Принцип работы постоянного тока: виды и принцип их работы

Содержание

виды и принцип их работы

Машины постоянного тока представляют собой возвратную электрическую машину, в которых происходит процесс преобразования энергии. В машинах, где механическая энергия преобразуется в электрическую, называются генераторами. Они предназначены для выработки электроэнергии. Для работы необходимо наличие какого-либо двигателя (дизеля, паровой или водяной турбины), который будет вращать вал генератора.

Обратное преобразование энергий происходит в электродвигателях. Они приводят в движение колесные пары локомотивов, вращают валы вентиляторов и т.д. Для работы необходимо подсоединение электродвигателя с источником электроэнергии посредством проводов.

Принцип работы электрических машин постоянного тока основан на использовании явления электромагнитной индукции, а также законов, которые определяют взаимодействие электрических токов и магнитных полей.

Эти машины включают в себя неподвижную и вращающуюся части. В конструкцию неподвижной части, или статора входят станина, главные и дополнительные полюса, подшипниковые щиты и щеточная траверса с графитовыми или медно-графитовыми щетками.

Вращающаяся часть, или ротор, в электрических машинах постоянного тока именуются якорем. Якорь, снабженный коллектором, в электродвигателях играет роль преобразователя частоты, а в генераторах – выпрямителя.

При вращении машины происходит перемещение якоря и статора относительно друг друга. Статор создает магнитное поле, а в обмотке якоря индуцируется э. д. с. Возникает ток, который при воздействии с магнитным полем создает электромагнитные силы, отвечающие за процесс преобразования энергии.

Электрические машины постоянного тока в зависимости от наличия или отсутствия коммутации бывают обычными и униполярными, а по расположению вала — вертикальными и горизонтальными.

По типу переключателей тока их можно подразделить на машины с щеточно-коллекторным и электронным переключателем. Последние называются еще вентильными электродвигателями.

По мощности они делятся на микромашины мощностью до 0,5 кВт, а также, машины малой, средней и большой мощности — 0,5-10 кВт, 10-200 кВт и более 200 кВт соответственно.

По частоте вращения различают тихоходные (до 300 об/мин), средней быстроходности (300-500 об/мин), быстроходные (1500-6000 об/мин) и сверхбыстроходные (более 6000 об/мин) электрические машины постоянного тока.

Принцип действия машин постоянного тока

Принцип действия машин постоянного тока.

Принцип действия генератора. Простейший генератор можно представить в виде витка, вращающегося в магнитном поле (рис. 1.4, а, б). Концы витка выведены на две пластины коллектора. К коллекторным пластинам прижимаются неподвижные щетки, к которым подключается внешняя цепь.

Принцип работы генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Пусть виток приводится во вращение от внешнего приводного двигателя ПД. Проводники активной части витка пересекают магнитное поле и в них по закону электромагнитной индукции наводятся ЭДС e1 и e2, направление которых определяется по правилу правой руки. При вращении витка по направлению движения часовой стрелки в верхнем проводнике, находящемся под северным полюсом, ЭДС направлена от нас, а в нижнем, находящемся под южным полюсом, – к нам. По ходу витка ЭДС складываются,  результирующая  ЭДС

е = е1 – е2.

Если внешняя цепь замкнута, то по ней потечет ток, направленный от нижней щетки к потребителю и от него – к верхней щетке. Нижняя щетка оказывается положительным выводом генератора, а верхняя – отрицательным. При повороте витка на 180° проводники из зоны одного полюса переходят в зону другого полюса и направление ЭДС в них изменяется на обратное. Одновременно верхняя коллекторная пластина входит в контакт с нижней щеткой, а нижняя – с верхней, направление тока во внешней цепи не изменяется. Таким образом, коллекторные пластины не только обеспечивают соединение вращающего витка с внешней цепью, но и выполняют роль переключающегося устройства, т. е. являются простейшим механическим выпрямителем.

Принцип действия двигателя. То же устройство работает в режиме электрического двигателя (рис. 1.5), если к щеткам подвести постоянное напряжение. Под дей­ствием напряжения

U через щетки, пластины коллектора и виток потечет  ток i. По закону электромагнитной силы (закон Ампера) взаимодействие тока и магнитного поля В создает силу f, которая направлена перпендикулярно i. Направление силы f определяется правилом левой руки (рис. 1.5): на верхний проводник сила действует вправо, на нижний – влево. Эта пара сил создает вращающий момент Мвр, поворачивающий виток по часовой стрелке. При переходе верхнего проводника в зону южного полюса, а нижнего – в зону северного полюса концы проводников и соединенные с ними коллекторные пластины вступают в контакт со щетками другой полярности.

Рис.1.5

Направление тока в проводниках витка изменяется на проти­воположное, а направление сил f, момента Мвр и тока во внешней цепи не изменяется. Виток непрерывно будет вращаться в магнитном поле и может приводить во вращение вал рабочего механизма (РМ).

Таким образом, коллектор в режиме двигателя не только обеспечивает контакт внешней цепи с витком, но и выполняет функцию механического инвертора, т.е. преобразует постоянный ток во внешней цепи в переменный ток в витке.

Рассмотрение принципа действия показывает, что машина постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя, т. е. обладает свойством обратимости.

Противодействующий момент и противо-ЭДС. При работе машины в режиме генератора по замкнутой внешней цепи и витку обмотки якоря протекает ток, направление которого совпадает с направлением ЭДС (рис. 1.4,6), взаимодействие тока с магнитным полем полюсов  создает момент М, направленный в рассматриваемом случае против часовой стрелки. Так как приложенный к витку вращающий момент приводного двигателя Мвр направлен по часовой стрелке, то возникающий при работе генератора момент называется противодействующим моментом М

np. По существу возникновение Мпр — это реакция машины на воздействие внешнего момента Мвр, а физическая природа противодействующего момента та же, что и вращающего момента у двигателя. В установившемся режиме работы генератора между Мвр и Мпр устанавливается равновесие  и  Мвр=Мпр.

При работе машины в режиме двигателя проводники якоря пересекают магнитное поле и в них наводится ЭДС (рис. 1.5,б). Ее направление определяется по правилу правой руки. В рассматриваемом случае она направлена против тока и, следовательно, навстречу приложенному напряжению сети U и поэтому называется противо-ЭДС Enp. Физическая природа противо-ЭДС та же, что и ЭДС генератора. В установившемся режиме работы двигателя между Enp и U устанавливается равновесие и можно считать, что Enp U .

Таким образом, при работе машины постоянного тока в любом режиме во вращающихся проводниках наводится ЭДС

Е и возникает момент М, но роль их в разных режимах различная.

Принцип действия машин постоянного тока

Принцип действия машин постоянного тока основан на 2-х законах:
1. Закон электромагнитной индукции: при перемещении проводника длиною l в магнитном поле с индукцией B со скоростью v, в нем возникает ЭДС (электродвижущая сила).

e=Blv

2. Закон электромагнитных сил: если проводник длиною l и с током i поместить в магнитное поле с индукцией B, на него будет действовать электромагнитная сила f.

f=Bli

Если рамку длиной l вращать в магнитном поле с индукцией B со скоростью v, на основании закона электромагнитной индукции в сторонах рамки будет наводиться ЭДС.

Чтобы определить направление действия ЭДС пользуются правилом правой руки.

Правило правой (а) и левой (б) руки.

τ=(πD)/(2p),

где p – число пар полюсов;
D — диаметр якоря;
τ – полюсное деление, показывающее какая часть длины окружности, которую описывает рамка, приходится на 1 полюс.
Число пар полюсов машины постоянного тока всегда кратно двум.

Ток всегда имеет то же направление, что и ЭДС.

Если рамку через кольцо соединить с внешней цепью, то по внешней цепи будет течь ток, совпадающий по форме и направлению с ЭДС.

Для того, чтобы во внешней цепи протекал постоянный ток, разрезаем кольцо на два полукольца и к каждому полукольцу подсоединяем по одному концу рамки. Замена кольца на два полукольца обеспечивает во внешней цепи однонаправленный ток.

Полукольца являются прообразом коллектора машины постоянного тока. Для того, чтобы ЭДС и ток на выходе машины был постоянным, надо увеличить число рамок и число полуколец.

Таким образом, коллектор в машине постоянного тока является механическим выпрямителем, если машина работает в генераторном режиме и механическим инвертором, если машина работает в двигательном режиме.

Внутри машины постоянного тока всегда действует переменное ЭДС и по обмотке якоря протекает переменный ток.

Если к рамке подвести ток, совпадающий по направлению с ЭДС, то на каждую сторону рамки на основании закона электромагнитных сил будет действовать сила, направление действия которой определяется правилом левой руки.

Для того чтобы рамка под действием сил начала вращаться, нужно иметь две силы и плечо. Чтобы выполнить это действие, все электрические машины изготавливаются круглой формы.

Для того чтобы на зажимах генератора постоянного тока появилось напряжение, его нужно привести во вращение от постороннего источника механической энергии и подать напряжение на обмотку возбуждения, и тогда на основании закона ЭМИ (электромагнитной индукции) на выходе генератора появится ЭДС.

Если к генератору подключить нагрузку, то по якорю генератора начнет протекать ток. И как только по якорю начнет протекать ток, в якоре генератора начнет действовать закон электромагнитных сил и будет создаваться момент, приложенный на встречу механической энергии, в результате чего якорь генератора будет притормаживаться.

Таким образом, в генераторе постоянного тока, работающем под нагрузкой, действуют оба закона: закон электромагнитных сил, который ухудшает работу машины, и закон ЭМИ, являющийся основным законом, на котором основан принцип действия генератора.

Для того чтобы якорь двигателя постоянного тока начал вращаться, необходимо создать магнитный поток с помощью обмотки возбуждения и подвести к якорю напряжение, тогда по обмотке якоря начнет протекать ток и в машине начнет действовать закон электромагнитных сил, который приведет якорь во вращение.

Как только якорь начнет вращаться, начнет действовать закон ЭМИ и будет создаваться ЭДС, направленная навстречу подводимому напряжению.

Так как в машине постоянного тока независимо от режима работы действуют оба закона, одна и та же машина может работать как двигателем, так и генератором.

Машина постоянного тока обратима, т.е. одна и та же машина может работать в разных режимах, в зависимости от того, какой вид энергии к ней подводится: электрический или механический.

1 Принцип действия и устройство машин постоянного тока

Модуль 4: «Машины постоянного тока»

(Конспект лекций)

1. Принцип действия и устройство машин постоянного тока

(Тема 39)

1.1. Принцип действия машин постоянного тока

Режим генератора. На рис. 1.1, а представлен фрагмент машины постоянного тока, а на рис. 1.1, б, в дано схематическое изображение этой машины в осевом направлении. Основной магнитный поток в нормальных машинах создается обмоткой возбуждения, расположенной на полюсах 1 неподвижной части машины – индукторе.

Магнитный поток проходит от северного полюса к южному через подвижную часть машины – якорь 2 (рис. 1.1) и замыкается по ярму машины (на рис. 1.1 ярмо индуктора не показано).

Рекомендуемые файлы

Якорь набран из пластин электротехнической стали и имеет форму цилиндра с пазами, в которые уложена обмотка, в рассматриваемом случае, состоящая из одного витка.

Концы витка обмотки соединены с изолированными от вала медными пластинами коллектора 3, число которых в раcсматриваемом случае равно двум. На коллектор наложены две неподвижные щетки 4, с помощью которых обмотка якоря соединяется  с внешней цепью.

