внешней
периферии снабжены пазами. В пазах размещается обмотка якоря 5. Обмотка выполняется из медного провода, зачастую круглого сечения
(всыпная обмотка), но провод может быть и прямоугольного сечения (жесткие секции). Сама обмотка состоит из отдельных элементов, называемых секциями. Секции соединяются между собой последовательно, образуя замкнутую систему проводов, – такую обмотку называют обмоткой замкнутого типа. Конец предыдущей и начало следующей секции припаиваются к коллекторной пластине коллектора 12.
Коллектор также выполняется наборным из медных пластин, тщательнейшим образом изолированных друг от друга и вала машины. Они бывают сборочными (сборочного типа) и на пластмассе. По виду сборки коллекторы разделяются на цилиндрические и торцевые. К рабочей поверхности коллектора при помощи пружин прижимаются щетки, помещенные в щеткодержателях 13. Щеткодержатель крепится к пальцу 14, причем может выполняться из изоляционного материала или из металла, но тогда он изолируется от щеткодержателя. Палец крепится к щеточной траверзе 15, которая в свою очередь крепится к подшипниковому щиту и снабжена прорезями для перемещения траверзы по окружности, чтобы выставить щетки в нужное положение. К станине крепится коробка выводов 9.
Двигатель переменного тока — электрический двигатель, питание которого осуществляется переменным током. По принципу работы эти двигатели разделяются на синхронные и асинхронные двигатели. Принципиальное различие состоит в том, что в синхронных машинах первая гармоника магнитодвижущей силы статора движется со скоростью вращения ротора (благодаря чему сам ротор вращается со скоростью вращения магнитного поля в статоре), а у асинхронных — всегда есть разница между скоростью вращения ротора и скоростью вращения магнитного поля в статоре (поле вращается быстрее ротора).
Синхронный электродвигатель — электродвигатель переменного тока, ротор которого вращается синхронно с магнитным полем питающего напряжения.
Синхронные электродвигатели подразделяются на :
Существуют синхронные двигатели с дискретным угловым перемещением ротора — шаговые двигатели. У них заданное положение ротора фиксируется подачей питания на соответствующие обмотки. Переход в другое положение осуществляется путем снятия напряжения питания с одних обмоток и передачи его на другие. Еще один вид синхронных двигателей — вентильный реактивный электродвигатель, питание обмоток которого формируется при помощи полупроводниковых элементов.
Асинхронный электродвигатель — электродвигатель переменного тока, в котором частота вращения ротора отличается от частоты вращающего магнитного поля, создаваемого питающим напряжением. Эти двигатели наиболее распространены в настоящее время.
По количеству фаз двигатели переменного тока подразделяются на:
По внешнему виду можно выделить полноразмерные бытовые моторы и малые моторы, которые некоторыми производителями называются "cup" (чашка).
В зависимости от способа прохождения воздушного потока, бытовые моторы делятся на проточные (прямоточные) и байпасные.
В прямоточных (проточных) бытовых моторах воздух всасывается турбиной и проходит дальше через обмотки мотора, тем самым охлаждая его. Учитывая эту особенность, такие моторы можно применять только в пылесосах для сухой уборки. Особое внимание уделяется фильтрам пылесоса, так как попадание пыли на обмотки и щетки двигателя приводит к его перегреву и быстрому выходу из строя. Как правило, в бытовых пылесосах применяются прямоточные двигатели малого размера.
В байпасных бытовых моторах воздух всасывается турбиной, а затем выбрасывается через специальные отверстия сбоку мотора, не контактируя с обмотками электродвигателя, что и дало название моторам такого типа: воздух как бы идет в обход ("bypass"). Для охлаждения обмоток таких двигателей устанавливается дополнительная крыльчатка вентилятора в верхней части мотора.
По способу вывода воздуха байпасные бытовые моторы делятся на два типа: периферический и тангенциальный.
Периферическая система подразумевает наличие нескольких отверстий по всей окружности мотора, куда выдувается засасываемый воздух.
Тангенциальная система работает так: воздух засасывается турбиной, затем вращаясь по кругу выбрасывается через один патрубок, расположенный сбоку.
