Что такое якорь в генераторе постоянного тока
Перейти к содержимому

Что такое якорь в генераторе постоянного тока

  • автор:

Глава 6. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА.

Как известно, при вращении рамки в постоянном магнитном поле, в ней возбуждается переменная ЭДС. Эта переменная ЭДС может быть преобразована в импульсную ЭДС в результате переключения концов рамки с помощью двух коллекторных пластин, представляющих собой два полукольца, в момент, когда ЭДС равна 0. (рис. 6.1)

Даже при наличии двух взаимно перпендикулярных рамок и четырех коллекторных пластин, выходная ЭДС оказывается практически постоянной (рис.6.2).

Таким образом, в машине постоянного тока, используемой как генератор, коллектор выполняет функцию выпрямителя.

Машины постоянного тока обратимы, и их устройства одинаково как для двигателя, так и для генератора.

Машина постоянного тока состоит из двух частей: неподвижной и подвижной, статора и якоря соответственно (рис.6.3).

Статор — неподвижная часть машины, представляет собой цилиндрическую станину, к внутренней поверхности которой крепятся 2, 4 или более полюсов, состоящих из сердечника, полюсных наконечников и обмотки возбуждения.

Подвижная часть, якорь, выполнена в виде цилиндрического пакета, состоящего из большого числа тонких пластин. В продольных пазах якоря размещена обмотка, состоящая из нескольких секций. На валу якоря располагается коллектор, представляющий собой цилиндр из диэлектрика, на котором расположены пластины коллектора, соединенные с секциями обмотки якоря. С внешней электрической схемой коллектор соединяется с помощью графитовых щеток, скользящих по поверхности коллекторных пластин. Щетки установлены так, что переключение секций обмотки якоря (коммутация) происходит в тот момент, когда секция обмотки находится в нейтральной зоне между полюсами.

В этом случае, когда нагрузка генератора отсутствует, ЭДС, возбуждаемая в обмотке якоря, определяется соотношением:

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp(6.1)

где С — конструктивный коэффициент, Ф — магнитный поток, n-число оборотов якоря.

При разомкнутых выходных зажимах генератора ток в цепи якоря равен нулю. При этом магнитное поле якоря отсутствует, и генератор работает в «холостую». Двигатель, приводящий во вращение якорь генератора, преодолевает только момент трения, совершая минимальную механическую работу.

При подключении электрической нагрузки в обмотке якоря и в нагрузке возникает ток, создающий вращающееся магнитное поле якоря, которое, взаимодействуя с неподвижным магнитным полем статора, приводит к появлению тормозного момента. Момент возрастает с ростом тока нагрузки. При этом мощность, выделяемая в нагрузке генератора, увеличивается (напряжение и ток возрастают), что приводит к увеличению механической мощности, развиваемой приводным двигателем.

Суммарное магнитное поле, возникаемое при работе генератора под нагрузкой, оказывается уже не симметричным как в режиме холостого хода, а смещается по направлению вращения генератора или против направления вращения в двигателе. Это обусловлено тем, что появляется магнитное поле якоря, созданное током нагрузки. Подобное явление называют реакцией якоря. Наличие реакции якоря приводит к ухудшению коммутации и к повышенному искрению под щётками. Для устранения этого явления, щётки перемещают из геометрической нейтрали в другое положение, либо машина снабжается дополнительными полюсами и компенсационной обмоткой, включённой последовательно с основной обмоткой якоря. В этом случае компенсация реакции якоря автоматически устанавливается при любых нагрузках машины.

Основным классификационным признаком машин постоянного тока является способ возбуждения главного магнитного поля, создаваемого током, протекающим через обмотку возбуждения. Все рабочие характеристики машин постоянного тока зависят от способа включения обмотки возбуждения по отношению к цепи якоря. Это включение может быть последовательным, параллельным, комбинированным, также эти цепи могут быть независимы друг от друга.

6.1. Генераторы с независимым возбуждением.

В подобных генераторах обмотка возбуждения питается от отдельного источника, вследствие чего ток возбуждения не зависит от напряжения генератора, а следовательно, от условий нагрузки (рис.6.4).

Это дает возможность в очень широких пределах менять магнитный поток, а следовательно, и ЭДС, возникающую на обмотке якоря. Зависимость ЭДС от тока возбуждения при постоянном числе оборотов называется характеристикой холостого хода (рис. 6.5).

