3. Машины постоянного тока (мпт)

3.1. Основные понятия о машинах постоянного тока. Назначение и устройство машин постоянного тока

Машина постоянного тока – это электромеханическое устройство, в котором механическая энергия преобразуется в электрическую (генераторный режим), или электрическая энергия преобразуется в механическую (двигательный режим).

Генераторы и двигатели постоянного тока устроены одинаково.

Основные части машины: неподвижный статор, вращающийся якорь и щеточно-коллекторный узел. Статор (рис. 1, а) состоит из станины, главных и дополнительных полюсов с обмотками. Станина 1 представляет собой полый стальной цилиндр, на внутренней поверхности которого укрепляются главные 2 и дополнительные полюса 3. На главных полюсах 2 размещается обмотка возбуждения 4, которая питается постоянным током и служит для создания основного магнитного поля, постоянного во времени и неподвижного в пространстве. Дополнительные полюса 3 со своей обмоткой 5 предназначены для уменьшения искрения на коллекторе.

Рис. 1. Устройство машины постоянного тока

Якорь (рис.1. б) барабанного типа представляет собой цилиндр, набранный из изолированных друг от друга листов электротехнической стали, с пазами на внешней поверхности. В пазах уложена обмотка 6 якоря, изготовленная из медного изолированного провода. Цепь якоря – это главная цепь машины.

Коллектор 7, расположенный на одном валу с якорем, представляет собой цилиндр, состоящий из медных клинообразных пластин, изолированных друг от друга и от вала. К пластинам коллектора припаяны начала и концы секций обмотки якоря. К коллектору с помощью пружины прижимаются графитные, угольно-графитные, медно-графитные или бронзо-графитные щетки 8. Они расположены в специальных щеткодержателях (рис. 1, в). Назначение щеточно-коллекторного узла: осуществлять скользящий контакт вращающейся обмотки якоря с внешней цепью; преобразовывать в режиме генератора переменную ЭДС в постоянное напряжение на щетках (механический выпрямитель); преобразовывать в двигателе постоянное напряжение источника в переменный ток якоря для обеспечения постоянного направления вращающего момента.

3.2. Работа машины постоянного тока в режиме генератора

При работе генератора используются явления электромагнитной индукции и механического действия магнитного поля на проводник с током.

Генератору необходимо сообщить механическую энергию, для чего якорь приводится во вращение первичным двигателем. Кроме того, необходимо создать магнитное поле. Для этого по обмотке возбуждения пропускают постоянный ток. При вращении якоря в магнитном поле в его обмотке наводится ЭДС, пропорциональная величине магнитного потока и частоте вращения якоря .

,

где – конструктивный коэффициент ЭДС.

Если к щеткам генератора подключить нагрузку, то под действием ЭДС в цепи якоря появится ток . Ток якоря взаимодействует с магнитным полем, возникают электромагнитные силы и момент, направленный противоположно вращению якоря. Поэтому он является тормозным и преодолевается первичным двигателем.

Величина момента пропорциональна магнитному потоку и току якоря

. (1)

Ток якоря возбуждает свое магнитное поле, которое, накладываясь на основное магнитное поле, искажает и уменьшает его. Это приводит к уменьшению ЭДС и искрению на коллекторе. Воздействие поля якоря на основное магнитное поле называется реакцией якоря.

По способу возбуждения генераторы постоянного тока делятся на три группы: генераторы независимого возбуждения, генераторы с самовозбуждением, генераторы с постоянными магнитами.

О свойствах генератора судят по характеристикам, показывающим зависимость между основными величинами, определяющими работу машины. Основные характеристики генератора: холостого хода, внешняя, регулировочная.