Предположим, что якорь машины приводится во вращение по часовой стрелке. В проводниках обмотки якоря, перемещающемся в магнитном  поле, наводится ЭДС. Направление ЭДС определяют по правилу правой руки. Поскольку направление магнитного потока остается неизменным, ЭДС индуктируется только при вращении якоря и называется ЭДС вращения. Величина индуктируемой в проводнике ЭДС – по закону электромагнитной индукции

,                                         (1.1)

где В – магнитная индукция в воздушном зазоре между полюсом и якорем в месте расположения проводника; l – активная длина проводника, на протяжении которой он расположен в магнитном поле;  u – составляющая скорости перемещения, нормальная к вектору магнитной индукции.

Индуктируемые в проводниках ЭДС по контуру витка складываются и ЭДС витка

                                (1.2)

ЭДС  является переменной, так как проводники обмотки проходят попеременно под северным и южным полюсами, в результате чего направление ЭДС в них меняется. По форме кривая ЭДС повторяет кривую индукции в зазоре машины. Частота ЭДС в двухполюсной машине равна частоте вращения якоря n (об/с):

                                                       

в полюсной машине

                                           (1.3)

Если замкнуть виток обмотки якоря на внешнее сопротивление r, то в цепи потечет ток

                                     (1.4)

Этот ток будет переменным и будет иметь ту же форму, что и ЭДС (рис. 1.2, а). По внешней цепи направление тока будет постоянным, что объясняется действием коллектора: под верхней щеткой всегда будет находиться пластина коллектора, соединенная с проводником, расположенным под северным полюсом. Форма кривой тока и напряжения во внешней цепи показана на рис. 1.2,

б.

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

Ток обмотки якоря:

а) создаст на внутреннем и внешнем сопротивлениях падения напряжения, уравновешивающие ЭДС:

;                              (1.5)

б) выделит на сопротивлениях соответствующие мощности.

 

Уравнение мощностей получим умножив  (1.5) на ток

                                                                   (1.6)

или

,               (1.7)

где — электромагнитная мощность генератора; р — мощность потерь на внутреннем сопротивлении генератора; Р2 — мощность, выделенная на внешнем сопротивлении цепи – полезная мощность.

Из (1.7) следует, что генератор отдает в сеть только часть развивающейся в нем электромагнитной мощности, другая проявляется в виде потерь.

Проводники обмотки якоря с током i находятся в магнитном поле, на них (по закону Ампера) будут действовать электромагнитные силы (см. рис.1.1, б)

,                                    (1.8)

направление которых определяют по правилу левой руки. Эти силы создают механический вращающий момент , который называется электромагнитным моментом (см. рис.1.1, б):

,                                   (1.9)

где диаметр якоря. В режиме генератора этот момент действует против направления вращения якоря и является тормозным.

Режим двигателя. Рассматриваемая машина постоянного тока может работать в режиме двигателя, если к обмотке якоря подвести постоянный ток от внешнего источника. На проводники обмотки будут действовать электромагнитные силы (см. рис. 1.1, в) и возникнет электромагнитный момент, определяемые по формулам (1.8) и (1.9). При достаточной величине электромагнитного момента якорь придет во вращение и машина будет развивать механическую мощность. 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.

В проводниках обмотки вращающегося якоря по закону эле-ктромагнитной индукции наведется ЭДС, определяемая по формуле (1.1) и направленная против тока.

На основании второго правила Кирхгофа записывают уравнение равновесия напряжений:

              (1.10)

или

.                                         (1.11)

Умножив (1.11) на ток, получим

,                                     (1.12)

или

                                         (1.1З)

Из (1.13) следует, что в электромагнитную мощность превращается только часть подведенной мощности Р

1, а остальная покрывает потери.

Таким образом, независимо от назначения (и даже рода тока) действие электрических машин основано на двух законах: на законе электромагнитной индукции , сформулированном Фарадеем (или  — в формулировке Максвелла), и законе Ампера (законе электромагнитных сил), определяющем взаимодействие токов с магнитными потоками. Из сравнения равенств (1.5), (1.11) следует: в двигательном режиме  > , генераторном > .

Образуемый во внешней цепи пульсирующий по величине ток малопригоден для практических целей. Для получения практически свободных от пульсаций тока и напряжения, а также во избежание возникновения чрезмерно большого напряжения между соседними коллекторными пластинами число пластин коллектора должно быть достаточно большим. Обычно при  В

,

соответственно возрастает и количество секций (витков) обмотки якоря. Пример такой обмотки, уложенной в пазы якоря, показан на рис. 1.3, а. При вращении якоря в проводниках обмотки индуцируется ЭДС, направление которой на рис. 1.3, б.

 В проводниках, расположенных по одну сторону симметрии, разделяющей полюсы, ЭДС направлена всегда в одну сторону, независимо от угловой скорости. При вращении одни проводники уходят под другой полюс, на их место приходят

 другие проводники, а в пространстве, под полюсом одной полярности, картина почти неподвижна, только одни проводники сменяются другими.

Следовательно, возможно получить практически неизменную ЭДС от этой части обмотки.

В половине обмотки ( в двухполюсной машине) наводится ЭДС одного знака, а в другой противоположного, как показано на эквивалентной схеме обмотки (рис. 1.3, б). По контуру обмотки якоря ЭДС в ее частях направлены встречно и взаимно уравновешиваются. Вследствие этого при холостом ходе генератора, т. е. при отсутствии внешней нагрузки, по обмотке якоря ток не проходит.

Внешняя цепь соединяется с якорем через щетки, устанавливаемые на геометрической нейтрали.

Для улучшения контакта щетки выполняют в виде прямоугольных графитовых брусков, а скользят они по поверхности коллектора, который собирают из медных пластин, изолированных друг от друга.

1.2. Устройство машины постоянного тока

Магнитное поле в машинах постоянного тока создают полюсы 1, укрепленные на неподвижных магнитопроводящих станинах-ярмах 2 (рис. 1.4). Полюсы изготавливают в виде стальных сердечников, собранных из отдельных листов (только для упрощения технологии), на которых укреплены обмотки возбуждения 3. Полюсы – это электромагниты, обмотки которых питаются постоянным током от якоря самой машины или от независимого источника. В машинах мощностью выше 0,5 кВт между основными – главными – полюсами размещают добавочные полюсы 20 для улучшения токосъема с коллектора. Эти полюсы, как и главные, крепят болтами к ярму машины. Ярмо в современных машинах обычно выполняют из стали (из стальных труб в машинах малой мощности, из листового проката или стального литья). Чугун вследствие относительно малой магнитной проницаемости не применяют.

Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта — 3 Технологические требования к подготовке полуфабрикатов для супов.

В машинах постоянного тока массивное ярмо является одновременно и станиной, т.е. той частью, где крепят другие неподвижные части машины и с помощью которой машина крепится к фундаменту или другому основанию. В поле полюсов помещают насаженный на вал якорь 4 — стальной цилиндр, набранный из листов электротехнической стали с выштампованными по периферии пазами 5 для укладки обмотки. Сердечники якоря диаметром более 100 см составляют из штампованных сегментов электротехнической стали. Сегменты набирают на корпус якоря, изготовленного из листового проката, и с помощью втулки соединяют с валом. Листы якоря изолируют друг от друга оксидной пленкой или лаком для уменьшения вихревых токов.

В сердечнике якоря могут быть аксиальные или радиальные каналы в зависимости от выбранной системы вентиляции.

Выступающие с каждой стороны из сердечника якоря лобовые части 7 обмотки имеют вид цилиндрического кольца и своими внутренними поверхностями опираются на обмоткодержатели 8, а по внешней стороне крепятся проволочными бандажами 6. Обмотку соединяют с коллектором 9 — механическим выпрямителем переменной ЭДС, наводимой в якоре, в постоянное напряжение на выходе генератора (иди инвертором для двигателя). Коллектор 12 укреплен на валу 10 якоря и состоит из медных пластин 11, изоли-рованных друг от друга миканитовыми пластинами и изоляционными шайбами 12 от нажимного устройства, стягивающего пластины в цилиндр. Для токосъема с коллектора (скользящий контакт) установлен щеточный аппарат, состоящий из нескольких групп щеткодержателей 13, укрепленных на траверсе 14. В щеткодержателях помещены щетки (графитные или медно-графитные), прижатые к коллектору пружинами. Траверсы укреплены на станине или подшипниковом щите 15 и допускают перемещение всех щеток по дуге коллектора (для установки в нужном положении).

Коллектор и щеточный аппарат являются весьма ответственными узлами машины, от конструкции и качества изготовления которых в большой степени зависит бесперебойная работа машины и надежность электрического контакта между коллектором и щетками.

Вал машины 10 с укрепленными на нем якорем и коллектором вращается в подшипниках 16, установленных в подшипниковых щитах 15. На валу в большинстве машин постоянного тока крепится крыльчатка вентилятора 17 для охлаждения активных частей машины. Воздух поступает в машину через жалюзи 19, прогоняется вентилятором через активную часть машины. Нагретый воздух выбрасывается через вентиляционные окна 18.

Одноякорные машины постоянного тока строят мощностью до 10 МВт и напряжением до 1000 В (для электрифицированных железных дорог до 1500 В). Большие напряжения ограничены условиями токосъема. При больших мощностях строят двух и многоякорные машины с общим валом. Машины постоянного тока наиболее сложны в изготовлении, менее надежны в эксплуатации в дорогостоящи. В то же время простота и экономичность регулирования скорости вращения в этих машинах обеспечивают им широкое применение.

Принцип действия, устройство электрических машин постоянного тока

По роду тока все современные электрические машины делятся на машины постоянного и переменного тока. Несмотря на большое разнообразие конструкций, общие принципы работы электрических машин одинаковы. Все современные электрические машины работают на основе явлений электромагнитной индукции.

Постоянным называется ток, протекающий по проводнику только в одном направлении. Получение постоянного тока может быть двояким: от генераторов постоянного тока или из переменного тока путем его выпрямления при помощи специальных устройств-выпрямителей, преобразующих переменный ток в постоянный.

Простейший генератор постоянного тока (рис. 168, а и б) имеет полюсы электромагнита N и S, между которыми вращается виток проволоки в виде рамки, концы которой припаяны к полукольцам А и Б, вращающимся вместе с витком.

Полукольца А и Б изолированы между собой и от вала и представляют из себя в простейшем виде коллектор, служащий для выпрямления тока во внешней цепи. На полукольца опираются неподвижные щетки I и II, по которым ток с полуколец А и Б направляется во внешнюю цепь. При вращении в магнитном поле в рамке будет индуктироваться переменная по величине и направлению электродвижущая сила. Как было рассмотрено ранее, эта э. д. с. изменяется по синусоиде и зависит от положения, занимаемого проводниками а и б в магнитном поле. При этом направление э. д. с., индуктируемой в каждый данный момент в витке, определяется по правилу правой руки.