Наличие остаточной намагниченности системы возбуждения приводит к тому, что при отсутствии тока возбуждения, ЭДС возбуждения в якоре не равна 0, а равна остаточной ЭДС, Е0. С ростом тока возбуждения магнитное поле возрастает и приводит к магнитному насыщению системы возбуждения, вследствие чего, при значительных токах возбуждения ЭДС не возрастает.

Вид этой характеристики аналогичен подобной характеристике синхронного генератора.

Важной характеристикой генератора является внешняя зависимость напряжения U на выходе генератора от силы тока якоря (рис.6.6.А). Эта зависимость определяется соотношением:

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp(6.2)

где Е — ЭДС якоря, Iн — ток нагрузки, Rя — сопротивление обмотки якоря и представляет собой прямую (рис. 6.6.Б пунктир).

Однако, при значительных токах нагрузки появляется насыщение магнитной системы и возникает размагничивающее действие реакции якоря, что приводит к уменьшению суммарного магнитного потока, а следовательно ЭДС и выходного напряжения быстрее, чем по прямой линии.

6.2. Генераторы с параллельным возбуждением.

У таких генераторов цепь обмотки возбуждения соединяется параллельно цепи якоря и часть тока потребляемого двигателем (примерно 1%) используется для питания обмотки возбуждения (рис.6.7).

Обмотка возбуждения выполнена тонким проводом и содержит значительное количество витков. Самовозбуждение подобных генераторов возможно только лишь в том случае, если статор машины сохраняет остаточную намагниченность. Характеристика холостого хода у таких генераторов аналогична характеристике генераторов с независимым возбуждением (рис.6.5), а внешняя характеристика (рис.6.6.Б) проходит ниже, так как при увеличении тока нагрузки увеличивается падение напряжения на обмотке якоря, что приводит к уменьшению выходного напряжения, а следовательно, и тока возбуждения. Генераторы с параллельным возбуждением не боятся коротких замыканий и поэтому наиболее широко распространены.

6.3. Генераторы с последовательным возбуждением.

Якорь у таких генераторах соединен последовательно с обмоткой возбуждения, поэтому ток нагрузки является током возбуждения и током якоря (рис.6.8).Сопротивление обмотки возбуждения должно быть соизмеримо с сопротивлением обмотки якоря, то есть мало (малое число витков толстого провода).

Так как обмотка якоря соединена последовательно с обмоткой возбуждения, характеристика холостого хода у такого генератора отсутствует. Для внешней характеристики генератора характерно наличие максимума, связанное с тем, что при достижении значительных токов нагрузки магнитная система насыщается и магнитный поток уже не растет, а выходное напряжение начинает уменьшаться из-за увеличения падения напряжения на обмотке якоря. Такие генераторы используются очень редко.

6.4. Генераторы смешанного возбуждения.

Такие генераторы имеют две обмотки возбуждения: одну, включенную параллельно обмотке якоря и имеющую значительное сопротивление, и вторую, включенную последовательно, со значительно меньшим сопротивлением (аналогично генераторам последовательного и смешанного соединения) (рис.6.9).

Эти обмотки могут быть включены либо согласно, либо встречно.

В генераторах с согласным включением обмоток выходное напряжение почти не меняется с изменением нагрузки (рис.6.10.А).

Это происходит потому, что магнитный поток последовательной обмотки создается током нагрузки и при увеличении нагрузки возрастает, компенсируя влияние реакции якоря и увеличение падения напряжения внутри генератора.

Генераторы со встречным включением обмоток имеют крутопадающую внешнюю характеристику (рис.6.10.Б). При увеличении тока нагрузки встречный магнитный поток последовательной обмотки размагничивает генератор, и выходное напряжение резко снижается. Наиболее часто подобные генераторы используются в качестве сварочных, т.к. для поддержания горения дуги требуются именно крутопадающие внешние характеристики.

6.5. Двигатели постоянного тока.

Если машину постоянного тока включить в сеть постоянного тока, то в обмотках якоря и в обмотках возбуждения возникают токи. При этом система возбуждения создает постоянное магнитное поле, которое взаимодействует с полем якоря, и на каждый проводник обмотки якоря начинает действовать сила, которая стремится повернуть якорь. Появляется крутящий момент М, приводящий якорь во вращение.

