Принцип действия двигателя постоянного тока. Якорь двигателя постоянного тока

Двигатель постоянного тока

Многие великие открытия не выходят в массы по причине того, что нет применения этому открытию. Поэтому и стали вручать награды в области теоретического обоснования. Но даже в позапрошлом веке, если не было материальной выгоды от изобретения или открытия, то его забывали и приходилось открывать или изобретать его вновь. С начала открытия электричества все ломали голову над полезностью открытия и в итоге придумали электрический двигатель. Именно двигатель сделал электричество самым популярным видом энергии.

Электрические двигатели постоянного тока все еще применимы в производстве и сельском хозяйстве. Хотя на мой взгляд их применение обходится дороже, чем использование переменных двигателей. Постоянные двигатели используют из-за очень простой схемы регулирования оборотов, но из-за использования щеток эти двигатели ненадежны в условиях повышенной влажности и грязи.

Двигатели постоянного тока бывают всех размеров. В детских игрушках используются только двигатели постоянного тока, ведь батарейки с переменным током пока не изобрели.

У всех двигателей постоянного тока есть щетки, которые подводят ток к якорю - вращающейся детали двигателя. Обычно щетки прикрыты быстросъемной круглой пластиной - кожухом, для быстрого осмотра и замены щеток.

Небольшие двигатели снабжаются небольшими щетками, расположенными соосно. Количество групп щеток - две. Якорь имеет обмотку, концы которой выведены на коллектор. Коллектор это медные пластинки в хвосте якоря к которым прижимаются щетки. Через эти пластинки - ламели щетки передают ток на обмотки двигателя. Статор в маломощных двигателях сделан из магнита. Постоянный магнит имеет постоянное магнитное поле. При подсоединении якоря к источнику напряжения, ток протекает по обмоткам якоря, создавая магнитное поле, которое взаимодействует с постоянным полем магнитов, в результате чего якорь поворачивается на небольшой угол чтобы линии магнитных полей совпали, но в результате поворота смещаются и ламели относительно щеток, магнитное поле якоря изменяет свое направление и якорь вновь поворачивается. Так работают все двигатели постоянного тока. Для осуществления сдвига якоря, количество ламелей должно быть нечетным. Хотя встречаются двигатели и с четным количеством ламелей (топливный электрический насос бензиновых двигателей). Здесь исключение только подтверждает правило.

Большие двигатели постоянного тока рассчитаны на большие нагрузки, а следовательно и потребляют больше тока. Чем больше двигатель по размерам, тем больший у него момент и сила.

На боку двигателя видны болты - два вряд. Этими болтами прикручиваются башмаки. Большим двигателям нужно большое магнитное поле статора, которое нельзя создать постоянными магнитами. В результате магниты статора - электрические. Они выполняются как обмотки на магнитопроводе. Магнитопровод и есть башмак у постоянного двигателя.

Статор представляет собой кусок трубы в который прикручены башмаки. Башмаки прижимают обмотки к корпусу и не дают им вибрировать. Обмотки надежно изолированы от корпуса при помощи пропитки и хлопчатобумажной ленты. В мощных двигателях применяются четыре башмаки, а встречаются системы и с двумя. Башмаки соединяются последовательно. Но здесь есть один нюанс. Если все обмотки соединить последовательно с намоткой в одну сторону, то не получится большой магнит. Поэтому первый башмак наматывают в одну сторону, а второй - в противоположную (либо соединяют обмотки встречно на втором башмаке), затем третий башмак опять правильно, как первый, а четвертый - встречно, как третий. Получается, что обмотки статора соединяются последовательно и наматываются прямо - встречно - прямо - встречно. Получается, что каждые две обмотки напротив друг друга намотаны в одну сторону. Это очень напоминает магнит, что "плюс" всегда примагничивается к "минусу". Если представить, что прямые катушки это плюсы, а встречные - минусы, то в статоре идет постоянная чередовка: плюс - минус - плюс - минус - ... Цель магнита статора - создать постоянное электромагнитное поле в котором якорь из-за магнитных полей постоянно будет смещаться вдоль магнитных линий.