В те моменты, когда ток в витке меняет свое направление, полукольца меняют щетки (рис. 168, а и б), поэтому во внешней цепи ток будет иметь все время одно и то же направление, но будет меняться по величине. График изменения э.д.с. в витке можно изобразить кривой, показанной на схеме в (рис. 168), а график изменения тока во внешней цепи, соединенной с генератором, будет иметь вид, изображенный на схеме г. Как видно из последнего графика, э.д.с. во внешней цепи за полный оборот рамки не меняется по направлению, а меняется по величине от нуля до максимума, снова до нуля и т. д. Поэтому э.д.с. в таком виде имеет большую пульсацию, и ток, протекающий по замкнутому контуру, носит название пульсирующего. Чтобы «сгладить» пульсацию и получить ток во внешней цепи, близкий к постоянному по величине, в генераторах устанавливают не один виток с двумя полукольцами, а очень много витков, концы которых припаивают к коллекторным пластинам. При этом витки оказываются сдвинутыми относительно друг друга на небольшой угол и при вращении всех витков пульсация значительно уменьшается.

В этом случае ток, вырабатываемый генератором, будет практически постоянным как по направлению, так и по величине. На практике в генераторах берется такое количество витков обмоток и коллекторных пластин, что получаемая на щетках э.д.с. имеет совершенно незначительную пульсацию (порядка 1% от среднего значения э.д.с.) и ее величина поэтому считается постоянной.

Конструкции основных элементов генераторов и двигателей постоянного тока, вследствие общности их принципов и обратимости работы, одни и те же.

На рис. 169 показаны основные части и компоновка генератора постоянного тока. Генератор состоит из следующих основных частей: станины с закрепленными в ней полюсами — электромагнитами, якоря с обмоткой и коллектором, токоснимающего устройства (щеткодержатели, щетки, траверсы), переднего и заднего подшипниковых щитов.

Станиныу современных электрических машин отливаются из стали и в зависимости от типа электрической машины выполняются различной формы (прямоугольные, квадратные, восьмигранные, круглые и т. д.).

К станине крепится магнитная система (создает магнитный поток), состоящая из полюсных сердечников (рис. 170).

Вследствие общности принципов работы основные элементы конструкции генераторов и дви¬гателей постоянного тока одни и те же.

Полюсные сердечники с полюсными наконечниками образуют полюсы электромагнита, служащие для создания магнитного поля. Полюс генератора, как и всякий электромагнит, состоит из сердечника и надетой на него катушки, по которой проходит электрический ток, называемый током возбуждения. Этот ток создает магнитный поток. Катушки возбуждения составляют обмотку возбуждения машины, названную так потому, что при прохождении по ней тока она создает (возбуждает) магнитное поле генератора. Количество полюсов у генератора, как правило, четное (2, 4, 6 и более). При этом северные и южные полюсы чередуются между собой. Полюсные сердечники, как и полюсные наконечники, собираются из отдельных листов (пластин) электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Сердечники полюсов изготовляются отдельно от станины и крепятся к ней, как это показано на рис. 170.

Якорь — вращающаяся часть машины — служит для несения обмотки, в которой индуктируется переменная э.д.с.; он состоит из сердечника и обмотки. В современных машинах сердечник якоря собирается из листов электротехнической стали толщиной 0,35—0,5 мм, изолированных друг от друга специальной тонкой бумагой или покрытых изолирующим лаком. Отдельные листы сердечника якоря штампуются такой формы, чтобы после сборки их на наружной поверхности якоря образовались пазы, в которые затем укладываются секции обмоток якоря из изолированной медной проволоки. Секции обмоток соединяются между собой в определенной последовательности.

Набранный таким образом якорь надевается на стальной вал машины, на котором он закрепляется при помощи шпонки.

На одном валу с якорем насажен коллектор и вентилятор. Коллектор представляет собой полый барабан, собранный из медных пластин, изолированных друг от друга и от вала ма¬шины. Количество пластин равно количеству секций якоря, так как к каждой коллекторной пластине припаивается начало од¬ной и конец другой секции. Пластины изготовляются из твердо¬тянутой меди соответствующего профиля и изолируются друг от друга прокладками из миканита (склеенные под давлением листочки слюды). Для соединения коллекторных пластин с кон¬цами обмотки в углу каждой пластины вырезается углубление, в которое вводят (вбивают) концы секций, произведя их пайку.

Коллектор является одной из наиболее ответственных частей электрической машины.

Над коллектором укрепляется траверса со щеткодержателями. Щетки вставляются в гнезда щеткодержателей и прижимаются к коллектору пружинами, натяжение которых можно регулировать. Щетки должны обеспечивать хороший контакт, чтобы при работе не вызывать искрения, повышения сопротивления и нагрева.

В современных электрических машинах применяют угольные, меднографитные и графитные щетки.

Якорь с коллектором вращается в подшипниках, находящихся в подшипниковых щитах. Последние крепятся с боков болтами к станине. Между якорем и башмаками полюсных сердечников имеется небольшой зазор, называемый междужелезным пространством.

На корпусе машины обычно устанавливается клеммная коробка, в которой имеются изолированные друг от друга и от корпуса машины болтовые зажимы — клеммы, служащие для соединения машины с сетью. Основные неподвижные части электрической машины образуют статор, вращающиеся — ротор. В машинах постоянного тока якорь является ротором, а магнитная система (иногда называется индуктором)—статором.

Похожие статьи

Генератор постоянного тока – принцип действия, устройство, как работает

Генератор постоянного тока предназначен для преобразования кинетической энергии в электрическую. Используется в качестве источника электроэнергии в тепловозах, автомобилях, промышленных установках и т.д.

Представляет собой обратимую электрическую машину. В зависимости от схемы подключения может работать как генератор или как электродвигатель.

Принцип действия генератора постоянного тока основан на физическом явлении электромагнитной индукции. Заключается в том, что если проводник передвигается в магнитном поле, в нем возникает электрический ток. Такой ток называется индукционным.

Важным условием является то, что проводник должен пересекать поле, а не двигаться вдоль него.

Схематично это явление можно описать следующим образом. Если проводник, например, медную проволоку в виде рамки поместить между двумя полюсами подковообразного магнита, он будет находиться в постоянном магнитном поле.

Затем начнем вращать эту рамку. В процессе вращения она будет пересекать магнитный поток. Вследствие этого, внутри проволоки индуцируется электродвижущая сила э.д.с.

Если концы этой рамки соединить, то под воздействием э.д.с., потечет индукционный ток. Если включить в эту цепь амперметр, он покажет наличие в ней тока. Это и есть самый простой макет генератора.

Для того, чтобы подключить рамку к электрической цепи, ее крепят к полукольцам. Две щетки контактируют с вращающимися полукольцами поочередно, и через них индукционный ток поступает далее в электрическую цепь. Полукольца устанавливают на оси, вокруг которой вращается рамка. Это упрощенная схема коллектора.

Когда рамка переходит через горизонтальное положение (нейтраль), щетки одновременно переключаются с одного полукольца на второе. В этот момент стороны рамки магнитных силовых линий не пересекают. В таком положении э.д.с. и, соответственно, ток равны 0. Благодаря этому переключение щеток не сопровождается искрением.

На величину электродвижущей силы влияют следующие факторы:

  • длина проволоки;
  • величина индукции магнитного поля;
  • частота вращения.

Величина э.д.с. (Е) меняется по синусоидальной траектории, с пиками при прохождении рамкой вертикальных положений. В эти моменты она перпендикулярно пересекает максимум силовых линий. Нулевые значения отмечаются при прохождении нейтрали. После ее пересечения э.д.с. меняет свое направление.

В свою очередь, коллектор, чередуя каждые пол оборота полукольца на щетках, выпрямляет переменную э.д.с. На выходе получается пульсирующий, в виде выпрямленной синусоиды, постоянный ток.

КАК НА ВЫХОДЕ ПОЛУЧАЕТСЯ ПОСТОЯННЫЙ ТОК

Для того, чтобы можно было пользоваться генератором, как источником энергии, ток нужно сгладить. Если увеличить количество рамок до двух и расположить их перпендикулярно друг другу. Тогда пиковые значения Е и, соответственно, тока будут возникать уже каждые четверть оборота.

Если их соединить последовательно, индуцируемый ток будет суммироваться. А его выходная характеристика будет иметь вид двух, смещенных между собой на четверть периода выпрямленных синусоид. Пульсация значительно уменьшится.

Если количество последовательных рамок еще увеличивать, тогда значение тока будет все больше приближаться к идеальной прямой. Кроме того, величина электродвижущей силы напрямую зависит от длины проводника. Поэтому количество рамок делают большим, а их совокупность и составляет обмотку вращающейся части генератора — якоря.

Для последовательного соединения витков обмотки, конец предыдущего нужно соединить с началом следующего. Делают это на полукольцах или, как их называют, пластинах. Их количество будет равняться количеству витков.

Другим фактором, влияющим на величину Е, является сила магнитного поля. Индукция магнитного потока обычного магнита слишком маленькая, а потери в среде между двумя полюсами наоборот очень большие.

Для решения первой проблемы вместо постоянного магнита используют гораздо более сильный электромагнит. Для решения второй проблемы сердечник якоря выполняют из стали. Также уменьшают до самого минимума зазор между якорем генератора и полюсами электромагнита.

Ток, протекающий в якоре, образуют своего рода электромагнит, и создает свое магнитное поле. Это явление называется реакция якоря. В нем также возникает реактивная э.д.с. Вместе они искажают магнитное поле. Чтобы это скомпенсировать, устанавливаются добавочные полюса. Они включаются в цепь якоря и полностью перекрывают это негативное воздействие.

По источнику тока возбуждения генераторы бывают:

  • с независимым возбуждением;
  • с самовозбуждением.

Необходимый для работы генератора магнитный поток создается благодаря току, проходящему через обмотки главных полюсов. Этот ток называется током возбуждения. При независимом возбуждении обмотка питается от аккумулятора или другого источника питания. При самовозбуждении питается током якоря.

Благодаря тому, что сердечники полюсов обладают остаточным магнетизмом, они создают небольшой магнитный поток. Если якорь начинает вращаться, этого потока достаточно для появления в витках якоря небольшого индукционного тока.

Этот ток, попадая в обмотку возбуждения полюсов, усиливает рабочий магнитный поток. Это приводит к увеличению тока в якоре и происходит цепная реакция. Таким образом, генератор быстро выходит на расчетную мощность.

По схеме подключения обмотки якоря к обмотке возбуждения генераторы с самовозбуждением делятся на три типа:

  • с параллельным возбуждением;
  • с последовательным возбуждением;
  • со смешанным возбуждением.

Схема возбуждения влияет на характеристики генератора и особенности его применения. Основным его параметром является внешняя характеристика, выражающая зависимость напряжения на выходе от тока нагрузки при заданной частоте вращения и параметрах возбуждения. Также к основным характеристикам относится мощность и КПД, который достигает 90-95%.

УСТРОЙСТВО ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Генератор состоит из двух частей:

  • подвижная вращающаяся часть якорь;
  • неподвижная – статор.

Статор состоит из станины, магнитных полюсов, подшипникового щита с подшипниками. Станина — это несущая часть генератора, на которой размещены все его части. Внутри установлены полюсы с сердечниками и обмотками возбуждения. Изготавливается из ферромагнитных материалов.

Ротор или якорь состоит из сердечника, вала, коллектора и вентилятора. В качестве опоры для якоря используются подшипники, установленные на боковых подшипниковых щитах статора.

Преимущества и область применения.

Генераторы постоянного тока обладают следующими достоинствами:

  • простота конструкции, компактность;
  • надежность;
  • экономичность;
  • обратимость, то есть возможность использования в качестве электродвигателя;
  • практически линейная внешняя характеристика.