Помимо вращающего момента М, возникающего в результате взаимодействия магнитного поля якоря с магнитным полем обмотки возбуждения, на якорь двигателя действует ряд других моментов:

момент холостого хода Мо, связанный с механическими потерями;

тормозной момент М1 , создаваемый механизмом, приводимым во вращение двигателем;

динамический момент Мдин сил инерции, возникающий при изменении скорости вращения якоря.

Динамический момент Мдин пропорционален моменту инерции вращающихся частей J и угловому ускорению:

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp(6.3)

Чем быстрее меняется скорость двигателя, тем больше динамический момент. В установившемся режиме, когда скорость вращения постоянна, динамический момент равен нулю.

Моменты двигателя связаны уравнением, которое носит название уравнения моментов:

В установившемся режиме

вращающий и тормозной моменты взаимно уравновешены, и якорь двигателя вращается с постоянной скоростью.

В зависимости от способа подключения обмотки возбуждения к якорю двигателя, различают двигатели независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения.

6.6. Двигатели с независимым и параллельным подключением.

Схема включения двигателя приведена на рис.6.11. При подключении обмотки возбуждения подобного двигателя к отдельному источнику создается независимое возбуждение.

При включении двигателя постоянного тока в сеть, в момент пуска ток якоря определяется соотношением:

где U — напряжение сети, Rя — сопротивление обмотки якоря, Iя -ток якоря.

Затем якорь под действием крутящего момента приходит во вращение, и в обмотке якоря возбуждается ЭДС самоиндукции

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp(6.6)

где с — конструктивный коэффициент, n — число оборотов, Ф — магнитный поток системы возбуждения. Полярность ЭДС самоиндукции противоположна полярности напряжения сети (противо- ЭДС), вследствие чего с ростом частоты вращения якоря значительно уменьшается ток, протекающий в цепи якоря.

Следовательно, пусковой ток оказывается значительно больше номинального (в 10. 30 раз), и очень часто в цепь якоря включается реостат, величина которого позволяет уменьшить пусковой ток до значений .1. 1.5 Iном. Преобразуя соотношение (6.7) к виду:

получаем, что приложенное напряжение U уравновешивается суммой противо- ЭДС Е и падением напряжения на обмотке якоря RяIя.

Крутящий момент двигателя независимого и параллельного возбуждения определяется соотношением:

С увеличением тормозного момента, создаваемого механической нагрузкой двигателя, механическая мощность возрастает. Число оборотов якоря уменьшается, что приводит к уменьшению противо-ЭДС и росту тока, потребляемого двигателем, а, следовательно, к увеличению крутящего момента и возрастанию электрической мощности, потребляемой двигателем от сети. Зависимость установившейся скорости вращения от тормозного момента двигателя при постоянном напряжении питания цепей якоря и возбуждения называется механической характеристикой двигателя.

Механическая характеристика рассматриваемых двигателей изображена на рис.6.12.

Как видно из графика, скорость вращения двигателей при изменении тормозного момента в широких пределах (от 0 до номинального) изменяется незначительно. Это означает, что двигатели независимого и параллельного возбуждения имеют жёсткую механическую характеристику.

Зависимость скорости вращения n, тока якоря Iя, вращающего момента М и коэффициента полезного действия h от полезной мощности Р2 на валу двигателя при постоянном напряжении цепей якоря и возбуждения (IB=const) называется рабочими характеристиками двигателя.

Рабочие характеристики двигателей параллельного и независимого возбуждения представлены на рис.6.13.

Так как с увеличением полезной мощности вращающий момент возрастает, скорость вращения двигателя уменьшается.

С увеличением вращающего момента увеличивается пропорциональный ему ток якоря. Моменты М и М1 oтличаются на величину момента холостого хода, М0. Наибольший к.п.д. достигается при нагрузках, несколько меньших номинальной.

Механическая и рабочая характеристики двигателя независимого возбуждения идентичны аналогичным характеристикам двигателя параллельного возбуждения.