Щетки располагаются в механизмах - щеткодержателях. В мощных двигателях щеточных групп четыре и они расположены попарно соосно. Все щеткодержатели крепятся к траверсе - подвижному механизму. Траверса нужна для выставления точки покоя двигателя. Известно, что в системе с двумя группами щеток для изменения направления вращения достаточно повернуть обе группы на четверть круга - 90 градусов. При повороте на другой угол двигатель не будет развивать достаточной мощности, а искрение на щетках будет даже на холостых оборотах. Короче, перед разборкой двигателя необходимо пометить установку траверсы. Короче, установка расположения щеточных групп - не просто так.

Для уменьшения нагрузки на щетки, в одной группе может находится несколько щеток - в данном случае две. Щетки сверху прижимаются пружинами для уменьшения сопротивления перехода щетка- ламель.

Якорь двигателя постоянного тока содержит обмотки, которые выведены на ламели.

www.volt-220.com

Двигатель постоянного тока

Двигатели постоянного тока предназначены для превращения энергии постоянного тока в механическую работу.

Электродвигатели постоянного тока, намного меньше распространены, нежели двигатели переменного тока. Это связано в первую очередь со сравнительной дороговизной, более сложным устройством, сложностями в обеспечении питания. Но, несмотря на все эти недостатки, ДПТ имеют немало плюсов. Например, двигатели переменного тока, сложно регулировать, ДПТ же отлично регулируются массой способов. Кроме того ДПТ имеют более жесткие механические характеристики и позволяют обеспечить большой пусковой момент.

Электродвигатели постоянного тока применяются в качестве тяговых двигателей, в электротранспорте, в качестве различных исполнительных устройств.

Устройство двигателей постоянного тока

Конструкция двигателя постоянного тока аналогична двигателю переменного тока, но все же имеются существенные различия. На станине 7, которая изготавливается из стали, установлена обмотка возбуждения в виде катушек 6. Между основными полюсами, могут устанавливаться дополнительные полюса 5, для улучшения свойств ДПТ. Внутри устанавливается якорь 4, который состоит из сердечника и коллектора 2, и устанавливается с помощью подшипников 1 в корпус двигателя. Коллектор является существенным отличием от двигателей переменного тока. Он соединяется с щетками 3, что позволяет подавать или в генераторах, наоборот снимать напряжение с якорной цепи.

Принцип действия

Принцип действия ДПТ основан на взаимодействии магнитных полей обмотки возбуждения и якоря. Можно представить, что вместо якоря у нас рамка, через которую протекает ток, а вместо обмотки возбуждения постоянный магнит с полюсами N и S. При протекании постоянного тока через рамку, на нее начинает действовать магнитное поле постоянного магнита, то есть рамка начинает вращаться, причем, так как направление тока не меняется, то и направление вращения рамки остается прежним.

При подаче напряжения на зажимы двигателя начинает протекать ток в обмотке якоря, на него, как мы уже знаем, начинает действовать магнитное поле машины, при этом якорь начинает вращаться, а так как якорь вращается в магнитном поле, начинает образовываться ЭДС. Эта ЭДС направлена против тока, в связи с этим её называют противоЭДС. Её можно найти по формуле

Где Ф – магнитный поток возбуждения, n – частота вращения, а Cе это конструктивный момент машины, который остается для нее постоянным.

Напряжение на зажимах больше чем противоЭДС на величину падения напряжение в якорной цепи.

А если домножить это выражение на ток, то получим уравнение баланса мощностей.

Левая часть уравнения UIя представляет собой мощность подаваемая электродвигателю, в правой части первое слагаемое EIя представляет собой электромагнитную мощность, а второе IяRя мощность потерь в цепи якоря.

Рекомендуем прочесть статью - пуск двигателя постоянного тока.

