6.1.11. Разновидности машин постоянного тока, их применение

В связи с быстрым развитием полупроводниковой техники, в частности, полупроводниковых выпрямителей, роль машин постоянного тока как источников электроэнергии несколько снизилась. Тем не менее, применения машин постоянного тока достаточно обширны. Они находят применение в качестве источников питания регулируемых электроприводов постоянного тока (приводы прокатных станов, экскаваторов, подъемно-транспортных машин), электролизных и гальванических установок в металлургии и химии. Во многих случаях генераторы постоянного тока используются в качестве возбудителей синхронных машин для питания их обмоток возбуждения. Широко распространены генераторы постоянного тока как источники электрической энергии в автономных транспортных средствах, судах и летательных аппаратах. Это во многом объясняется возможностью их параллельной работы с резервными источниками на транспортных средствах – аккумуляторами. Генераторы постоянного тока смешанного возбуждения, имеющие падающую внешнюю характеристику, используются для электросварки.

Распространение двигателей постоянного тока обусловлено возможностью глубокого и плавного регулирования частоты вращения и получения желаемых механических характеристик, возможностью работы при низкой частоте вращения с достаточно высоким к.п.д., а также большим пусковым моментом и перегрузочной способностью. Двигатель с независимым и смешанным (согласное включение) возбуждением, имеющие жесткие механические характеристики, применяются в регулируемых металлургических электроприводах, например, в приводах валков прокатных станов. Крупные двигатели постоянного тока приводят во вращение гребные винты на судах и мотор-колеса на большегрузных автомобилях, имеющих электрическую передачу энергии от силовой установки. В большинстве транспортных средств, судов, летательных аппаратов вспомогательные устройства приводятся в действие электродвигателями постоянного тока. Двигатели постоянного тока последовательного и смешанного возбуждения имеют мягкие механические характеристики. Они находят применение в качестве тяговых двигателей электровозов, тепловозов, трамваев, троллейбусов и т.п., где требуется большой пусковой момент для преодоления инерции больших масс при трогании и небольшой момент при движении на высоких скоростях. Такие же свойства двигателей постоянного тока используются в приводах подъемно-транспортных устройств (краны, лифты) и экскаваторов.

Кроме рассмотренных машин постоянного тока общепромышленного применения существуют множество специальных машин. Они имеют существенные особенности конструкции, но по характеру происходящих преобразований энергии относятся к типу машин постоянного тока. Можно отметить некоторые из них.

Например, в машинах постоянного тока малой мощности (от долей ватта до десятков-сотен ватт) для создания магнитного поля возбуждения могут применяться постоянные магнитны. Генераторы постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов чаще всего используются как датчики частоты вращения – тахогенераторы. Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами находят применение в качестве исполнительных двигателей в системах автоматики.

В униполярных (одноименнополюсных) машинах постоянного тока кольцевые обмотки возбуждения располагаются концентрически вокруг якоря таким образом, чтобы магнитный поток в активной зоне машины имел бы одно и то же направление (а не чередующееся, как в обычной машине). При этом ЭДС, индуцируемые в проводниках якоря также имеют одно направление, а токосъем с якорной обмотки осуществляется с помощью щеток и контактных колец, а не коллектора. Униполярные машины постоянного тока отличаются высоким КПД и применяются в качестве источников больших токов до 150 кА. Униполярные генераторы – наиболее подходящие источники питания для мощных электролизных установок. Перспективными являются и такие машины постоянного тока как магнитогидродинамические генераторы (МГД-генератор). По каналу, расположенному между полюсами такой машины, пропускается проводящая жидкость или газ (плазма). Под действием магнитного поля возбуждения в движущейся проводящей среде индуцируется ЭДС, которая включается в электрическую цепь с помощью электродов, закрепленных на стенках канала. Применение МГД-генераторов как приставки на тепловых и атомных электростанциях позволяет повысить к.п.д. станции с 4043% до 4550%. В качестве рабочей проводящей среды в таких МГД-генераторах используется ионизированная плазма, получаемая при сжигании обычного топлива или путем нагревания газа в атомных реакторах.

Как и всякая электрическая машина, МГД-машина обратима. МГД-двигатели используются в качестве электромагнитных насосов для перекачки жидкометаллических теплоносителей в ядерных реакторах. Плазменный МГД-двигатель рассматривается как вариант двигателя вспомогательных устройств космических кораблей.

В качестве перспективных конструкций двигателей постоянного тока можно отметить также беспазовые двигатели и двигатели с печатной обмоткой. Они обладают высокой надежностью и быстродействием и могут использоваться в качестве исполнительных двигателей робототехнических систем.