Недостатки:

  • высокая стоимость;
  • ограниченный срок службы щеточно-коллекторного узла.

Используются в различных отраслях производства, в строительстве, в промышленных установках, сварочном оборудовании, в машиностроении, на предприятиях металлургической промышленности, в автомобильном, железнодорожном, воздушном и морском, транспорте.

  *  *  *


© 2014-2022 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер, могут выражать мнение автора и не подлежат использованию в качестве руководящих и нормативных документов.

Принцип работы генератора переменного и постоянного тока

Как известно, при прохождении тока через проводник (катушку) образуется магнитное поле. И, наоборот, при движении проводника вверх-вниз через линии магнитного поля возникает электродвижущая сила. Если движение проводника медленное, то соответственно возникающий электрический ток будет слабым. Значение тока прямо пропорционально напряженности магнитного поля, числу проводников, и соответственно скорости их движения.

Простейший генератор тока состоит из катушки, изготовленной в виде барабана, на которую намотана проволока. Катушка крепится на валу. Барабан с проволочной обмоткой еще называют якорем.

генератор тока

Для снятия тока с катушки, конец каждого провода припаивается к токособирающим щеткам. Эти щетки должны быть полностью изолированы друг от друга.

Электрический мотор

Генератор переменного тока

генератор переменного тока

При вращении якоря вокруг своей оси происходит изменение электродвижущей силы. Когда виток поворачивается на девяносто градусов сила тока максимальная. При следующем повороте падает к значению нуля.

генератор переменного тока

Полный оборот витка в генераторе тока создает период тока или, другими словами, переменный ток.

Генератор постоянного тока

Генератор постоянного тока

Для получения постоянного тока используется переключатель. Он представляет собой разрезанное кольцо на две части, каждая из которых присоединена к разным виткам якоря. При правильной установке половинок кольца и токособирающих щеток, за каждый период изменения силы тока в устройстве, во внешнюю среду будет поступать постоянный ток.

Генератор постоянного тока

Крупный промышленный генератор тока имеет неподвижный якорь, именуемый статором. Внутри статора вращается ротор, создающий магнитное поле.

Обязательно прочитайте статьи про автомобильные генераторы:

В любом автомобиле есть генератор тока, работающий при движении машины для питания электрической энергией аккумулятора, систем зажигания, фар, радиоприемника и т.д. Обмотка возбуждения ротора является источником магнитного поля. Для того чтобы магнитный поток обмотки возбуждения подводился без потерь к обмотке статора, катушки помещают в специальные пазы стальной конструкции.

автомобильный генератор тока

Таким образом, генератор тока является современным устройством, способный преобразовывать энергию механического движения в электрическую.

Оцените качество статьи:

Двигатель постоянного тока

или двигатель постоянного тока: что это такое? (Схема прилагается)

Что такое двигатель постоянного тока?

Принцип двигателя постоянного тока

Когда токопроводящий проводник помещается в магнитное поле, он испытывает крутящий момент и имеет тенденцию двигаться.

Другими словами, когда магнитное поле и электрическое поле взаимодействуют, возникает механическая сила. Электродвигатель постоянного тока или электродвигатель постоянного тока работает по этому принципу. Это называется автомобильным движением.

Направление вращения этого двигателя задается правилом левой руки Флеминга, которое гласит, что если указательный, средний и большой пальцы вашей левой руки вытянуты взаимно перпендикулярно друг другу и если указательный палец представляет направление движения В магнитном поле средний палец указывает направление тока, затем большой палец представляет направление, в котором сила действует на вал двигателя постоянного тока .

Конструктивно и конструктивно двигатель постоянного тока в точности похож на генератор постоянного тока, но электрически все наоборот.

Здесь, в отличие от генератора, мы подаем электрическую энергию на входной порт и получаем механическую энергию из выходного порта. Мы можем представить это на блок-схеме, показанной ниже.

В двигателе постоянного тока, показанном выше, напряжение питания E и ток I подаются на электрический порт или входной порт, и мы получаем механический выходной сигнал, то есть крутящий момент T и скорость ω, из механического порта или выходного порта.

Параметр K связывает переменные порта ввода и вывода двигателя постоянного тока .

Итак, из рисунка выше мы можем хорошо понять, что двигатель — это явление, прямо противоположное генератору постоянного тока, и мы можем получить как двигательную, так и генераторную работу от одной и той же машины, просто поменяв местами порты.

Подробное описание двигателя постоянного тока

Чтобы понять двигатель постоянного тока в деталях, рассмотрим схему ниже:

Круг в центре представляет двигатель постоянного тока. По кругу рисуем кисти. На щетках подключаем внешние клеммы, через которые подаем напряжение питания.

На механическом терминале у нас есть вал, выходящий из центра якоря, и вал соединяется с механической нагрузкой. На выводах питания последовательно изображаем сопротивление якоря R а .

Теперь позвольте входному напряжению E приложить к щеткам. Электрический ток, протекающий через якорь ротора через щетки в присутствии магнитного поля, создает крутящий момент T g . За счет этого крутящего момента T g якорь двигателя постоянного тока вращается.

Поскольку по проводникам якоря проходят токи, а якорь вращается внутри магнитного поля статора, он также создает эдс E b аналогично генератору.

Генерируемая ЭДС E b направлена ​​противоположно подаваемому напряжению и известна как обратная ЭДС, поскольку она противодействует прямому напряжению.
Обратная ЭДС, как и в случае генератора, представлена ​​как

Где, P = количество полюсов
φ = поток на полюс
Z = No.проводов
A = количество параллельных путей
и N — скорость двигателя постоянного тока.

Итак, из приведенного выше уравнения мы можем видеть, что E b пропорционально скорости «N.» То есть всякий раз, когда двигатель постоянного тока вращается; это приводит к генерации обратной ЭДС. Теперь представим скорость ротора через ω в рад / с. Итак, E b пропорционально ω.

Итак, когда приложение нагрузки снижает скорость двигателя, E b уменьшается. Таким образом, увеличивается разница напряжений между питающим напряжением и обратной ЭДС, что означает увеличение E — E b .

Из-за этой увеличенной разницы напряжений увеличивается ток якоря и, следовательно, крутящий момент, и, следовательно, увеличивается скорость. Таким образом, двигатель постоянного тока способен поддерживать одинаковую скорость при переменной нагрузке.

Теперь ток якоря I a представлен как

Теперь при запуске скорость ω = 0, поэтому при запуске E b = 0.

Теперь, поскольку электрическое сопротивление обмотки якоря R a мало, этот двигатель имеет очень высокий пусковой ток при отсутствии обратной ЭДС.В результате нам необходимо использовать стартер для запуска двигателя постоянного тока.
Теперь, когда двигатель продолжает вращаться, начинает генерироваться обратная ЭДС, и постепенно ток уменьшается по мере того, как двигатель набирает скорость.

Типы двигателей постоянного тока

Двигатели прямого действия классифицируются в зависимости от соединения обмотки возбуждения с якорем.

Существует 3 основных типа двигателей постоянного тока:

  1. Двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой
  2. Двигатель постоянного тока с последовательной обмоткой
  3. Двигатель постоянного тока с комбинированной обмоткой

Каков принцип работы генератора постоянного тока?

Генераторы — это электрические машины, работа которых начинается при отключении электроэнергии из местной сети.Здесь начинают работать генераторы, вырабатывая электричество. Эти электрические машины работают как источник электроэнергии для многих бизнес-объектов, промышленных зданий и даже домов, когда электричество отключено. Генераторы делятся на два типа генераторов переменного и постоянного тока. Мы здесь, чтобы объяснить вопрос «каков принцип работы генератора постоянного тока?» и подробно обсудите DC. Linquip собрал самую актуальную и точную информацию по этой теме, которую вы можете прочесть.

Прежде чем мы обсудим основную тему этой статьи, мы должны узнать о структуре и основных функциях контроллеров домена. Давайте кратко рассмотрим конструкцию, функции, детали и компоненты генераторов постоянного тока.

Что такое генератор постоянного тока?

Как упоминалось ранее, существует два типа генераторов в зависимости от выходной мощности: генераторы переменного и постоянного тока. Основная функция генераторов постоянного тока — преобразовывать механическую энергию в электрическую. Существует множество источников, которые обеспечивают механическую энергию для генераторов постоянного тока, таких как двигатели внутреннего сгорания, водяные, газовые и паровые турбины и даже ручные кривошипы.Для генераторов постоянного тока определена обратная функция: эту обратную работу можно выполнить с помощью электродвигателя.

Двигатель постоянного тока преобразует электрическую мощность в механическую. Генераторы постоянного тока вырабатывают электроэнергию на основе закона электромагнитной индукции Фарадея. Согласно этому закону, когда проводник движется в магнитном поле, магнитные силовые линии перерезаются. Это приводит к индукции электромагнитной силы в проводнике.

Чтобы получить более четкий ответ на вопрос «каков принцип работы генератора постоянного тока?», Давайте также кратко остановимся на его частях и компонентах.В следующем разделе мы очень кратко расскажем вам об основных частях генератора постоянного тока и о том, как они работают. Продолжай читать.

Конструкция генератора постоянного тока

В предыдущем разделе мы очень кратко объяснили, что такое генератор постоянного тока. Теперь мы хотим, чтобы вы поближе познакомились с его конструкцией. В одном генераторе постоянного тока есть много компонентов, которые помогают всей машине функционировать должным образом. В различных статьях упоминается более десяти частей для генераторов постоянного тока.

Мы не будем подробно останавливаться на всех этих компонентах, потому что объяснение функций этих частей выходит за рамки данной статьи и уводит нас от основной темы нашего обсуждения. В следующих разделах вы прочитаете о четырех наиболее важных компонентах генератора постоянного тока, которые помогут вам найти ответ на вопрос «каков принцип работы генератора постоянного тока?»

Статор

Одной из наиболее важных частей генератора постоянного тока является статор, работа которого заключается в создании магнитных полей, вокруг которых вращаются катушки.Статор состоит из двух устойчивых магнитов с противоположными полюсами, обращенными друг к другу. Эти магниты помещаются в область ротора.

Ротор

Ротор или сердечник якоря — еще одна важная часть генератора постоянного тока. В роторе есть металлические пластины с прорезями, которые уложены друг на друга, образуя цилиндрический сердечник якоря. Обычно потери снижаются из-за вихревых токов в этих слоях.

Коммутатор

Коммутатор работает как выпрямитель для преобразования переменного напряжения в постоянное в усилении обмотки якоря.Он имеет медный сегмент, и каждый медный сегмент с помощью листов слюды экранирован друг от друга. Он находится на валу машины.

Щетки

С помощью щеток можно обеспечить электрическое соединение между коммутатором и внешней цепью нагрузки.

Теперь, когда вы знакомы с сущностью и основными компонентами генератора постоянного тока, понять, как работает генератор постоянного тока, похоже на кусок пирога. В следующем разделе мы собираемся обсудить, как работает генератор постоянного тока, на понятном языке.Оставайтесь с нами.

Подробнее о Linquip

Каков принцип работы генератора постоянного тока?

В предыдущих разделах мы обсуждали, что определяет генератор постоянного тока и как он работает. В этом разделе мы поговорим о принципе работы генераторов постоянного тока.