Просмотров: 323

electroandi.ru

Принцип работы двигателя постоянного тока

Опубликовано 22.05.2016

Принцип работы

Двигатели постоянного тока

На статоре находится индукторная обмотка (обмотка возбуждения), на которую подаётся постоянный ток - в результате создаётся постоянное магнитное поле (поле возбуждения). В двигателях с постоянными магнитами поле возбуждения создаётся постоянными магнитами.

В обмотку ротора (якорная обмотка) также подаётся постоянный ток, на который со стороны магнитного поля статора действует сила Ампера - создаётся вращающий момент, который поворачивает ротор на 90 электрических градусов, после чего щёточно-коллекторный узел коммутирует обмотки ротора – вращение продолжается.

По способу возбуждения двигатели постоянного тока делятся на четыре группы:

• С независимым возбуждением - обмотка возбуждения питается от независимого источника
• С параллельным возбуждением - обмотка возбуждения включается параллельно источнику питания обмотки якоря
• С последовательным возбуждением - обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря
• Со смешанным возбуждением - у двигателя есть две обмотки: параллельная и последовательная.

Пуск двигателя постоянного тока

При прямом пуске ток якоря может на порядок превышать номинальный, поэтому при пуске в цепь якоря вводится пусковое сопротивление пусковой реостат. Для плавного пуска реостат делают ступенчатым - в первый момент включаются все ступени (максимальное сопротивление), по мере разгона двигателя растёт противо-ЭДС, ток якоря уменьшается - ступени выключаются одна за другой.

Регулирование скорости вращения двигателя постоянного тока

• Скорость ниже номинальной регулируется напряжением на якоре (мощность при этом пропорциональна скорости, момент неизменен)
• Скорость выше номинальной регулируется током обмотки возбуждения - чем слабее поле возбуждения, тем выше скорость (момент падает при постоянной мощности)

Регулирование питания якоря и обмотки возбуждения осуществляется с помощью тиристорных преобразователей (приводов постоянного тока).

Преимущества и недостатки двигателей постоянного тока

Преимущества:

• Практически линейные характеристики двигателя:
• механическая характеристика (зависимость частоты от момента)
• регулировочная характеристика (зависимость частоты от напряжения якоря)
• Просто регулировать частоту вращения в широких пределах
• Большой пусковой момент
• Компактный размер.

Недостатки:

• Дополнительные расходы на профилактическое обслуживание коллекторно-щёточных узлов
• Ограниченный срок службы из-за износа коллектора
• Дороже асинхронных двигателей.

www.maxplant.ru

Принцип действия двигателя постоянного тока: конструкция и особенности

 

Главной конструктивной и характерной принадлежностью машины постоянного тока, служит использование для присоединения к электрической сети коммутатора, предназначенного для преобразования величин постоянного тока в переменный ток. Коммутатор является непременным элементом любой машины этого типа ввиду того, что ее якорная обмотка двигателя подразумевает наличие переменного тока.

Особенности двигателя постоянного тока

Двигательные устройства постоянного тока отличаются широкими возможностями регулирования скорости вращения и обладают способностью сохранять во всем диапазоне регулирования высокий КПД, а также имеют в наличии механические характеристики, благодаря которым двигатели могут использоваться по специальному назначению, в соответствии с необходимыми требованиями.

Принцип работы

Функционально двигатель принадлежит к классу синхронных машин обращенного типа, это объясняется тем, что статор и ротор поменяли выполнение задач. Статор выполняет функции по возбуждению магнитного поля, ротор принял задачи направленные на преобразование энергии.

Во время вращения якоря в магнитном поле, производимым статором в витках обмотки, наводится ЭДС. Направление ее движения находится по правилу правой руки.

После того, как якорь и коллектор повернутся на 180 градусов виток меняет свои стороны, на противоположное направление меняется движение ЭДС.

Так происходит процесс индуцирования переменной электродвижущей силы, выпрямляемой посредством коллектора.