Поскольку всасываемый воздух в таких моторах не контактирует с электрической частью, их применяют в различных моющих пылесосах, поломоечных машинах, водяных пылесосах, аппаратах для химчистки. Байпасные моторы тангенциального типа часто применяют в системах центрального пылесоса.
Стадийность (ступенчатость, этапность) моторов.
Вакуумные моторы бывают одностадийные, двухстадийные и трехстадичные (также могут называться "двухэтапные" или "трехступенчатые"). Стадийность моторов используется для повышения уровня вакуумирования. Одностадийные моторы пропускают через себя максимальный воздушный поток, однако имеют низкую степень вакуумирования. Добавление стадий увеличивает степень вакуумирования, однако снижает поток воздуха из-за повышенного сопротивления при прохождении крыльчаток турбины.
Стадийность мотора можно определить визуально по высоте блока, где расположены крыльчатки:
Универсальный коллекторный электродвигатель — коллекторный электродвигатель, который может работать и на постоянном, и на переменном токе. Изготавливается только с последовательной обмоткой возбуждения на мощности до 200 Вт. Статор выполняется шихтованным (набранный из отдельных пластин) из специальной электротехнической стали. Обмотка возбуждения включается частично при переменном токе и полностью при постоянном. Для переменного тока номинальные напряжения 127, 220 В, для постоянного 110, 220 В. Применяется в бытовых аппаратах, электроинструментах. Двигатели переменного тока с питанием от промышленной сети 50 Гц не позволяют получить частоту вращения выше 3000 об/мин. Поэтому для получения высоких частот применяют коллекторный электродвигатель, который к тому же получается легче и меньше двигателя переменного тока той же мощности или применяют специальные передаточные механизмы, изменяющие кинематические параметры механизма до необходимых нам (мультипликаторы). При применении преобразователей частоты или наличии сети повышенной частоты (100, 200, 400 Гц) двигатели переменного тока оказываются легче и меньше коллекторных двигателей (коллекторный узел иногда занимает половину пространства). Ресурс асинхронных двигателей переменного тока гораздо выше, чем у коллекторных, и определяется состоянием подшипников и изоляции обмоток.
Синхронный двигатель с датчиком положения ротора и инвертором является электронным аналогом коллекторного двигателя постоянного тока. Строго говоря, универсальный коллекторный двигатель является коллекторным электродвигателем постоянного тока с последовательно включенными обмотками возбуждения (статора), оптимизированным для работы на переменном токе бытовой электрической сети. Такой тип двигателя независимо от полярности подаваемого напряжения вращается в одну сторону, так как за счет последовательного соединения обмоток статора и ротора смена полюсов их магнитных полей происходит одновременно и результирующий момент остается направленным в одну сторону. Для возможности работы на переменном токе применяется статор из магнитно-мягкого материала, имеющего малый гистерезис (сопротивление перемагничиванию). Для уменьшения потерь на вихревые токи статор выполняют наборным из изолированных пластин. Особенностью (в большинстве случаев — достоинством) работы такого двигателя именно на переменном токе (а не на постоянном такого же напряжения) является то, что в режиме малых оборотов (пуск и перегрузка) индуктивное сопротивление обмоток статора ограничивает потребляемый ток и соответственно максимальный момент двигателя (оценочно) до 3—5 от номинального (против 5—10 при питании того же двигателя постоянным током). Для сближения механических характеристик у двигателей общего назначения может применяться секционирование обмоток статора — отдельные выводы (и меньшее число витков обмотки статора) для подключения переменного тока.
Принцип его работы заключается в том, что подвижная часть двигателя представляет собой постоянные магниты, закрепленные на штоке. Через неподвижные обмотки пропускается переменный ток и постоянные магниты под действием магнитного поля, создаваемого обмотками, перемещают шток возвратно-поступательным образом.
Исследование, описанное в статье про двигатель постоянного тока, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое двигатель постоянного тока, электродвигатель постоянного тока, схемы возбуждения двигтеля и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электротехника, Схемотехника, Аналоговые устройства
Комментарии
Оставить комментарий
Электротехника, Схемотехника, Аналоговые устройства
Термины: Электротехника, Схемотехника, Аналоговые устройства