Так как противо- ЭДС зависит от скорости вращения якоря и равна

то приложенное напряжение U определится соотношением

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp(6.11)

Отсюда находим выражение скорости вращения двигателя:

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp(6.12)

Полученная формула позволяет решить задачу регулирования скорости вращения двигателя. Необходимо отметить, что для уменьшения потерь мощности сопротивление обмотки якоря Rя стремятся сделать по возможности малым (в реальных машинах оно составляет сотые или тысячные доли ома), В соответствии с этим и падение напряжения на активном сопротивлении якоря IяRя невелико по сравнению с напряжением сети. Поэтому в формуле (6.12) членом IяRя можно пренебречь. Тогда

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp(6.13)

Отсюда видно, что существует два способа плавного изменения скорости вращения двигателя в широких пределах:

1. изменение напряжения U, подведенного к якорю двигателя;

2. изменение магнитного потока возбуждения Ф (тока возбуждения IB).

На рис.6.14 показано возможное включение регулировочных реостатов в схему двигателя.

При увеличении сопротивления R2 , при постоянном напряжении сети U, уменьшается напряжение, подведенное к якорю, и следовательно, скорость вращения двигателя. С увеличением сопротивления R1 уменьшается ток возбуждения и магнитный поток возбуждения, а, следовательно, увеличивается скорость вращения двигателя.

Второй способ регулирования скорости вращения двигателя предпочтительнее, так как он связан с меньшими потерями мощности: ток возбуждения в десятки раз меньше тока якоря, а потери пропорциональны квадрату тока. Однако при необходимости изменять скорость вращения двигателя в очень широких пределах одновременно используют оба способа.

Возможность плавного и экономичного регулирования скорости вращения в широких пределах является важнейшим достоинством двигателей постоянного тока.

Соотношение (6.13) определяющее скорость вращения двигателя показывает, что по мере уменьшения магнитного потока скорость неограниченно возрастает. С этой точки зрения опасен обрыв цепи возбуждения двигателя, при котором магнитный поток резко уменьшается до величины потока остаточного намагничивания, а двигатель идет «вразнос». Особенно вероятен режим «разноса» у ненагруженного двигателя. Режим «разноса» является аварийным: центробежные силы деформируют обмотку якоря, якорь заклинивается, а в некоторых случаях и разрушается.

У нагруженного двигателя увеличение скорости вращения происходит не столь резко, так как уменьшение магнитного потока при постоянном моменте вращения приводит к такому увеличению тока якоря, при котором произведением IяRя уже нельзя пренебрегать. Но и в этом случае обрыв цепи возбуждения может быть опасным.

6.7. Двигатели с последовательным и смешанным возбуждением.

Схема двигателя постоянного тока последовательного возбуждения изображена на рисунке 6.15.

Обмотка возбуждения двигателя включена последовательно с якорем, поэтому магнитный поток двигателя изменяется вместе с изменением нагрузки. Так как ток, потребляемый двигателем, достаточно велик, обмотка возбуждения имеет небольшое число витков.

Из- за последовательного включения обмоток якоря и возбуждения (рис.6.15), магнитный поток Ф пропорционален току I (если пренебречь насыщением магнитопровода), и в формуле следует положить , где k — постоянный коэффициент. Тогда

вращающий момент двигателя последовательного возбуждения пропорционален квадрату тока, потребляемого двигателем.

Выразим магнитный поток через вращающий момент:

и подставим в приближенное выражение скорости вращения двигателя:

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp(6.16)

Отсюда видно, что для двигателей последовательного возбуждения опасен режим холостого хода, т.к. при уменьшении момента на валу до нуля, скорость вращения неограниченно увеличивается (рис.6.16), двигатель идет «вразнос». Это обстоятельство требует такого сочленения двигателя последовательного возбуждения с рабочей машиной, при котором режим холостого хода исключён. Рабочие характеристики двигателя последовательного возбуждения приведены на рис.6.16.

Скорость вращения двигателя последовательного возбуждения можно регулировать либо изменением подводимого напряжения, либо изменением магнитного потока возбуждения за счет шунтирования обмотки возбуждения (рис.6.17). Второй способ более экономичен.

Двигатель последовательного возбуждения имеет существенные преимущества, благодаря квадратичной зависимости вращающего момента от тока. Так, например, он развивает больший пусковой момент, что очень важно для электропривода на транспорте (благодаря этому, двигатель способен быстро набирать скорость после остановки). Однако резко выраженная зависимость скорости вращения от нагрузки и опасность «разноса» ограничивают область применения этих двигателей.

Указанных недостатков лишены двигатели смешанного возбуждения (рис.6.18).