Коллектор, через щеточный механизм, соединен с обеими сторонами витка, в результате этого происходит снятие щетками текущего в неизменном направлении пульсирующего напряжения, это способствует наличию во внешней цепи, идущего в постоянном направлении, пульсирующего тока. Для того, чтобы снизить пульсацию в пазах якоря, прибавляют добавочное количество витков.

Конструкция двигателя

Двигатель, как и любая другая машина этого типа, содержит в своей конструкции статор, являющегося неподвижным элементом, и ротор (якорь) – вращающийся элемент машины, между ними находится воздушный зазор. В якоре двигателя происходит индуцирование ЭДС. Создание основного магнитного поля происходит при помощи главных полюсов, состоящих из сердечников и катушек возбуждения.

Равномерное распределение полученной магнитной индукции в области воздушного зазора обеспечивается полюсными наконечниками.

Чередование полярности полюсов во время движения электрического тока достигается за счет соединения катушек главных полюсов в обмотку возбуждения. Для улучшения коммутации предусмотрены добавочные полюса.

Уменьшение вихревых токов, которые появляются в результате перемагничивания якоря в процессе его вращения в созданном магнитном поле, происходит за счет конструкции сердечника, исполненного из пластин электротехнической стали, для большего эффекта он покрывается специальным лаком.

Контакт внешней цепи машины с коллектором осуществляется за счет щеток, основным материалом для них является графит.

Область применения

Несмотря на то, что себестоимость этого типа двигателя намного дороже асинхронных машин, их особенности могут сыграть решающую роль в узкоцелевом специальном назначении.

С помощью таких двигателей приводятся в работу прокатные станы, они используются для привода гребного винта на кораблях, а также для транспортных средств, имеющих систему питания на постоянном токе.

Поэтому их область использования характерна для нужд там, где необходима электрическая тяга, это: тепловозы, электровозы, электропоезда, городской транспорт, то есть там, где необходимо применить мягкие механические характеристики и широкие пределы регулировки количества оборотов вращения.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад, если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Всего доброго.

podvi.ru

ОБМОТКА ЯКОРЯ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА (ДПТ)

Обмотка якоря машины постоянного тока представляет собой зам­кнутую систему изолированных проводников, определенным образом уложенных в пазы сердечника якоря и присоединенных к коллектору. К обмотке якоря предъявляются ряд требований. Она должна обеспе­чить получение необходимой ЭДС, прохождения тока номинальной ве­личины и безыскровую работу щеточного контакта. При этом она долж­на иметь достаточную электрическую, термическую и механическую прочность, обеспечивать возможно меньший расход материалов, мак­симальное значение КПД.

Обмотка якоря состоит из отдельных элементов–секций. Секция – это часть обмотки, содержащая один или несколько витков и при­соединенная к двум коллекторным пластинам. Несколько секций скреп­ленных между собой для удобства укладки в пазы якоря образуют ка­тушку. Секции в виде катушек являются основным конструктивным эле­ментом при образовании якорной обмотки. Они укладываются в пазы в два слоя так чтобы левые стороны секций лежали в верхней части па­за, а правые – в нижней. Такая обмотка носит название двухслой­ной (рисунок 1.11).

Рисунок 1.11

  Части секций, лежащие в пазу, называются активными сторонами секции, они находятся в магнитном поле главных полюсов и при вра­щении якоря в них индуктируется ЭДС. Части секции, находящиеся вне пазов, называются лобовыми частями. Они находятся вне основ­ного магнитного потока и ЭДС в них не индуктируется.

Верхняя сторона одной секции и нижняя сторона другой, уло­женные в одном пазу, образуют так называемый элементарный паз (обозначается zэ). В реальном пазу может располагаться нес­колько элементарных пазов, их число равно числу секций в катушке. На рисунке 1.12, а показан разрез элементарного паза и разрез паза (рисунок 1.12,б), который имеет Us=2 элементарных паза.

  Так как секция имеет два активные стороны, то каждой секции в обмотке соответствуют один элементарный паз. Концы секции присоединяются к коллекторным пластинам, при этом к каждой пластине присоединяют конец одной секции  и начало следующей, в результате чего все секции соединяются последовательно и на каждую секцию приходится одна коллекторная пластина (рисунок 1.13).

Чтобы ЭДС, индуктируемые в активных сторонах секции, склады­вались и величина суммарной ЭДС секции при этом была наибольшей, необходимо секцию располагать в пазах сердечника так, чтобы шири­на ее была равна или незначительно отличалась от полюсного деления τ. При этом с секцией будет сцепляться полный поток полю­сов и ЭДС в ней будет достирать максимального значения. Для ха­рактеристики обмотки необходимо знать, как расположены в магнит­ном поле ее секции и как соединены они между собой. Это указыва­ется на развернутой схеме обмотки. На этой схеме цилиндрические поверхности якоря и коллектора, разрезанные вдоль оси машины в любом месте, развертывают на плоскость и представляют прямоуголь­никами. Диаметр коллектора условно принимается равным диаметру якоря. Пазы якоря и все соединения проводников изображают отрез­ками прямых линий. Секции для простоты изображаются всегда одновитковыми (Wc =1). Активные стороны секций, находящиеся в ниж­нем слое паза,

черчивают пунктиром. Для расчета, составлений схем и монтажа обмотки испопользуются понятия шагов обмотки. Рассто­яние между двумя активными сторонами секции, определяющие ее ши­рину (рисунок 1.14), называется первым частичным шагом обмотки y1. Расстояние между правой активной стороной секции и левой актив­ной стороной последующей секции называется вторичным частичным шагом обмотки y2.

Рисунок 1.14

Расстояние между началами двух последова­тельно соединенных секций называется результирующим шагом обмотки y. Шаги y1, y2, y измеряются обычно числом элементар­ных пазов. Расстояние между коллекторными пластинами, к которым присоединяются начало и конец секции, измеренное числом коллек­торных пластин, называется шагом обмотки по коллектору yк. Так как начало следующей секции присоединяется к концу предыдущей, то yк равен числу коллекторных делений между началом одной сек­ции и началом следующей. По якорю это соответствует результирую­щему шагу y. Таким образом, ход обмотки по коллектору соот­ветствует ходу обмотки по якорю. Это обеспечивает выполнение симметричной обмотки и справедливо для всех типов обмотки якоря.

По внешнему очертанию контуров, образуемых последовательно соединенными секциями, различают петлевые, волновые и комбини­рованные.

www.radioingener.ru

Цепь якоря двигателя постоянного тока

 

Дифференциальное уравнение якорной цепи (по 2-му закону Кирхгофа):

или

,

где – электромагнитная постоянная времени.

Входной величиной звена будем считать разность , а выходной величиной – ток якоря Iя. Запишем уравнение якорной цепи для изображений величин:

Находим передаточную функцию звена:

Получена передаточная функция апериодического звена. Коэффициентом К является величина – проводимость цепи якоря. Цепь якоря обладает электромагнитной инерцией, обусловленной ее индуктивностью.

 

Резистивно-емкостный фильтр низких частот

 

 

Входная величина звена – напряжение U1, выходная величина звена – напряжение U2.

 

 

Статический коэффициент передачи фильтра К=1, постоянная времени фильтра:

Т = RC.

При скачке входного напряжения U1 выходное напряжение U2 нарастает по экспоненте (по мере заряда конденсатора и снижения тока в цепи конденсатора) и стремится к значению входного напряжения.

Такой фильтр хорошо пропускает сигналы низких частот (при ω<<1/T значение АЧХ близко к единице) и подавляет сигналы высоких частот (при ω>>1/T значение АЧХ близко к нулю).

 

Механическая инерционная система (демпфер и пружина).

 

Входной величиной (воздействием) будем считать перемещение конца пружины x, а выходной величиной (реакцией) – перемещение поршня y. Тогда данную систему можно описать как апериодическое звено с единичным коэффициентом К=1.

 

Постоянная времени Т=δ/с, где δ – коэффициент вязкого трения при движении поршня [Нс/м], с – коэффициент жесткости пружины [Н/м].

Если переместить конец пружины на некоторое расстояние, то поршень переместится на такое же расстояние, но не мгновенно, а за время примерно равное 3Т. Величина y будет изменяться во времени по экспоненте (см. переходную функцию апериодического звена).

При таком математическом описании не учитывается масса поршня (если поршень обладает значительной массой, то данная модель может оказаться неверной – переходные процессы будут колебательными).

 

Билет 14

1. Понятие устойчивости систем автоматического управления.

Система находится в состоянии равновесия, если при отсутствии воздействия на систему возмущающих факторов ошибка регулирования (разность между заданным и фактическим состоянием системы) стремится к нулю. Под устойчивостью понимается способность динамической системы возвращаться в равновесное состояние после окончания действия возмущения, нарушившего это равновесие. Неустойчивая система после воздействия возмущения удаляется от равновесного состояния или начинает совершать вокруг него колебания с нарастающей амплитудой.

Рис. 4.1.1.Возникновение неустойчивых (расходящихся) колебаний в системе можно проследить на примере следящей системы с обратной связью (рис. 4.1.1). Допустим, что в установившемся состоянии равновесия при опорном сигнале uo на регуляторе Р выходное состояние объекта управления ОУ равно yуст. Это состояние поддерживается сигналом рассогласования еуст, который формируется в регуляторе Р по разности опорного сигнала и сигнала обратной связи уос-уст, т.е. еуст = uo-уос-уст. В первый момент включения системы в силу инерционности обратной связи уос = 0, а, следовательно, e(t) >> еуст, что вызывает нарастание выходной величины y(t), которая будет стремиться к y(t) >> ууст по крайней мере, до тех пор, пока сигнал обратной связи не начнет уменьшать значение e(t). Однако значительно возросшая величина y(t) через ОС передается на вход регулятора системы и может настолько существенно уменьшить значение e(t), что это может привести к последующему снижению величины выходного сигнала до значений y(t) << ууст, т.е. к возникновению колебательного процесса относительно равновесного состояния. При неблагоприятном соотношении параметров системы колебательный процесс может быть незатухающим и даже расходящимся. Пример такого процесса в концертной акустике хорошо известен – свист из динамиков, если коэффициент обратной связи от динамиков на микрофоны на определенных частотах становится положительным.

Устойчивость линейной системы определяется не характером возмущения, а структурой самой системы. Говорят, что система устойчива "в малом", если определен факт наличия устойчивости, но не определены ее границы. Система устойчива "в большом", когда определены границы устойчивости и то, что реальные отклонения не выходят за эти границы. Соответственно, и задача исследования систем на устойчивость может быть поставлена двояко:

1) устойчива ли система при заданном значении ее параметров;

2) в каких диапазонах можно изменять параметры системы, не нарушая ее устойчивости.

Вторая задача исследования имеет место при наладке и эксплуатации систем автоматического управления.

В соответствии с классическим методом решение дифференциального уравнения для системы ищется в виде:

y(t) = усв(t) + увын(t). (4.1.1)

Здесь усв(t) – свободная составляющая, общее решение однородного дифференциального уравнения с нулевой правой частью:

a0y(n) + a1y(n-1) + ... + an-1y’ + any = 0,

т.е. когда все внешние воздействия сняты, и состояние системы определяются лишь собственной структурой.

Функция увын(t) представляет собой частное решение неоднородного дифференциального уравнения, под которым понимается уравнение с ненулевой правой частью. Физически это означает, что к системе приложено внешнее воздействие u(t). Поэтому вторая составляющая общего решения называется вынужденной. Она определяет вынужденный установившийся режим работы системы при наличии на входе определенного воздействия u(t) или f(t) после окончания переходного процесса.

 

lektsia.com

Двигатель постоянного тока — устройство и принцип работы

Несмотря на широкое распространение сетей переменного тока как с тремя фазами, так и однофазных, электрические сети постоянного тока (пт) давно существуют и развиваются, совершенствуясь. Наиболее старые электросети пт обслуживают электротранспорт. Двигатель постоянного тока (в сокращении дпт) — наиболее распространенный мотор на городском электрическом транспорте. При постоянном токе индуктивность и емкость почти не оказывают влияние на протекающие процессы, и по этой причине не только электротранспорт, но и многие другие системы, потребляющие электрическую энергию, работают намного эффективнее.

Далее в статье мы расскажем о дпт, включая:

• принцип действия двигателя постоянного тока;
• устройство оборудования;
• преимущества и недостатки.

Некоторые модели дпт

Что положено в основу

Вскоре после того как было обнаружено взаимодействие магнита и проводника с электрическим током, исследователи догадались усилить электромагнитное поле, создаваемое проводником, придав последнему специальную форму. Так появился виток и рамка как разновидность витка. Рамка в поле постоянного магнита обнаружила свойство стремиться занимать только одно положение. Она всегда устанавливается своей плоскостью поперек силовых линий магнита. Если рамка может вращаться на оси, то при наличии тока она будет поворачиваться вокруг этой оси до тех пор, пока не станет поперек силовых линий магнита.

Рамка с током в поле постоянного магнита

В процессе поворота ток в рамке должен течь непрерывно. До недавних пор, пока не появились полупроводниковые приборы достаточной мощности, единственным решением этого были скользящие контакты — щетки. Они скользят по контактам рамки, которые в виде пластин размещаются на поверхности цилиндра, расположенного коаксиально с рамкой. Коллектор — так называется этот цилиндр с контактами. Чтобы получить непрерывное вращение несколько рамок, и коллектор располагают на общей оси. Тогда станет возможно преодолеть устойчивое состояние каждой рамки в ее крайнем положении.

Когда рамок становится достаточно много, коллекторная сборка контактов получается все более многочисленной, а контакты узкими, в результате чего количество их увеличивается на 2 с каждой новой рамкой. Посчитав количество пластин и разделив полученное число на 2, можно узнать количество рамок в конструкциях движков. Чтобы взаимодействие рамки с магнитом в электродвигателях получалось наиболее эффективным, все внутреннее пространство заполняется металлом — ферромагнетиком. Таким способом получаются роторы, которыми снабжены электродвигатели постоянного тока.

Конструкция и технические возможности

В цилиндре делаются пазы, в нее укладываются провода в виде рамки, и коллектор присоединяют к пластинам. Так делается большинство роторов дпт. Поскольку щетки присоединяются к источнику питания, и только они вместе с коллектором определяют работу движка и состоят в связи с электросетью, ротор дпт — это якорь. В этом и есть отличие якоря электродвигателей пт. Якорю в асинхронном и синхронном моторах присуще быть статором. 

Ротор дпт

Изображение конструкции ротора электромотора, показанное выше, наглядно дает понимание того, как работает двигатель постоянного тока. Щетки подают на пластины коллектора постоянное напряжение. Обмотка на сердечнике — это своего рода соленоид. На постоянном токе сердечник соленоида намагничивается и обретает полюса. В результате устройство электродвигателя — это, по сути, взаимодействующие постоянные магниты. Эти принципы взаимодействия хорошо известны всем. И наверняка каждый человек, державший в руках два магнита, помнит, что одноименные полюса их отталкиваются, а разноименные — притягиваются.

Как устроен дпт

По такому же принципу работают все электрические машины, выполняющие функции электромоторов. Как на переменном, так и на постоянном токе. Электрический двигатель постоянного тока имеет щеточный коллекторный узел. Он в определенный момент отключает от источника питания одну обмотку-рамку и питает током следующую. В результате такого устройства полюсы соленоида смещаются. А основанное на принципе взаимодействия постоянных магнитов вращение ротора продолжается. 

Принцип действия электродвигателя постоянного тока не предусматривает обязательное применение постоянных магнитов в статоре. В большинстве мощных коллекторных движков по причине дороговизны постоянных магнитов конструкцию статора делают на основе электромагнита. Это не только дешевле. Такая конструкция совместно с использованием щеточно-коллекторного узла в моторе и работающая на тех же принципах, что и движки с постоянными магнитами, позволяет совместить в одном устройстве способность работать как на постоянном, так и на переменном напряжении. 

Если в статоре применен постоянный магнит, направление тока в рамке, которое определено полярностью щеток, будет обуславливать вращение вала (рамки) в ту или противоположную сторону. Двигатель постоянного тока с электромагнитным статором называют также универсальным электродвигателем. Обмотку статора и щетки можно в нем соединять либо последовательно, либо параллельно. В любом из этих соединений принцип работы электродвигателя пт обеспечит однонаправленное вращение вала при подключении к переменному напряжению.

Преимущества и недостатки

Одновременная смена полярности в статоре и роторе обеспечит электродвигателю одно и то же направление силы Лоренца в течение всего времени воздействия переменного напряжения. Это расширяет полезные свойства двигателя, работающего на пт. Однако на постоянном токе сердечники дпт могут работать в режиме насыщения, обеспечивая при взаимодействии ротора и статора максимальную силу.

• В этом заключается главное преимущество дпт. На переменном напряжении индуктивность ротора и статора не позволит получить нормальный режим работы с аналогичными по силе магнитными полями.

А вот недостаток дпт по сути только один — это коллектор. Самое худшее в электротехнике — это контакты. Большинство проблем и неисправностей обусловлено именно этими деталями. А коллектор — это и есть контакты, много контактов. Причем колектору присущи следующие недостатки:

• Коммутация индуктивной нагрузки, которой является каждая рамка. В результате на щетках появляется искрение, которое при определенных условиях (оборотах и мощности) развивается в круговой огонь на коллекторе. Это недопустимо опасный режим, который быстро портит дпт.

Круговой огонь на коллекторе Круговой огонь на коллекторе

• Истирание щеток создает угольную пыль, которая проникает повсюду и увеличивает вероятность замыканий и неисправностей.
• Щетки ограничивают рабочий ресурс дпт и должны регулярно проверяться и заменяться.

Узел коллектора дпт, загрязненный палью от истирающихся щеток

Устранить недостатки дпт путем изменения его конструкции стало возможным только с появлением полупроводниковых ключей, запираемых при пт. Но при этом получается новый тип двигателя, который часто именуется шаговым. Применение электромагнитов в роторе и статоре все равно не избавляет от контактов. Для питания рамок ротора нужны те же щетки, но уже не коллектор, а кольца. Полупроводниковый коммутатор в цепи каждой рамки подключает ее к кольцам, и рамка поворачивается. Скорость вращения вала в таком двигателе зависит и от напряжения, и от работы коммутаторов.

От колец в шаговом двигателе можно отказаться, если ротор сделать на основе постоянного магнита, а рамки с полупроводниковыми коммутаторами разместить на статоре. По сути, получается синхронная машина пт, в которой статор с коммутаторами создает вращающееся магнитное поле. Это наиболее функциональное и современное техническое решение. Оно позволяет получить наибольший крутящий момент применительно к габаритам движков. Но в принципе, шаговые двигатели, так же как и еще одна разновидность дпт — униполярные электродвигатели, — это уже совсем другая история…

Похожие статьи:

domelectrik.ru

---

• 
  Электрический кабель для прокладки в квартире
• 
  Как правильно выполнить
• 
  Как подключить однокнопочный выключатель
• 
  Энергия запасенная в конденсаторе
• 
  Колатом энергосбыт
• 
  Тип системы электроснабжения
• 
  Нефть состоит из
• 
  Устройство электросчетчика
• 
  Аббревиатура эдс
• 
  Прокладка кабеля в лотках
• 
  Где ноль где фаза