Как упоминалось ранее, генератор постоянного тока — это преобразователь энергии, который превращает механическую энергию в электрическую. Это изменение формы энергии происходит на основе принципа электромагнитной индукции, что означает, что везде, где происходит изменение магнитного потока, связанного с проводником, в нем индуцируется ЭДС или электромагнитная сила.Эта индукция вызывает протекание тока, если цепь проводника замкнута.

Итак, исходя из того, что мы уже сказали, основные требования к генератору постоянного тока — это магнитное поле и проводник. Проводник перемещается, чтобы разрезать магнитный поток. Таким образом, можно сказать, что генератор постоянного тока работает по принципу динамически индуцированной электромагнитной силы. Это то, что гласит закон электромагнитной индукции Фарадея: когда проводник с током помещается в переменное магнитное поле, в проводнике индуцируется ЭДС.С другой стороны, согласно правилу правой руки Флеминга, при изменении направления движения проводника изменяется и направление индуцированного потока.

Представьте себе якорь, вращающийся по часовой стрелке, и проводник слева, движущийся вверх. Теперь, когда якорь совершит половину оборота, направление движения проводника изменится на обратное. Таким образом, направление тока в каждой арматуре будет меняться. Но в коммутаторе с разъемным кольцом соединения проводов якоря меняются местами, когда происходит реверсирование тока.Следовательно, на выводах получаем однонаправленный ток.

Простой для понимания пример принципа работы генератора постоянного тока

Позвольте нам упростить для вас функцию и принцип работы генератора постоянного тока. Вы должны заметить, если генератор очень маленький, например, он используется в магазине, небольшой мастерской, кинотеатре или доме, основным двигателем или поставщиком механической энергии является дизельный двигатель. Если генератор очень большой, как на электростанциях, то первичным двигателем будет водяная, паровая или газовая турбина.

Когда механическая энергия, подаваемая первичным двигателем, передается генератору, якорь генератора начинает вращаться. Обычно полюса ярма делают из постоянных магнитов. Это означает, что согласно законам электромагнитной индукции Фарадея проводники якоря отсекают слабое магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами, и в обмотке якоря индуцируется небольшое количество ЭДС. Эта индуцированная электромагнитная сила обеспечивает циркуляцию небольшого количества тока через обмотку возбуждения и усиливает подаваемый магнитный поток и, следовательно, наведенную ЭДС.Таким образом, за счет усиления магнитного потока и ЭДС генератор выдает номинальное напряжение.

Заключение

Каков принцип работы генератора постоянного тока — это основная тема этой статьи, на которую мы попытались ответить. Чтобы ответить на этот вопрос, во-первых, мы решили дать очень короткое, но полезное объяснение того, что такое генератор постоянного тока. Следующим шагом было знакомство с основными компонентами этого преобразователя энергии. Итак, мы подробно остановились на 4 наиболее важных частях генератора постоянного тока и на том, как они работают.

Наконец, мы перешли к разделу о том, что такое принцип работы генератора постоянного тока, и попытались объяснить это на ярком примере. Если у вас возникнут другие вопросы по теме, Linquip готов на них ответить. Все, что вам нужно, это зарегистрироваться. Кроме того, если у вас есть опыт использования генераторов постоянного тока, будем рады, если вы поделитесь им в комментариях. Надеюсь, вам понравилась эта статья.

Принцип работы двигателя постоянного тока

Двигатель постоянного тока — это электрическая машина, преобразующая электрическую энергию в механическую.Принцип работы двигателя постоянного тока определяется следующим образом: «Когда проводник с током помещается в магнитное поле, на проводник действует сила, которая стремится к проводнику».

Направление вращения двигателя задается Правилом левой руки Флеминга , а величина механической силы определяется как F = BIL Newton .

Конструкция двигателя постоянного тока

Конструктивно нет разницы между генератором постоянного тока и двигателем постоянного тока.Фактически, машина постоянного тока может использоваться как генератор или как двигатель.

Самыми важными частями двигателя постоянного тока являются ротор и статор . Ротор имеет обмотку якоря, а статор удерживает обмотку возбуждения.

Частями двигателя постоянного тока являются

  1. Магнитная рама или ярмо
  2. Полюсный сердечник и полюсный башмак
  3. Обмотка возбуждения или обмотка
  4. Сердечник и обмотка якоря
  5. Коммутатор
  6. Щетки
  7. Подшипники и вал

В зависимости от расположения обмотки возбуждения и обмотки якоря существуют различные типы двигателей постоянного тока, такие как двигатель постоянного тока с независимым возбуждением, двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой, последовательный двигатель постоянного тока и двигатель постоянного тока составного типа.

Для подробного изучения, изучите конструкцию машин постоянного тока.

Принцип работы двигателя постоянного тока

Задумывались ли вы, как работает двигатель постоянного тока при включении питания?

Чтобы понять принцип работы двигателя постоянного тока , давайте рассмотрим следующий рисунок. На рисунке показана часть многополюсного двигателя постоянного тока. Он имеет два полюса поля: северный (северный) полюс и южный (южный) полюс. Ротор изображен в виде полукруга, который несет проводник якоря (показан маленькими кружками).

Когда двигатель постоянного тока подключен к источнику постоянного тока, постоянный ток течет через щетки и коммутатор к обмотке якоря. Как только ток проходит через коммутатор, он становится переменным.

Проводники якоря под северным полюсом переносят ток во внутреннем направлении (показано плюсом). Точно так же проводники под южным полюсом проводят ток во внешнем направлении (показано минусом). Следовательно, группа проводников под следующими друг за другом полюсами переносит ток в противоположном направлении.

Теперь каждый проводник под соответствующими полюсами испытывает силу в направлении, заданном правилом левой руки Флеминга.

Правило левой руки Флеминга

Правило Флемингса гласит: «Вытяните указательный, средний и большой пальцы левой руки так, чтобы они были взаимно перпендикулярны друг другу. Если указательный палец представляет направление поля (B), а средний палец представляет направление тока (I), то большой палец указывает направление силы (F) ».

Согласно приведенному выше правилу, когда проводник с током помещается в магнитное поле перпендикулярно, он испытывает механическую силу в направлении, взаимно перпендикулярном как полю, так и проводнику с током.

Стрелка, показанная над каждым проводником, указывает направление силы, действующей на него. Эти силы вместе создают вращающий момент, который вращает двигатель постоянного тока.

Величина механической силы определяется как

F = BIl Ньютон —> (1)

В этом уравнении B представляет плотность магнитного потока, I — ток, протекающий через обмотка якоря и l — длина проводника в магнитном поле.

Когда к обмотке якоря подключен источник постоянного тока, через двигатель постоянного тока начинает течь ток. Магнитное поле создается обмоткой возбуждения. Согласно уравнению (1) механическая сила вращения, испытываемая проводниками якоря, зависит от тока, магнитного поля и длины проводника.

Таким образом, преобразование электрической энергии в механическую происходит во время работы двигателя постоянного тока.

Back Emf

Как только проводники якоря начинают вращаться, магнитное поле обрезается.Таким образом, в проводниках якоря индуцируется динамически индуцированная ЭДС в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея. Созданная таким образом ЭДС называется противо-ЭДС.

Направление этой наведенной ЭДС таково, что она противодействует току якоря, который определяется законом Ленца.

T На приведенной выше диаграмме представлена ​​схема двигателя постоянного тока, в которой E b обозначает обратную ЭДС, а стрелка вверх обозначает направление наведенной ЭДС.

Величина этой наведенной обратной ЭДС равна ЭДС, индуцированной в генераторе постоянного тока, которая определяется как

, где Φ — создаваемый магнитный поток,

Н — скорость ротора в оборотах в минуту,

Z — общее количество проводников,

P — общее количество полюсов и

A — количество параллельных путей.

Приложенное напряжение должно проталкивать ток через проводники якоря против обратной ЭДС E b .

Таким образом, произведенная механическая энергия является результатом преодоления током якоря динамически индуцированной ЭДС.

Важность обратной ЭДС

Эквивалентная схема двигателя постоянного тока показана на рисунке ниже. Цепь якоря состоит из сопротивления якоря R a, противоэдс E b и падения контактной щетки V br .Он подключен к источнику постоянного тока напряжением В.

Из схемы можно заметить, что приложенное напряжение должно быть достаточно большим, чтобы постоянно преодолевать падения сопротивления якоря, контакт щетки и обратную ЭДС. Он определяется выражением,

, где V — приложенное напряжение, E b — развитая обратная ЭДС, I a — ток якоря, R a — сопротивление якоря, V br — сопротивление якоря. падение контакта кисти.

Так как капля при контакте с щеткой очень мала, ею можно пренебречь.Следовательно, приведенное выше уравнение можно переписать как:

Из уравнения (1) можно заметить, что наведенная обратная ЭДС (E b ) зависит от скорости якоря (N). Аналогично из уравнения (2) видно, что ток якоря (Ia) зависит от обратной ЭДС (Eb) при постоянном приложенном напряжении и сопротивлении якоря.

Рассматривая оба уравнения, мы можем сказать, что при высокой скорости якоря обратная ЭДС будет большой и, следовательно, ток якоря мал.Если скорость низкая, то обратная ЭДС меньше, что приводит к большему значению тока якоря. Следовательно, создается высокий крутящий момент.

Таким образом, наличие обратной ЭДС заставляет двигатель постоянного тока действовать как регулятор или саморегулирующийся механизм.

Часто задаваемые вопросы

Принцип работы параллельного двигателя постоянного тока

Принцип работы параллельного двигателя постоянного тока , последовательного двигателя постоянного тока и всех других двигателей постоянного тока можно сформулировать следующим образом:

Когда проводник с током помещается в магнитное поле, на него действует сила .

В случае двигателя постоянного тока магнитное поле создается обмоткой возбуждения. А обмотка якоря подключена к внешнему питающему напряжению, следовательно, она играет роль проводника с током, помещенного в магнитное поле.

Поэтому на якорь, помещенный в магнитное поле, действует сила, и он начинает вращаться. Направление вращения двигателя постоянного тока можно определить по правилу левой руки Флеминга
.


При включении двигателя постоянного тока постоянный ток течет через проводники якоря и обмотки возбуждения.Этот поток тока создает поле якоря и полюсное поле. Теперь есть два магнитных поля в воздушном зазоре между полевыми башмаками и якорем. Эти два поля взаимодействуют друг с другом и вращают якорь.

Коммутатор меняет направление тока якоря через равные промежутки времени, так что поле якоря всегда отражается полюсным полем. Поскольку якорь постоянно отталкивается полюсами поля, он продолжает вращать якорь в том же направлении.

Обратная ЭДС в двигателе постоянного тока


Когда обмотка якоря двигателя постоянного тока вращается в магнитном поле, создаваемом обмоткой возбуждения, она сокращает магнитный поток. Следовательно, в обмотке якоря индуцируется ЭДС согласно законам электромагнитной индукции Фарадея.

Но по закону Ленца эта наведенная ЭДС действует в направлении, противоположном напряжению питания якоря.

Следовательно, эта ЭДС известна как обратная ЭДС и обозначается E b .Эта обратная ЭДС, индуцированная в двигателе постоянного тока, может быть выражена математически следующим образом:

E b = (PφNZ) / 60A вольт

Где P = количество полюсов
Φ = поток на полюс в Wb
N = скорость двигателя в RPM
Z = количество проводов якоря
A = количество параллельных путей

Значение обратной ЭДС в двигателе постоянного тока


Когда к двигателю не приложена нагрузка, ему требуется очень небольшой крутящий момент, необходимый для преодоления потерь на трение и сопротивление воздуха.Следовательно, двигатель потребляет очень небольшой ток якоря.