Характеристики этих двигателей являются промежуточными между характеристиками двигателей параллельного и последовательного возбуждения.

При согласном включении последовательной и параллельной обмоток возбуждения двигатель смешанного возбуждения имеет больший пусковой момент, по сравнению с двигателем параллельного возбуждения. При встречном включении обмоток возбуждения двигатель приобретает жесткую механическую характеристику. С увеличением нагрузки магнитный поток последовательной обмотки увеличивается и, вычитаясь из потока параллельной обмотки, уменьшает общий поток возбуждения. При этом скорость вращения двигателя не только не уменьшается, а может даже увеличиваться (рис.6.19). И в том, и в другом случае наличие магнитного потока параллельной обмотки исключает режим «разноса» двигателя при снятии нагрузки.

Сайт ориентирован на работу в INTERNET EXPLORER 4.0 и выше.
Разрешение 800х600 и больше. Используйте кнопку F11

©, Центр телекоммуникационных технологий, авторы, 2002
webmasters: Р.Романов Г.Сидоров e-mail: physics@tspu.tula.ru

Якорь в генераторе: что это и как его проверить

Якорь в генераторе: что это и как его проверить

Одной из очень важных частей автомобиля является якорь в генераторе: что это и как его проверить разберём дальше. От хорошего состояния всех запасных частей автомобиля зависит его работоспособность. Генератор является «сердцем» автомобиля, поэтому требует ухода и своевременной замены деталей.

Что такое якорь генератора

Во-первых, разберём, что такое якорь генератора и для чего он предназначен. Это подвижная часть, в которой вырабатывается электрический ток. Якорь состоит из нескольких элементов: вала, щелочного узла, сердечника, обмотки возбуждения, коллектора и контактных колец.

Состоящий из нескольких листов электрической стали, сердечник монтируется в вал или в цилиндрическую втулку. Концы обмотки крепятся к пластинам, из которых состоит коллектор, и он соединяется с валом через изолирующую втулку. Всё это составляет единый узел якоря генератора, снабжающего электрические части машины током.

Как можно заметить, строение якорного узла состоит из нескольких элементов и каждый из них влияет на работу автомобиля. При выходе из строя даже самой маленькой детали, может потребоваться ремонт генератора в Люберцах, во время которого специалист проверит его, выявит проблему.

Распространённой проблемой генераторной системы является слабость щеточного узла, отвечающего за подачу и отвод электротока. При нарушении его работы возникают проблемы с освещением, работой датчиков, уменьшением напряжения в сети. Поэтому якорный узел и все остальные компоненты генератора нуждаются в регулярной проверке и обслуживании.

Как снять якорь генератора

Для того, чтобы провести проверку или заменить деталь, нужно знать, как снять якорь генератора правильно, не повредив детали. Конечно, можно сделать это самим в гараже. Или доверить это сотрудникам автосервиса, делающим ремонт стартёров и генераторов в автомобилях разных марок.

Для начала нужно аккуратно снять генератор из машины. После этого снимаем крышку, отделяем диодный мост и щётки. Аккуратно фиксируем шкив в тисках через резиновые прокладки и откручиваем его головку. Работа не требует торопливости, так как детали достаточно хрупки и при чрезмерных усилия могут просто сломаться.

Сам якорь генератора вставлен в подшипник. Поэтому, его необходимо аккуратно выбить из крепления, не повредив вал. Деталь у нас в руках. Дальше проверяем её состояние, смотрим что нужно заменить, и, собственно, занимаемся непосредственно ремонтом и обслуживанием якоря генератора.

После ремонта собираем систему и монтируем обратно. Для удобства используйте во время всех работ средство WD-40. Оно поможет мягко снять все детали и не повредит ни один болтик. Так же стоит заранее позаботиться о наличии ключей разных размеров.

Как прозвонить якорь генератора мультиметром

Отдельно стоит разобрать диагностику неполадок или как прозвонить якорь генератора мультиметром для выявления поломок. Эта важная часть автомобиля снабжает остальные энергией, поэтому нарушения исправности работы будут заметны невооруженным глазом. Очень важно своевременно найти и устранить проблему, так ка это может негативно сказаться на состоянии авто.

Признаками нарушений работы якоря генератора могу быть разряжающийся аккумулятор, гул, сильное нагревание статора, появление горелого запаха и свечение сигнальной лампы. При появлении хотя бы одного из этих явлений, можно обратиться к тем, кто делает ремонт стартеров автомобилей, для подтверждения и решения проблемы.

Проверка якорного узла и остальных частей генератора поста. К аккумулятору выключенного авто соблюдая полярность присоединяем щупы прибора. В режиме вольтметра смотрим на показатели напряжения. После этого, заводим машину и снова сверяем показатели. Величина напряжения, подаваемого на клеммы, отличается у разных автомобилей, поэтому перед началом процедуры уточните их нормальные показатели.

Увеличение и уменьшение показателя напряжения свидетельствуют об имеющихся в генераторном узле неисправностях. Прозвон мультиметром является первичным способом диагностировать неполадки в работе машины и приступить к поиску проблем.

Как разобрать якорь генератора

О том, как разобрать якорь генератора, мы уже упоминали. Для этого потребуются отвертки и накидные ключи разных размеров. Кроме того, рекомендуется узнать, чем смазать генератор в процессе разборки для улучшения функционирования. Эту информацию, обычно, оговаривают производители машины, поэтому для разной техники она может отличаться.

Итак, как мы узнали – якорь генератора является очень важной частью в работе автомобиля. В нём идёт выработка электрического тока для снабжения всей машины энергией. При любом признаке его неисправности стоит провести диагностику и обслуживание. Благодаря этому машина прослужит долгие годы.

Электропитающие устройства и линии автоматики, телемеханики и связи — Реакция якоря генератора постоянного тока

§ 33. Реакция якоря и коммутация тока
Реакция якоря.

При нагрузке генератора в обмотке якоря появляется ток, в результате чего сердечник якоря намагничивается и становится источником дополнительного магнитного потока — потока якоря Фя. Поток якоря накладывается на поток основных полюсов Ф, в результате чего изменяется результирующее поле и появляется ряд нежелательных явлений, ухудшающих работу электрической машины.
Влияние магнитного потока якоря на поток основных полюсов при нагрузке называют реакцией якоря. Для уяснения действия реакции якоря воспользуемся методом наложения. На рис. 146, а изображено магнитное поле в генераторе при отключенной нагрузке, когда по обмотке якоря ток не проходит. Перпендикулярно потоку основных полюсов через ось якоря проходит геометрическая нейтраль ГН, на которой установлены щетки. Направление магнитных линий поля якоря (рис. 146, б) легко определить по правилу буравчика. При указанном направлении вращения якоря токи в активных проводах обмотки, расположенных выше нейтрали ГН, направлены за плоскость чертежа, а ниже нейтрали в противоположную сторону.

Рис. 146. Магнитные поля полюсов (а), якоря (б) и результирующее магнитное поле (в)

Ось магнитного поля якоря перпендикулярна оси поля основных полюсов. На рис. 146, в представлена картина совмещенного поля, когда ток имеется в обмотках возбуждения и якоря.
Поясним распределение магнитной индукции результирующего поля под полюсными наконечниками. В данном случае область под набегающими краями полюсов (см. рис. 146, а и б) расположена под левым краем северного и правым краем южного полюсных наконечников. Магнитные линии основных полюсов и якоря направлены в разные стороны, поэтому здесь ослабляется результирующее поле, т. е. снижается магнитная индукция. В противоположной части, т. е. под сбегающими краями полюсных наконечников, магнитные линии основных полюсов и якоря имеют одинаковое направление, поэтому магнитная индукция поля в этой области увеличивается.
Таким образом, магнитная индукция результирующего поля оказывается перераспределенной, а ось результирующего потока — повернутой относительно оси полюсов у— у на угол β (рис. 146, е). На этот же угол повернется и нейтральная плоскость, которую в данном случае называют физической нейтралью ФН. В результате между щетками и вращающимся коллектором усиливается искрение, нагреваются и преждевременно выходят из строя щетки. Под действием реакции якоря не только меняется направление результирующего магнитного потока, но и снижается его значение. Под набегающими краями полюсов магнитный поток Ф основных полюсов уменьшается полем якоря на ΔФ1, а под сбегающими краями полюсов этот же поток увеличивается на ΔФ2. Так как магнитная цепь машины достаточно насыщена, то сбегающие края полюсов подмагничиваются незначительно и ΔФ2 < ΔФ1. Поэтому результирующий магнитный поток Фрез: Ф -— ΔФ1+ΔФ2 < Ф.
Уменьшение магнитного потока снижает э. д с. и напряжение генераторов постоянного тока, ухудшает работу подключенных к ним приемников энергии.

