Машини постійного струму - генератори і двигуни -здебільшого є зворотними.
Генератор постійного струму (ГПС) являє собою електричну машину, що перетворює механічну енергію в електричну. Генератори знаходять застосування в установках, які перетворюють змінний струм у постійний для зарядки акумуляторних батарей, для живлення електролізних установок, у промисловості і на транспорті, де необхідне плавне регулювання швидкостей робочих машин.
ГПС складається з трьох основних частин:
- статора з магнітними полюсами (магнітна система);
- якоря з обмоткою, в якій при обертанні наводиться ЕРС;
- щітково-колекторного пристрою, шляхом якого одержують напругу постійного струму на затискачах генератора.
Нерухома станина 1 виробляється з литої сталі. До внутрішньої поверхні станини прикріплюються сердечники електромагнітів 2. На них намотані обмотки 3 із мідного проводу (обмотка збудження). Для утримання котушок є полюсні наконечники 4 спеціальної форми. Вони ж забезпечують необхідний розподіл магнітного поля. Котушки називаються обмоткою збудження, живляться постійним струмом, створюють магнітний потік, лінії якого пронизують якір.
|
|
Рис. 6.1. Будова машини постійного струму
Якір 5 - сталеве осердя з пластин. Уздовж якоря розташовані пази з обмоткою, що ізольована від сталі. Колектор 6, як і якір насаджений на вал двигуна. Складається з набору мідних пластин, ізольованих одна від одної і від вала. Кожна з пластин шляхом пайки під’єднується до певної точки обмотки якоря. З пластинами колектора за допомогою щіткотримача контактують спеціальні щітки. Щітки мають виводи, з яких і знімається напруга генератора.
Принцип дії генератора постійного струму
На обмотку збудження подається постійна напруга, і якір приводиться в обертання. Зовнішній ланцюг відключається від зажимів якоря.
У провідниках якоря, що перетинають лінії магнітної індукції, наводиться ЕРС
e=BlV,
де В - магнітна індукція поля,
l – довжина провідника, що знаходиться у магнітному полі,
V – швидкість обертання якоря.
За правилом правої руки можна показати, що напрямок ЕРС у провідниках, що лежать під N полюсом, має один знак, а під S полюсом - інший. В активних провідниках, що переходять геометричну нейтраль, ця ЕРС
е = 0. Якщо на нейтралях встановити щітки, то між ними будуть провідники з однаково направленими ЕРС, сума яких максимальна.
Незважаючи на те, що при обертанні якоря все нові й нові стержні і пластини колектора будуть займати місце під щітками, направлення ЕРС у цих провідниках, а також величина й направлення результуючої ЕРС не зміниться. Щітка, до якої направлені сумарні ЕРС провідників, що знаходяться під суміжними полюсами, відзначається знаком (+), а інша - (−).
|
|
Способи збудження машин ПС
Ланцюг збудження і ланцюг якоря в машинах ПС можуть бути включені щодо навантаження по-різному:
ОЗ1
ОЗ
ОЗ ОЗ ОЗ2
а) б) в) г)
а) незалежне збудження – обмотка збудження (ОЗ) живиться від стороннього джерела. В машинах малої потужності може застосовуватися постійний магніт;
б) паралельне збудження - ОЗ підключається паралельно до якоря, має велику кількість витків із тонкого дроту. Має порівняно з якорем великий опір;
в) послідовне збудження - ОЗ включається послідовно з якорем. Через неї протікають ті ж струми, що через якірні. Опір незначний (великий перетин дроту);
г) змішане збудження - на полюсах дві обмотки: одна послідовна, а інша - паралельна. Незалежне збудження застосовується рідко, оскільки необхідно мати стороннє джерело живлення.
Принцип дії двигуна постійного струму
Машина ПС може працювати також і в якості двигуна, а саме перетворювати електричну енергію в механічну.
Якщо до машини постійного струму підвести ззовні напругу, то в обмотці якоря буде протікати струм Ія, а в обмотці збудження Із. Завдяки колектору струми, що протікають у провідниках якірної обмотки, розташованих під північним полюсом, будуть протікати в один бік, а під південним - в інший. За правилом лівої руки в результаті взаємодії магнітного потоку Ф з провідниками з струмом на стержнях будуть діяти електромагнітні сили. При цьому якір двигуна буде обертатися за годинниковою стрілкою.
Ці сили створять електромагнітний обертовий момент:
М=К Ф Ія,
де К – постійний коефіцієнт,
Ф – магнітний потік.
Момент буде переборювати момент опору, доданий до вала.
При обертанні якоря стержні перетинають лінії магнітної індукції, тому в обмотках якоря індукується ЕРС:
Е=СnФ.
Користуючись правилом правої руки, можна показати, що ЕРС якірної обмотки направлена проти струму, що протікає в ній. Це означає, що Е спрямована проти направлення U, тому отримала назву протиелектрорушійної сили. Враховуючи, що U і Е протилежні:
Ія = або U=E-Iя rя.
При номінальній роботі двигуна Iя rя мале, і протиЕРС складає 90-95% від U.
Завдання з роботи
1. Ознайомитися з будовою і конструкцією досліджуваного електродвигуна постійного струму з паралельним збудженням.
2. Зняти та побудувати робочі, механічні й частотні характеристики електродвигуна постійного струму з паралельним збудженням.
3. Скласти короткі висновки щодо роботи.