Ток якоря, I a = (V — E b ) / R a

Следовательно, разница между приложенным напряжением и обратной ЭДС очень мала.

Но когда мы начинаем нагружать двигатель, это снижает скорость якоря. Это приводит к падению обратной ЭДС. Эта уменьшенная обратная ЭДС вызывает протекание большего тока через обмотку якоря, а больший ток приводит к увеличению крутящего момента.

Таким образом, двигатель создает больший крутящий момент при замедлении. Таким образом, двигатель начнет работать со скоростью, при которой ток якоря будет достаточным для создания требуемого крутящего момента за счет нагрузки.

С другой стороны, когда нагрузка на двигатель уменьшается, скорость якоря увеличивается из-за превышения крутящего момента привода. Это увеличивает обратную ЭДС, что приводит к уменьшению тока якоря. Таким образом, обратная ЭДС в двигателе постоянного тока автоматически регулирует ток якоря в соответствии с требованиями нагрузки.

Спасибо, что прочитали о принцип работы параллельного двигателя постоянного тока .

Двигатели постоянного тока | Все сообщения

© https://yourelectricalguide.com/ принцип работы параллельного двигателя постоянного тока.

Что такое двигатель постоянного тока — конструкция, тип, принцип работы, регулирование скорости

Что такое двигатель постоянного тока?

Это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. В современном мире техники и технологий двигатель постоянного тока (двигатель постоянного тока) находит широкое применение.Двигатели постоянного тока можно найти во всем, от электробритв до автомобилей. В зависимости от области применения используются различные типы двигателей постоянного тока, чтобы приспособиться к этому широкому спектру приложений.

Каков принцип работы двигателя постоянного тока?

Принцип работы двигателя постоянного тока : Когда токопроводящий проводник помещается в магнитное поле, на него действует механическая сила.

Как найти направление создаваемой силы?

Направление силы, создаваемой , определяется правилом левой руки Флеминга.

Что такое правило левой руки Флеминга?

Правило Флеминга для левой руки : Когда средний палец указательного пальца и большой палец левой руки расположены взаимно перпендикулярно друг другу, тогда большой палец задает направление магнитной силы, указательный палец задает направление магнитного поля, а средний палец задает направление тока

Величина силы равна

.

F = BIL Sinθ

B — магнитное поле, I — ток, L — длина проводника в магнитном поле, θ — угол между магнитным полем и током

Что такое обратная ЭДС?

Когда якорь вращается, проводники также разрезают линию магнитного потока и, следовательно, согласно закону Фарадея электромагнитной индукции, в проводниках якоря генерируется ЭДС в направлении, противоположном току якоря.Это известно как Back EMF

.

Обратная ЭДС прямо пропорциональна скорости двигателя

Магнитный поток — это произведение среднего магнитного поля и площади перпендикуляра, через которую оно проникает

Первый закон электромагнитной индукции Фарадея

Когда происходит относительное движение между проводником и магнитным полем, магнитная связь с катушкой изменяется, и это изменение магнитного потока индуцирует напряжение на катушке

2-й закон электромагнитной индукции Фарадея

В нем указано, что величина ЭДС, индуцированная в катушке, равна скорости изменения магнитного потока, связанного с катушкой.

Потоковая связь катушки — это произведение количества витков в катушке и магнитного потока, связанного с катушкой.

Значение обратной ЭДС

Предположим, что нагрузка на двигатель внезапно снизилась, тогда потребуется инвентарный запас по сравнению с настоящим разговором. Таким образом, разговор о доступе будет иметь тенденцию к увеличению скорости двигателя, но обратная ЭДС, пропорциональная скорости двигателя, также увеличивается, тем самым уменьшая ток якоря, и крутящий момент, пропорциональный току якоря, будет уменьшаться до тех пор, пока он не станет достаточным для нагрузки.

Аналогично для случая повышенной нагрузки.

Детали двигателя постоянного тока

Статор — Стационарная часть двигателя, которая состоит из обмотки возбуждения и получает электропитание

Ротор — вращающаяся часть двигателя

Прочие детали:

  1. Ярмо — внешняя рама двигателя называется желтком. Она покрывает внутреннюю часть двигателя, а также поддерживает якорь, сделанный из чугуна или стали.
  2. Магнитный полюс — Он установлен на внутренней стенке ярма.Состоит из полюсного сердечника и полюсного башмака. Полюсный сердечник удерживает полюсные наконечники, которые имеют большую площадь поверхности для распределения потенциального потока в воздушном зазоре между статором и ротором.
  3. Обмотка возбуждения — изготовлена ​​из медной проволоки. Намотка в пазах полюсных наконечников таким образом, чтобы при протекании тока через соседний полюс возникала противоположная полярность.
  4. Обмотка якоря — Ротор состоит из сердечника якоря и обмоток, которые сделаны из кремнистой стали с низким гистерезисом, чтобы минимизировать магнитные потери, такие как гистерезисные или вихревые потери.

Типы обмоток

Есть два типа обмоток

Lap Winding Wave Winding
1. Последовательные катушки перекрывают друг друга 1. Конец одной катушки соединен с началом другой катушки той же полярности, что и первая катушка.
2. Все группы полюсов катушки, генерирующей ЭДС в одном направлении в любой момент времени, соединены параллельно щетками. 2.Катушки, пропускающие ток в одном направлении, включены в одну последовательную цепь, а катушки, пропускающие ток в противоположном направлении, в другой последовательной цепи.
3. Число параллельных путей = Число полюсов 3. Число параллельных путей = 2
4. Не требуется щеток = Число полюсов 4. Число щеток = 2
Разница между нахлесточной обмоткой и волновой обмоткой

Потери в двигателе постоянного тока

1. Cu — потери / электрические потери

Это потери из-за сопротивления в обмотке и включают потери в обмотке якоря, потери в полевой обмотке и потери при контакте с щеткой.

2. Fe — потери / потери в сердечнике

Состоит из двух потерь

A) Гистерезис потери

Возникает в обмотках якоря из-за перемагничивания сердечника.

B) Вихревые потери

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, из-за относительного движения между сердечником якоря и магнитным потоком в сердечнике индуцируется ЭДС, которая позволяет переносить заряд на тело из-за проводимости сердечника. Этот ток бесполезен, и эта потеря называется потерей на вихревые токи.Его можно свести к минимуму за счет ламинированного сердечника.

3. Механические потери

Состоит из потерь из-за трения между подшипниками и коллектором.

4. Случайные потери

Это потери, вызванные коротким замыканием катушки, искажением магнитного потока, неточностью конструкции машины и другими потерями, которые трудно найти.

Типы двигателей постоянного тока

Двигатель постоянного тока с независимым возбуждением

Обмотки возбуждения и якоря поставляются отдельно в двигателе постоянного тока с раздельной стимуляцией, как следует из названия.Ток якоря не проходит через обмотки возбуждения в таких двигателях постоянного тока, потому что обмотки возбуждения активируются отдельным внешним источником постоянного тока, как показано на рисунке рядом.

T g = K a φ I a — уравнение крутящего момента для двигателя постоянного тока. В этом сценарии крутящий момент можно регулировать, изменяя поток поля φ, который не зависит от тока якоря I a .

Двигатель постоянного тока с постоянным магнитом

В двигателях этого типа, несмотря на наличие обмотки возбуждения, есть постоянные магниты для создания магнитного поля.Обмотка якоря двигателя постоянного тока с постоянным магнитом (также известного как двигатель с постоянным магнитным постоянным током) аналогична обмотке обычного двигателя, хотя обмотки возбуждения присутствуют не всегда. Поток поля создается радиально намагниченными постоянными магнитами, расположенными на внутренней периферии сердечника статора в таких двигателях постоянного тока.

Электродвигатель постоянного тока с самовозбуждением

В случае двигателя постоянного тока с самовозбуждением обмотка возбуждения соединена с обмоткой якоря последовательно, параллельно или частично последовательно, частично параллельно.Двигатели постоянного тока с самовозбуждением можно разделить на следующие категории:

  1. Двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой
  2. Двигатель постоянного тока с последовательной обмоткой
  3. Двигатель постоянного тока с комбинированной обмоткой

Двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой

В этом случае обмотка возбуждения включена параллельно обмотке якоря. Это двигатель с постоянной скоростью.

Двигатель постоянного тока серии

В двигателях этого типа обмотка возбуждения соединена последовательно с обмоткой якоря. Скорость зависит от нагрузки.

Электродвигатель постоянного тока с комбинированной обмоткой

Обмотка возбуждения представляет собой комбинацию параллельного двигателя и двигателя постоянного тока с последовательной обмоткой. Он имеет два типа: кумулятивный составной двигатель постоянного тока и дифференциальный составной двигатель постоянного тока.

Электродвигатель постоянного тока с накопительным соединением

В кумулятивном составном двигателе постоянного тока обмотка возбуждения способствует потоку обмотки якоря.

Дифференциальный комбинированный двигатель постоянного тока

В дифференциальном составном двигателе постоянного тока обмотка возбуждения и обмотка якоря расположены таким образом, что поток обмотки возбуждения противодействует потоку обмотки якоря.

Поскольку чистый поток, созданный в этом сценарии, меньше исходного потока, его практическая полезность ограничена.

Двигатель постоянного тока с коротким шунтом

Двигатели постоянного тока с коротким шунтом, или, более конкретно, двигатели постоянного тока с коротким шунтом с составной обмоткой, имеют шунтирующую обмотку возбуждения, параллельную обмотке якоря, а не последовательную обмотку возбуждения.

Двигатель постоянного тока с длинным шунтом

Двигатели постоянного тока с комбинированной обмоткой с длинным шунтом или просто двигатели постоянного тока с длинным шунтом имеют шунтирующую обмотку возбуждения, параллельную как обмотке якоря, так и последовательной обмотке возбуждения.

Контроль скорости двигателя постоянного тока

  1. Метод контроля потока
  2. Метод контроля якоря
  3. Метод контроля напряжения

Метод контроля потока

В этом методе изменяется магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения. Поскольку магнитный поток, создаваемый в обмотке возбуждения, пропорционален току, протекающему через нее. Таким образом, магнитный поток можно изменять, изменяя ток, что достигается с помощью переменного резистора, включенного последовательно с резистором обмотки возбуждения.

Первоначально, когда переменный резистор поддерживается на минимальном уровне, через него протекает номинальный ток и скорость двигателя нормальная. Но когда сопротивление увеличивается, через обмотку возбуждения протекает меньше тока, поэтому создается меньший магнитный поток, поскольку скорость двигателя обратно пропорциональна создаваемому магнитному потоку, обороты увеличиваются.

Метод управления якорем

В этом методе скорость двигателя регулируется путем управления сопротивлением якоря для управления падением напряжения на якоре.Когда переменный резистор минимален, скорость двигателя нормальная. Но когда сопротивление увеличивается, напряжение на якоре уменьшается, что снижает скорость двигателя.

Метод контроля напряжения

В этом методе обмотка возбуждения получает фиксированное напряжение, а якорь — переменное напряжение. Это делает:

A) Контроль нескольких напряжений

В этом методе шунтирующее поле связано с фиксированным возбуждающим напряжением, а на якорь подается различное напряжение.Напряжение на якоре можно изменять с помощью соответствующего распределительного устройства. Напряжение на якоре примерно пропорционально скорости.

B) Система Уорда-Леонарда

Этот метод применяется, когда требуется точный контроль скорости двигателя (например, электрические экскаваторы, лифты и т. Д.). Система регулирования скорости Ward-Leonard основана на методе регулирования напряжения якоря. M — это основной двигатель постоянного тока, скорость которого необходимо регулировать, а G — отдельно стимулированный генератор постоянного тока в этой системе.Трехфазный приводной двигатель, который может быть асинхронным или асинхронным, приводит в движение генератор G. Комбинация приводного двигателя переменного тока и генератора постоянного тока называется комплектом двигатель-генератор (M-G).

Подробнее: Принцип работы дизельного генератора

Также читайте: ТОП 50+ часто задаваемых вопросов на собеседовании по двигателям внутреннего сгорания

Рекомендуемое чтение: Центробежный насос | Запчасти | Рабочая | Схема

Прочтите другие важные темы

Главная Электрооборудование двигателя внутреннего сгорания Важные файлы PDF Котлы Морской экзамен Synergy Военно-морская арка Интервью Вопросы Разница между типами насосов Типы клапанов Вспомогательные машины класса 4 MEO

Что такое двигатель постоянного тока? | Принцип работы двигателя постоянного тока

Первый двигатель постоянного тока был изобретен в 18 веке.С тех пор этот мотор получил широкое развитие. Этот двигатель постоянного тока находит широкое применение во многих отраслях промышленности. Двигатель постоянного тока был разработан британским исследователем Стердженом в начале 1800-х и начале 1832 года с усовершенствованиями.

Он изобрел первые двигатели постоянного тока коммутаторного типа, которые могут имитировать механизмы. Но мы зададимся вопросом, каков КПД этого двигателя и почему необходимо знать скорость двигателя постоянного тока. Итак, сегодня мы увидим, что такое двигатель постоянного тока. Сегодня мы увидим, каков принцип его работы и как контролировать скорость этого двигателя постоянного тока.

Что такое двигатель постоянного тока?

Двигатель постоянного тока приводится в действие постоянным током. В котором он работает, чтобы преобразовать полученную электрическую энергию в механическую. Это вызывает изменение вращения устройства, таким образом обеспечивая питание для управления различными приложениями в нескольких доменах.

Управление скоростью двигателя постоянного тока — одна из наиболее полезных функций двигателя. Контролируя скорость двигателя, вы можете изменить скорость двигателя в соответствии с вашими требованиями и получить требуемую производительность.

Управление скоростью — это механизм, применяемый во многих случаях, таких как управление движением роботизированного транспортного средства, движением мотора на бумажной фабрике и движением мотора в лифте с использованием различных двигателей постоянного тока.

Также читайте: Разница между двигателем переменного тока и двигателем постоянного тока

Принцип работы двигателя постоянного тока:

Простой двигатель постоянного тока работает по принципу: когда проводник с током помещается в магнитное поле, на него действует механическая сила.В практическом двигателе постоянного тока якорь является проводником с током, а поле создает магнитное поле.

Он создает собственный магнитный поток при подаче тока на якорь. Магнитный поток либо добавляет к магнитному потоку из-за намотки поля в одном направлении, либо компенсирует магнитный поток из-за намотки поля. Накопление магнитного потока в одном направлении оказывает на проводник большее усилие по сравнению с другим, и, следовательно, он продолжает вращаться.

Вращающее действие проводника создает ЭДС согласно закону электромагнитной индукции Фарадея. Это противоречит разуму согласно правилу линзы EMF. Это означает, что напряжение питания, таким образом, имеет особую характеристику регулирования своего крутящего момента в случае различных нагрузок из-за ЭДС за двигателем постоянного тока.

Почему важно регулировать скорость двигателя постоянного тока?

Контроль скорости в машине показывает влияние на скорость вращения двигателя.Если это оказывает прямое влияние на эффективность машины и имеет большое значение для производительности и результата работы. У каждого типа материала своя скорость вращения при сверлении, и она также варьируется в зависимости от размера каждого сверла.

Пропускная способность будет изменяться в зависимости от состояния насосной установки, и поэтому конвейерная лента должна быть синхронизирована с функциональной скоростью устройства. Этот фактор прямо или косвенно зависит от скорости двигателя.Из-за этого следует учитывать скорость двигателя постоянного тока и соблюдать различные типы методов управления скоростью.

Управление скоростью двигателя постоянного тока осуществляется вручную или с помощью любого автоматического средства управления. Это похоже на ограничение скорости, при котором должно быть регулирование скорости, а не естественное изменение скорости из-за изменения нагрузки на вал.

Принцип управления скоростью:

Уравнение напряжения двигателя постоянного тока выглядит следующим образом:

  В = Eb + IaRa  

В — заданное напряжение, Eb — задняя ЭДС, Ia — ток якоря, Ra — сопротивление якоря.

Что мы уже знаем

  Eb = (PøNZ) / 60 А.  

P = количество полюсов.

А — постоянный.

Z — количество жил.

Н — скорость двигателя.

Изменив значение Eb в уравнении напряжения, мы получим

  В = ((PøNZ) / 60A) + IaRa 

  Или, V - IaRa = (PøNZ) / 60A  

т.е. N = (PZ / 60A) (V — IaRa) /

Вышеупомянутое уравнение также можно записать как:

  N = K (V - IaRa) / ø, K - постоянная  

Это предполагает три вещи:

  • Скорость двигателя прямо пропорциональна напряжению питания.
  • Скорость двигателя обратно пропорциональна падению напряжения на якоре.
  • Скорость двигателя обратно пропорциональна расходу из-за полевых данных.

Таким образом, скорость двигателя постоянного тока регулируется тремя способами.

  • Путем разделения заданного или питающего напряжения.
  • Путем изменения потока и изменения тока в обмотке возбуждения.
  • изменением напряжения якоря и изменением сопротивления якоря.

Читайте также: Лучший метод смены полюсов | Контроль скорости асинхронного двигателя

Несколько методов управления скоростью двигателя постоянного тока:

На рынке доступны два типа двигателей постоянного тока, поэтому здесь мы поговорим о методе регулирования скорости как для серийных, так и для параллельных двигателей.

Управление скоростью двигателя серии

осуществляется двумя способами:

  • Техника с управляемым якорем.
  • Техника с полевым управлением.

Техника управления якорем подразделяется на три типа:

  • Регулируемое сопротивление якоря
  • Регулировка параллельного якоря.
  • Напряжение на выводах якоря.
Контролируемое сопротивление якоря:

Эта система наиболее широко используется на рынке.Регулятор в этой системе имеет последовательное соединение с источником питания двигателя сопротивления, который вы можете видеть на рисунке ниже.

Потери мощности при управлении сопротивлением в этом двигателе можно игнорировать, так как этот метод регулирования в основном используется в течение длительного времени для снижения визуальной скорости световой нагрузки. Это экономичный метод получения постоянного крутящего момента, который в основном применяется в приводных кранах, поездах и других транспортных средствах.

Управление шунтированным якорем:

В этом типе управления якорем реостат будет соединяться с якорем как в последовательном, так и в параллельном соединении.Напряжение изменится до уровня, приложенного к якорю, и это зависит от изменения реостата серии.

Когда изменение потока возбуждения происходит за счет изменения шунтирующего реостата. Этот метод управления скоростью в двигателе постоянного тока не так уж и дорог. Из-за значительных потерь электроэнергии в сопротивлении регулирования скорости. Скорость можно до некоторой степени контролировать, но не выше нормального уровня.

Напряжение на клеммах якоря:

Скорость двигателя постоянного тока также можно регулировать, подавая питание на двигатель с использованием различных индивидуальных напряжений питания.Даже этот подход дорог и не применяется широко.

Технологии с полевым управлением подразделяются на следующие два типа:

  • Полевой дивертер.
  • Контроль заданного поля (Tapped field control).
Техника полевого дивертора:

В этой технике используется дивертер. Скорость потока через поле можно уменьшить, отключив некоторую часть тока двигателя в области диапазона.Сопротивление дивертора низкое, а поток поля слабый.

Этот метод используется для более чем нормального диапазона скоростей и применяется в электрическом отводе, где скорость увеличивается по мере уменьшения нагрузки.

Контроль зарезанного поля:

Даже в этой системе скорость увеличивается с уменьшением потока, и это достигается за счет уменьшения поворота поля, откуда поток течет. Здесь извлекается количество ответвлений в обмотке возбуждения, и этот метод используется в электрической тяге.

Также читайте: Что такое электродвигатель? | Различные типы электродвигателей

Регулировка скорости параллельного двигателя постоянного тока:

Управление скоростью параллельного двигателя постоянного тока подразделяется на два типа:

  • Техника под контролем поля.
  • Техника управления якоря .
Метод полевого управления для параллельного двигателя постоянного тока:

В этом методе существует множество магнитных потоков из-за обмотки возбуждения, изменяющей скорость двигателя.

Магнитный поток зависит от тока, протекающего через обмотку возбуждения. Таким образом, это поле можно изменять, разделяя ток по обмотке. Это может быть достигнуто путем последовательного включения переменных резисторов с резисторами обмотки возбуждения.

Первоначально, когда переменный резистор находится в минимальном положении. Номинальный ток течет через обмотку возбуждения из-за номинального напряжения питания. И в результате скорость остается нормальной. Поток через обмотку возбуждения уменьшается, когда сопротивление постепенно увеличивается.Это, в свою очередь, снижает производимый поток. Таким образом, скорость двигателя превышает его нормальное значение.

Метод контроля сопротивления якоря для параллельного двигателя постоянного тока:

В этом методе скорость двигателя постоянного тока можно контролировать, управляя сопротивлением якоря, чтобы контролировать падение якоря. В этом методе также используются переменные резисторы, включенные последовательно с якорем.

Сопротивление якоря в норме, когда переменный резистор достигает минимального значения и, следовательно, напряжение якоря уменьшается.Когда значение сопротивления постепенно увеличивается, напряжение в якоре уменьшается и, в свою очередь, приводит к снижению скорости двигателя. Этот метод позволяет достичь скорости двигателя ниже его нормального диапазона.

Теория управления скоростью двигателя постоянного тока:

Чтобы получить скорость двигателя постоянного тока, мы начнем с уравнения ЭДС двигателя постоянного тока. Уравнение ЭДС двигателя постоянного тока точно такое, как мы его знаем.

   

Вот почему мы переписываем уравнение

N = 60A E / PZØ

Если K = PZ / 60A, тогда:

N = E / kØ.

Поэтому при E = V — IaRa получаем скорость двигателя постоянного тока (N):

   
Часто задаваемые вопросы (FAQ):

1. Каковы методы управления скоростью двигателя постоянного тока?

Существует три основных способа регулирования скорости двигателя постоянного тока, а именно:

  • Система контроля потока.
  • Система регулирования напряжения.
  • Система контроля сопротивления якоря.

2. Почему мы контролируем скорость двигателя постоянного тока?

Двигатели постоянного тока

играют важную роль в преобразовании энергии. Это похоже на любую другую машину, которая преобразует электрическую энергию в механическую. В механической системе скорость изменяется в зависимости от количества задач, поэтому для правильной механической работы требуется регулирование скорости, чтобы двигатель работал плавно.

3. Какое устройство используется для управления скоростью двигателя постоянного тока?

В этом методе скорость двигателя постоянного тока можно контролировать, управляя сопротивлением якоря, чтобы контролировать падение якоря.В этом методе также используются переменные резисторы, включенные последовательно с якорем.

4. Какие бывают 3 типа двигателей постоянного тока?

На рынке доступны три основных типа двигателей постоянного тока: последовательные, шунтирующие и составные. Эти условия относятся к типу соединения обмоток возбуждения по отношению к цепи якоря.

Понравился пост? Поделитесь этим с вашими друзьями!

Рекомендуемое чтение —

Что такое генератор постоянного тока? | Строительство генератора постоянного тока | Принцип работы генератора постоянного тока

Что такое генератор постоянного тока?

Как упоминалось ранее, это два типа генераторов в зависимости от выходной мощности: генераторы переменного и постоянного тока.Основная функция генератора постоянного тока — преобразование механической энергии в электричество. Есть много источников, которые обеспечивают механическую энергию для генераторов постоянного тока, таких как двигатели внутреннего сгорания, водяные, газовые и паровые турбины и даже ручные кривошипы.

Для генератора постоянного тока определена обратная функция: эту обратную работу можно выполнить с помощью электродвигателя. Двигатель постоянного тока преобразует электрическую энергию в механическую. Генераторы постоянного тока вырабатывают электрическую энергию на основе закона электромагнитной индукции Фарадея.

На основании этого закона, когда проводник движется в магнитном поле, магнитные силовые линии перерезаются. Это приводит к индукции электромагнитных сил в проводнике. «Каков принцип работы генераторов постоянного тока?» Чтобы получить четкий ответ на вопросы, давайте также дадим краткий обзор его частей и компонентов. В следующем разделе мы кратко расскажем вам об основных частях генератора постоянного тока и о том, как они работают.

Также прочтите: Как работает генератор? | Как генераторы производят электричество? | Детали генератора

Строительство генератора постоянного тока:

В предыдущем разделе мы вкратце объяснили, что такое генератор постоянного тока.Теперь мы хотим, чтобы вы поближе познакомились с его конструкцией. Генератор постоянного тока состоит из нескольких компонентов, которые помогают всей машине функционировать должным образом. В различных статьях упоминается более десяти деталей для генераторов постоянного тока.

Вот принципиальные схемы генераторов постоянного тока.

Генераторы постоянного тока

состоят из шести основных частей, а именно:

№1. Хомут

Наружная рама генераторов постоянного тока представляет собой полые цилиндры из литой или стального проката, известные как ярмо.Ярмо служит двум целям.

  • Этот полевой столб поддерживает сердечник и действует как защитный экран для машины.
  • Это поле обеспечивает путь для магнитного потока, создаваемого обмоткой.

№ 2. Система магнитного поля

Система магнитного поля генератора постоянного тока является неподвижной частью машины. Это создает основной магнитный поток в генераторе. Он состоит из равного количества полюсных сердечников, прикрепленных болтами к ярму, и обмотки возбуждения, намотанной на полюсный сердечник.

Система возбуждения генератора постоянного тока состоит из главных полюсов, т. Е. Полюса выступают внутрь, и каждый полюсный сердечник имеет полюсный башмак с изогнутой поверхностью. Башмак служит двум целям.

  • Это поле обеспечивает поддержку катушки.
  • Уменьшает сопротивление магнитной цепи за счет увеличения ее площади поперечного сечения.

Сердечники полюсов изготовлены из тонких листов стали, которые изолированы друг от друга для уменьшения потерь на вихревые токи.Катушки полей соединены последовательно друг с другом, так что, когда через катушку протекает ток, в направлении вращения возникают чередующиеся северный и южный полюса.

№ 3. Сердечник якоря

Сердечник якоря генератора постоянного тока установлен на валу и вращается между полюсами возбуждения. Он имеет прорези на своей внешней поверхности, и в них помещаются проводники якоря.

Сердечник якоря изготовлен из пластин мягкого железа, которые изолированы друг от друга и плотно соединены между собой.В машинах меньшего размера пластины прикреплены непосредственно к валу, а в машинах большего размера они установлены на крестовине. Ламинированные сердечники якоря используются для уменьшения потерь на вихревые токи.

№ 4. Обмотка якоря

Изолированные жилы вставляются в пазы сердечника якоря. Проводник подсоединен соответствующим образом. Такое соединение проводников известно как обмотка якоря. Используются два типа обмотки якоря — волновая обмотка и намотка внахлест.

№ 5.Коммутатор

Коммутатор — это механический выпрямитель, преобразующий переменную ЭДС, генерируемую в обмотке якоря, в постоянное напряжение на клеммах нагрузки. Коммутатор состоит из медных секций клиновидной формы, которые изолированы друг от друга и от вала листами слюды. Каждая секция коммутатора подключена к концам катушки якоря.

№ 6. Кисти

Щетки установлены на коммутаторе и используются для сбора тока с обмотки якоря.Щетки сделаны из угля и поддерживаются металлической коробкой, называемой щеткодержателями.

Давление, оказываемое щетками на коммутаторы, регулируется и поддерживается на постоянном уровне с помощью пружин. Ток течет от обмотки якоря через коммутатор и угольную щетку во внешнюю цепь.

Также читайте: Как работает парогенератор? | Что такое парогенератор? | Что такое паровой котел?

Принцип работы генератора постоянного тока:

В предыдущих разделах мы обсуждали, что определяет генератор постоянного тока и как он работает.В этом разделе мы поговорим о принципах работы генераторов постоянного тока. Как упоминалось ранее, генератор постоянного тока — это преобразователь энергии, преобразующий механическую энергию в электричество.

Это изменение формы энергии основано на принципе электромагнитной индукции, что означает, что везде, где есть изменения в магнитных потоках, связанных с проводником, в нем индуцируется ЭДС или электромагнитная сила.

Эта индуктивность вызывает протекание тока в случае замкнутых цепей проводников.Итак, исходя из того, что мы уже сказали, основные требования к генераторам постоянного тока — это магнитное поле и проводник. Проводник продолжает отключать магнитные потоки.

Таким образом, можно сказать, что генераторы постоянного тока работают по принципу динамически индуцированной электромагнитной силы. Это то, что гласит закон электромагнитной индукции Фарадея: когда проводник с током помещается в переменное магнитное поле, в проводнике индуцируется ЭДС.

С другой стороны, & на основании правила правой руки Флеминга, где бы ни менялось направление движения проводника, направление индуцированного тока также изменяется; представьте, что якорь вращается по часовой стрелке, а проводник движется вверх влево.

Теперь, когда якорь совершит половину оборота, направление движения проводника изменится на обратное. Следовательно, направление тока в каждой арматуре будет постоянно меняться. Но в коммутаторе с разъемным кольцом соединения с проводниками якоря меняются местами при изменении направления тока. Следовательно, на выводах мы получаем однонаправленный ток.

Также читайте: Водород в газовых турбинах | Как работают водородные турбины | Производство водорода | Эволюция сжигания водорода | Водородный турбогенератор

Работа генератора постоянного тока:

Генератор постоянного тока

— это преобразователь энергии, преобразующий механическую энергию в электричество.Это изменение формы энергии основано на принципе электромагнитной индукции, что означает, что при изменении магнитного потока, связанного с проводником, в нем индуцируется ЭДС или электромагнитная сила.

Генераторы

постоянного тока работают по принципу динамически индуцированных электромагнитных сил. Когда проводник помещается в переменное магнитное поле, внутри проводника индуцируются электродвижущие силы. Эта наведенная величина ЭДС измеряется с помощью уравнения для электродвижущей силы генератора.

Если к проводнику подведены замкнутые пути, индуцированный ток будет циркулировать внутри замкнутого пути. В этом генераторе катушка возбуждения будет генерировать электромагнитное поле, а провод якоря будет превращен в поле.

Следовательно, в проводниках якоря будет генерироваться электромагнитно индуцированная электродвижущая сила (ЭДС). Путь индуцированных токов определяется правилом правой руки Флеминга.

Также читайте: Турбинный генератор Tesla | Как работает турбогенератор Tesla | Части турбогенератора Tesla | Принцип работы | Тесла Турбина Эксплуатация

Части генератора постоянного тока:

Генераторы постоянного тока состоят из следующих частей —

№1.Статоры

Статор представляет собой набор из двух магнитов, расположенных таким образом, что противоположные полярности обращены друг к другу. Назначение статоров — создание магнитного поля в области вращения катушки.

№ 2. Ротор

Ротор представляет собой пластинчатый цилиндрический сердечник якоря с прорезями.

№ 3. Катушки возбуждения

Для создания магнитного поля катушки возбуждения размещаются над полюсным сердечником. Катушки возбуждения всех полюсов соединены последовательно. Когда через них протекают токи, соседние полюса приобретают противоположную полярность.

№ 4. Поляки

Основная функция полюсов — поддерживать катушку возбуждения. Это увеличивает площадь поперечного сечения магнитной цепи, что приводит к более равномерному распространению магнитного потока.

№ 5. Полюсная обувь

Полюсный башмак используется для защиты катушки возбуждения от падения и увеличения равномерного рассеивания магнитного потока. На кокетку крепятся полюсные башмаки.

№ 6. Коммутатор

Коммутатор имеет цилиндрическую форму.Несколько клиновидных жестко вытянутых медных секций образуют коммутатор. Функции коммутатора:

Для подключения фиксированных внешних цепей к вращающимся проводам якоря с помощью щеток и преобразования индуцированного переменного тока в постоянный.

Также читайте: Что такое генератор переменного тока? | Что такое генератор? | AC VS DC | На что обращать внимание при работе с генератором | Генератор VS Генератор

Простой для понимания пример принципа работы генератора постоянного тока:

Позвольте нам упростить для вас принцип работы и принципы работы генератора постоянного тока.Следует отметить, что если генератор очень маленький, например, он используется в магазине, небольшой мастерской, кинотеатре или дома, то основным двигателем или поставщиком механической энергии является дизельный двигатель.

Если генератор очень большой, как на электростанциях, основным двигателем будет водяная, паровая или газовая турбина. Когда механическая энергия, подаваемая первичным двигателем, передается генератору, якорь генератора начинает вращаться.

Обычно полюса ярма делают из постоянных магнитов.Это означает, что согласно законам электромагнитной индукции Фарадея проводники якоря отсекают слабое магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом, и в обмотке якоря индуцируется небольшая ЭДС.

Эта наведенная электромагнитная сила передает небольшой ток через обмотку возбуждения и усиливает подаваемый магнитный поток и, следовательно, наведенную ЭДС. Таким образом, за счет усиления магнитного потока и ЭДС генератор обеспечивает номинальное напряжение.

Также читайте: Что такое инверторный генератор? | Как работает инверторный генератор? | Как работал инвертор? | Генератор VS Инвертор

Уравнение ЭДС генератора постоянного тока:

Уравнение ЭДС для генераторов постоянного тока выражается как,
Где,

  • Например, ЭДС, генерируемая на любом пути параллели
  • P- Общее количество полюсов в полях
  • N- Частота вращения якоря (об / мин)
  • Z- Общее количество проводов якоря в поле.
  • Ø- Магнитный поток на полюс.
  • A — количество параллельных ходов в якоре.
  • Eg- (PØNZ) / 60A

Понравился пост? Поделитесь этим с вашими друзьями!

Предлагаемое чтение —

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *