2.10.4. Машины постоянного тока

Схема машины постоянного тока показана на рис. 2.25. Обмотка якоря 2 расположена на роторе и представляет собой замкнутую многофазную обмотку, подключенную к коллектору, состоящему из коллекторных пластин 3, изолированных друг от друга, и щеток А и В. Коллектор связывает обмотку якоря с внешней цепью нагрузки при работе машины генератором или с сетью питания при работе двигателем. Обмотка возбуждения располагается на полюсах статора и присоединяется к независимому источнику постоянного тока или к якорю. Магнитный поток возбуждения Фв этой обмотки неподвижен в пространстве.

Рис. 2.25. Схема машины постоянного тока:

1 — обмотка возбуждения, 2 — обмотка якоря, 3 — пластины коллектора, А, В — щетки, Фв — магнитный поток возбуждения.

При вращении обмотки якоря в неподвижном магнитном . поле в ней индуцируется ЭДС с частотой

f2=p*n/60

Коллектор осуществляет согласование частоты f2 с частотой сети постоянного тока f1 = 0, т: е. преобразует переменную ЭДС, индуцированную в обмотке якоря, в постоянную ЭДС между щетками А и В коллектора, и во внешней цепи протекает постоянный ток.

При холостом ходе машины магнитный поток создается только обмоткой возбуждения. При работе машины под нагрузкой обмотка якоря создает свой магнитный поток.

Реакция якоря машины постоянного тока — воздействие магнитного поля якоря на магнитное поле машины. В результате реакции якоря магнитное поле машины искажается, что ведет к искрению под щетками. Кроме того, под действием реакции якоря магнитный поток машины при насыщенной магнитной цепи уменьшается, что приводит к уменьшению ЭДС по сравнению с ее значением при холостом ходе.

Для исключения этого явления делают некоторые изменения в конструкции машины, но действенной мерой является применение компенсационной обмотки, которая располагается в пазах главных полюсов и включается последовательно в цепь якоря таким образом, чтобы ее намагничивающая сила была направлена встречно с намагничивающей силой якоря и компенсировала ее действие. Компенсационная обмотка применяется в машинах средней и большой мощности.

Генераторы постоянного тока

Свойства генераторов зависят от способа питания их обмоток возбуждения, и в зависимости от этого они подразделяются на группы:

1 — генераторы с независимым возбуждением, обмотка возбуждения которых получает питание от независимого источника — рис. 2.26;

Рис. 2.26. Схема генератора независимого возбуждения:

Е — ЭДС генератора, U — напряжение на зажимах генератора, Iа,Iв,Iнагр — токи в цепях якоря, возбуждения и нагрузки, Rнагр — сопротивление нагрузки. грв — сопротивление регулирующего реостата в цепи возбуждения.

2 — генераторы с параллельным возбуждением, обмотка возбуждения которых присоединяется параллельно обмотке якоря — рис. 2.27;

3 — генераторы с последовательным возбуждением, обмотка возбуждения которых включается последовательно с обмоткой якоря — рис. 2.28;

4 — генераторы со смешанным возбуждением, у которых применяются обмотки параллельная и последовательная — рис. 2.29.

Двигатели постоянного тока

Свойства двигателей, как и генераторов, различаются в зависимости от способа включения обмотки возбуждения. Применяются двигатели с последовательным возбуждением — рис. 2.30, с параллельным возбуждением — рис. 2.31, со смешанным возбуждением — рис. 2.32.

Новым поколением двигателей постоянного тока являются двигатели серии 4П. Они различаются:

1 — по регулировочным свойствам — с нормальным регулированием частоты вращения — до 1 : 5, и с широким регулированием — до 1 : 1000;

Рис. 2.30. Схема двигателя с последовательным возбуждением:

Rп — сопротивление регулирующего реостата цепи последовательного возбуждения.

2 — по типу конструкции:

закрытые со степенью защиты IР44;

защищенные со степенью защиты IР23;

3 — по условиям эксплуатации:

нормальным, соответствующим значениям климатических факторов внешней среды УХЛ4 и в части воздействия механических факторов внешней среды — группе М1;

тяжелым условиям эксплуатации (УХЛЗ и М8), соответствующим работе во вспомогательных механизмах металлургического производства и др.

Для большинства двигателей номинальное напряжение — 110 и 220 В, диапазон частот вращения — 750...4000 об/мин. Разновидности двигателей серии 4П показаны в табл. 2.43. Применяются также двигатели серий 2П и П. Неисправности и отказы двигателей постоянного тока показаны в табл. 2.44.

Микромашины

Примером микромашин могут служить универсальные коллекторные двигатели, которые широко применяются в устройствах автоматики и в бытовых машинах. Питание двигателей может осуществляться как от источников переменного однофазного тока, так и от источников постоянного тока. По принципу устройства двигатель сходен с двигателем последовательного возбуждения. Отличие заключается в конструкции магнитной системы и в том, что катушки его обмотки возбуждения состоят из двух секций с промежуточными выводами — рис. 2.33. Секционирование обмотки делается потому, что при работе на переменном токе из-за падения напряжения в индуктивном сопротивлении обмоток частота вращения двигателя оказывается меньше, чем на постоянном токе. Для выравнивания скоростей при работе на постоянном токе включаются все витки обмотки возбуждения, а при работе на переменном токе только часть их.

Рис. 2.33. Схема универсального коллекторного микродвигателя:

В1,В2 — обмотки возбуждения.

Таблица 2.43 РАЗНОВИДНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ СЕРИИ 4П