Конструкція сучасної машини постійного струму

 

Вище була розглянута двохполюсна модель машини постійного струму. Сучасні машини мають не менш чотирьох полюсів. На мал. 7 показані основні елементи конструкції чотирьох полюсної машини, а на мал. 8 - розріз її магнітної системи.

Станина (6 на мал. 7) являє собою порожній сталевий циліндр, усередині якого укріплені основні полюси 5 магнітної системи з котушками обмотки збудження. Між основними перебувають вузькі додаткові полюси 4 зі своїми котушками

Станину машини відливають або згортають у циліндр із товстої листової сталі й зварюють по шві. Полюси роблять з м'якої сталі або набирають зі сталевих пластин. До торців станини прикріплені підшипникові щити 1 з підшипниками, у яких обертається вал якоря 3. На щиті з боку колектора встановлені щіткотримачі із щітками 2. Якір являє собою сталевий барабан, (мал. 9,)

Для зменшення втрат від вихрових струмів при перемагнічуванні його набирають із дисків електротехнічної сталі товщиною 0,5 мм (мал. 9, в). Барабанна обмотка відрізняється від спіральної обмотки на тороїді тим, що всі провідники укладаються витками на поверхні барабана і є активними. При цьому сторони витка розташовуються під різнойменними полюсами так, що е.д.. с. у них складається. На мал. 10 схематично показане укладання витків обмотки в пази і їхнє з'єднання з колекторними пластинами. Провідники (витки) обмотки, укладені між двома найближчими пластинами, утворять секцію обмотки (на мал. 10 показані тільки дві секції). Обмотка має кілька десятків секцій, стільки ж і колекторних пластин.

На корпусі машини є коробка із затискачами, куди виведені кінці обмотки якоря й обмотки збудження. На паспортному щитку вказуються номінальні параметри машини: електрична потужність, що віддається, генератора або механічна потужність двигуна, напруга, струм, частота обертання, спосіб порушення, к. п. буд., маса, номер машини й марка заводу-виготовлювача.

 

Принцип дії генератора

 

Нехай якір машини обертається в магнітному полі за допомогою якого-небудь приводного двигуна (мал. 11, а). Як вказувалося, у провідниках обертового якоря виникають е.д.. з, напрямок яких можна визначити за правилом правої руки

Якщо до затискачів якоря підключити приймач, то е.д.. с. якоря викличе в ланцюзі струм. Але з появою струму в провідниках якоря, що перебувають у магнітному полі, виникають електромагнітні сили. Визначимо їхній напрямок на мал. 11. Струми в провідниках якоря спрямовані також, як їх е. д. с. За правилом лівої руки знайдемо, що електромагнітні сили створюють момент, що протидіє обертанню якоря. Якщо швидкість якоря Ω постійна, те обертаючий момент приводного двигуна дорівнює протидіючому електромагнітному моменту генератора: M_вр=M_пр=M. Таким чином, для виробництва електричної енергії необхідно затрачати механічну енергію. У відповідності зі схемою заміщення ланцюга якоря генератора (мал. 11, б) запишемо рівняння її електричного стану:

 

E = U + R_яI_я

 

Помноживши це вираження на I _я, одержимо рівняння балансу потужності ланцюга якоря:

EI_я = UI_я + Rя²_я

 

Потужність приймача Р=UI_я й потужність, електричних втрат в обмотці якоря ΔP_эя = Rя²_я становить електромагнітну потужність EI_я = P_эм, що розвивається генератором, трав'яну механічної потужності приводного двигуна:

 

EI_я = P_эм = MΩ = P_мех.

 

Принцип дії двигуна

Якщо подати на затискачі нерухливого якоря машини постійного струму напруга від якого-небудь джерела, то воно викличе струм у ланцюзі якоря (мал. 12). Нехай напрямок струмів у якорі буде таким, як на мал. 12, а. Визначивши напрямок електромагнітних сил, знайдемо, що вони створюють обертаючий момент. Машина працює як електродвигун. Якщо швидкість ротора Ω постійна, те обертаючий момент дорівнює протидіючому моменту опору механізму на валу: М_вр =М_пр=М. В обертовому в магнітному полі якорі наводиться е.д.. с. Визначивши напрямок е.д.. с. у провідниках якоря на мал. 12, а, знайдемо, що воно протилежно напрямку струму. Струм спрямований проти е.д.. с. Тому часто е.д.. с. якоря двигуна називають противо-е.д.с. Склавши схему заміщення ланцюга якоря двигуна (мал. 12, б), знайдемо, що прикладене до затискачів якоря двигуна напруга дорівнює сумі противо-е.д.с. і спадання напруги на внутрішньому опорі якоря:

 

U = E + R_яI_я

Звідси струм якоря двигуна

 

I_я = (U - E)/ R_я

Рівняння балансу потужності ланцюга якоря двигуна має вигляд

 

U I_я = E I_я + Rя²_я

Воно показує, що електрична потужність Р_э = U I_я, підводимо до двигуна від зовнішнього джерела, перетворюється в електромагнітну потужність P_эм = EI_я й потужність втрат в обмотці якоря. Електромагнітна потужність, як і в генераторі, дорівнює механічної потужності, що розвивається двигуном:

 

EI_я = P_эм = MΩ.