Для уменьшения размагничивающего действия якоря на нейтральной плоскости устанавливают дополнительные полюсы. Дополнительные полюсы (рис. 147) создают поток Фдп, равный потоку якоря Фя и направленный навстречу ему. При этих условиях потоки Фдп и Фя уравновешивают друг друга и в машине действует только магнитный поток Ф основных полюсов. Магнитный поток якоря зависит от тока якоря, равного току нагрузки 1. С увеличением нагрузки (т. е. с уменьшением сопротивления) поток якоря Фя увеличивается, а с уменьшением нагрузки — уменьшается. Таким же образом должен изменяться и поток дополнительных полюсов Фд1. Такая автоматическая компенсация потоков Фк и Фдп осуществляется благодаря последовательному соединению обмотки дополнительных полюсов и обмотки якоря, а также тщательному расчету магнитной цепи машины.
В двигателях постоянного тока в результате реакции якоря результирующий магнитный поток и физическая нейтраль смещаются в направлении, противоположном вращению якоря. Поэтому при том же направлении вращения якоря дополнительные полюсы двигателя должны иметь полярность, противоположную полярности дополнительных полюсов генератора.
Внутреннее сопротивление генератора складывается из сопротивления обмотки якоря и обмотки дополнительных полюсов. Чтобы снизить внутреннее падение напряжения, необходимо снизить внутреннее сопротивление генератора. Поэтому обмотки якоря и дополнительных полюсов имеют малое сопротивление.

Электродвигатель постоянного тока. Принцип действия и устройство.

www.motors33.ru

На рис. 1-1 представлена простейший электродвигатель постоянного тока, а на рис. 1-2 дано его схематическое изображение в осевом направлении. Неподвижная часть двигателя, называемая индуктор, состоит из полюсов и круглого стального ярма, к которому прикрепляются полюсы. Назначением индуктора является создание в электродвигателе основного магнитного потока. Индуктор изображенной на рис. 1-1 имеет два полюса 1 (ярмо индуктора на рис. 1-1 не показано).
Вращающаяся часть электродвигателя состоит из укрепленных на валу цилиндрического якоря 2 и коллектора. 3. Якорь состоит из сердечника, набранного из листов электротехнической стали, и обмотки, укрепленной на сердечнике якоря. Обмотка якоря в показанном на рис. 1-1 и 1-2 простейшем электродвигателе имеет один виток. Концы витка соединены с изолированными от вала медными пластинами коллектора, число которых в рассматриваемом случае равно двум. На коллектор налегают две неподвижные щетки 4, с помощью которых обмотка якоря соединяется с внешней цепью.
Основной магнитный поток в нормальных электродвигателях постоянного тока создается обмоткой возбуждения, которая расположена на сердечниках полюсов и питается постоянным током. Магнитный поток проходит от северного полюса N через якорь к южному полюсу S и от него через ярмо снова к северному полюсу. Сердечники полюсов и ярмо также изготовляются из ферромагнитных материалов.

Рис. 1-1. Простейший электродвигатель постоянного тока
Рис. 1-2. Работа простейшего электродвигателя постоянного тока в режиме генератора (а) и двигателя (б).

Генератор постоянного тока.

Рассмотрим сначала работу электродвигателя в режиме генератора.

Предположим, что якорь электродвигателя (рис. 1-1 и 1-2, а) приводится во вращение по часовой стрелке. Тогда в проводниках обмотки якоря индуктируется Э. Д. С., направление которой может быть определено по «правилу правой руки» и показано на рис. 1-1 и 1-2, а. Поскольку поток полюсов предполагается неизменным, то эта Э. Д. С. индуктируется только вследствие вращения якоря и называется Э. Д. С. вращения. В обоих проводниках вследствие симметрии индуктируются одинаковые Э. Д. С., которые по контуру витка складываются. Частота Э. Д. С. f в двухполюсном электродвигателе равна скорости вращения якоря n, выраженной в оборотах в секунду:
f = n,
а в общем случае, когда машина имеет р пар полюсов с чередующейся полярностью:
f = pn

Таким образом, в генераторе коллектор является механическим выпрямителем, который преобразовывает переменный ток обмотки якоря в постоянный ток во внешней цепи.

Двигатель постоянного тока.

Рассматриваемая простейшая машина может работать также двигателем, если к обмотке ее якоря подвести постоянный ток от внешнего источника. При этом на проводники обмотки якоря будут действовать электромагнитные силы и возникнет электромагнитный момент. Величины силы и момента определяются как и для генератора. При достаточной величине Мэм якорь электродвигателя придет во вращение и будет развивать механическую мощность. Момент Мэм при этом является движущим и действует в направлении вращения.
Если мы желаем, чтобы при той же полярности полюсов направления вращения генератора (рис. 1-2, а) и двигателя (рис. 1-2, б) были одинаковы, то направление действия а следовательно, и направление тока у двигателя должны быть обратными по сравнению с генератором (рис. 1-2, б).
В режиме двигателя коллектор превращает потребляемый из внешней цепи постоянный ток в переменный ток в обмотке якоря и работает, таким образом, в качестве механического инвертора тока.
Принцип обратимости. Из изложенного выше следует, что каждый электродвигателя постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Такое свойство присуще всем типам вращающихся электрических машин и называется обратимостью.
Для перехода машины постоянного тока из режима генератора в режим двигателя и обратно, при неизменной полярности полюсов и щеток и при неизменном направлении вращения требуется только изменение направления тока в обмотке якоря.
Поэтому такой переход может осуществляться весьма просто и в определенных условиях даже автоматически.
Аналогичным образом может происходить изменение режима работы также в электродвигателях переменного тока.

Еженедельные отправки по всей России:

Балашиха, Подольск, Химки, Королёв, Мытищи, Люберцы, Красногорск, Электросталь, Коломна, Одинцово, Домодедово, Серпухов, Щёлково, Орехово-Зуево, Раменское, Долгопрудный, Жуковский, Пушкино, Сергиев Посад, Реутов, Ногинск, Ростов-на-Дону, Таганрог, Шахты, Волгодонск, Новочеркасск, Батайск, Новошахтинск, Уфа, Стерлитамак, Салават, Нефтекамск, Октябрьский, Ставрополь, Пятигорск, Кисловодск, Невинномысск, Ессентуки, Челябинск, Магнитогорск, Златоуст, Миасс, Копейск, Махачкала, Хасавюрт, Дербент, Каспийск, Казань, Набережные Челны, Нижнекамск, Альметьевск, Краснодар, Сочи, Новороссийск, Армавир, Владивосток, Уссурийск, Находка, Артём, Самара, Тольятти, Сызрань, Новокуйбышевск, Екатеринбург, Нижний Тагил, Каменск-Уральский, Первоуральск, Симферополь, Керчь, Евпатория, Сургут, Нижневартовск, Нефтеюганск, Красноярск, Норильск, Ачинск, Барнаул, Бийск, Рубцовск, Ковров, Муром, Волгоград, Волжский, Камышин, Иркутск, Братск, Ангарск, Новокузнецк, Кемерово, Прокопьевск, Нижний Новгород, Дзержинск, Арзамас, Саратов, Энгельс, Балаково, Чебоксары, Новочебоксарск, Новый Уренгой, Ноябрьск, Пермь, Березники, Хабаровск, Комсомольск-на-Амуре, Архангельск, Северодвинск, Белгород, Старый Оскол, Череповец, Вологда, Калуга, Обнинск, Курск, Железногорск, Липецк, Елец, Новосибирск, Бердск, Оренбург, Орск, Томск, Северск, Тула, Новомосковск, Ульяновск, Димитровград, Ярославль, Рыбинск, Майкоп, Улан-Удэ, Назрань, Нальчик, Элиста, Черкесск, Петрозаводск, Сыктывкар, Йошкар-Ола, Саранск, Владикавказ, Кызыл,Ижевск,Абакан, Грозный, Якутск, Чита, Петропавловск-Камчатский, Благовещенск, Астрахань, Брянск, Воронеж, Иваново, Калининград, Киров, Кострома, Курган, Санкт-Петербург, Мурманск, Великий Новгород, Омск, Орёл, Пенза, Москва, Севастополь, Севастополь, Псков, Рязань, Южно-Сахалинск, Смоленск, Тамбов, Тверь, Тюмень

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *