Машины постоянного тока

в электрическую постоянного тока (генератор) или для обратного преобразования (двигатель).

Машина постоянного тока обратима.

постоянного тока:
-Применение на транспорте
-Приводы металлургических станков
-Крановые, подъемно-транспортные и другие
механизмы…


Генераторы постоянного

тока:
-Питание радиостанций
-Питание двигателей постоянного тока
-Сварка и т.д.

2 — полюсы; 3 — магнитопроводящее ярмо; 4 — полюсные

наконечники; 5 — якорь; 6 — пазы, в которых заложены проводники якоря

На рис.1 представлена схема двухполюсной машины постоянного тока.

Схема работы машины постоянного тока: N, S — полюса постоянного магнита; I — ток в нагрузке; 1 — щётки; 2 — пластина коллектора; 3 — виток провода на якоре машины; 4 — нагрузка.

3 — станина; 4 — главные полюса; 5 — магнитопровод

якоря; 6 — рабочая обмотка якоря; 7 — дополнительные полюса; 8 — обмотка дополнительных полюсов.

(1)

Где U - напряжение на зажимах генератора;

R - сопротивление обмотки якоря.

U = E – I * R (2)

Уравнение (2) называется основным равнением генератора.

На рис. 2 схематично изображен генератор постоянного тока, показаны направления токов в проводниках якорной обмотки.

Работа электрической машины постоянного тока
в режиме генератора

Рис. 2. Генератор постоянного тока.

1 - полюсы индуктора, 2 - якорь,
3 - проводники, 4 - контактные щетки.

напряжения, подведенного к якорю двигателя, в обмотке якоря появится ток

I. При взаимодействии тока с магнитным полем индуктора возникает электромагнитный вращающий момент:
М = С * I * Ф
Где C - коэффициент, зависящий от конструкции двигателя.

Работа электрической машины постоянного тока
в режиме двигателя

На рис. 3 изображен схематично двигатель постоянного тока, выделен проводник якорной обмотки.

Рис. 3. Двигатель постоянного тока (схематично).

В установившемся режиме электромагнитный вращающий момент М уравновешивается противодействующим тормозным моментом М2 механизма, приводимого во вращение.
М = М2

Рис. 4. Схема замещения якорной обмотки.

На рис. 4 показана схема замещения якорной обмотки двигателя. ЭДС направлена встречно току якоря. В соответствии со вторым законом Кирхгофа:
-E = - U + I
откуда
U = E + I * R = C * Ф * n + I * R (3)

Ф * n + I * R (3)

Уравнение (3) называется

основным уравнением двигателя.
Из уравнения (3) можно получить формулы:

I = (U – E) / R (4) n = (U – I*R) / C*Ф (5)



Из формулы (5) видно, что частоту вращения
двигателя постоянного тока n можно регулировать следующими
способами:

1. Изменением тока возбуждения с помощью реостата в цепи обмотки возбуждения;
2. Изменением тока возбуждения с помощью реостата в цепи обмотки возбуждения;
3. Изменением напряжения U на зажимах якорной обмотки.

машиной
постоянного тока, состоит из одного постоянного
магнита на статоре, из одного

электромагнита с явно
выраженными полюсами на роторе (двухполюсного
ротора с явно выраженными полюсами и с одной
обмоткой из двух частей), щёточноколлекторного узла
с двумя пластинами (ламелями) и двумя щётками.
Имеет два положения ротора (две «мёртвые точки»), из
которых невозможен самозапуск, и неравномерный
крутящий момент.

Рис. 6. Двигатель.

равна скорости вращения якоря n, выраженной в оборотах в секунду:
f

= n,
А в общем случае, когда машина имеет р пар полюсов с чередующейся полярностью:
f = pn
Таким образом, в генераторе коллектор является механическим выпрямителем, который
преобразовывает переменный ток обмотки якоря в постоянный ток во внешней цепи.

Основное уравнение генератора:


В системах автоматического управления широкое применение имеют тахогенераторы постоянного тока.








Выходная характеристика тахогенератора - это зависимость UТГ=f(ω). Она может быть получена из
анализа эквивалентной схемы якорной цепи

система описывается уравнениями,
аналогичными уравнениям:

Тахогенера́тор (от греч. táchos — быстрота, скорость

и генератор) — измерительный генератор постоянного или переменного напряжения, предназначенный для преобразования мгновенного значения частоты вращения вала в электрический сигнал.

Рис. 7. Тахогенератор.

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 статическом режиме двигатель независимого возбуждения описывается следующей системой уравнений:












В статическом режиме двигатель независимого возбуждения описывается
следующей системой уравнений:

динамическая система описывается следующими уравнениями в операторной форме:

устройство преобразователей электрической энергии в механическую и механической в электрическую.

Таким образом, электрические машины взаимозаменяемы: любой электродвигатель может использоваться в качестве генератора и наоборот, электродинамическая головка может использоваться в качестве микрофона и наоборот, и т. п.
Любая электрическая машина обладает свойством обратимости, т.е. может работать в режиме генератора или двигателя.

Применение обратимости.
Данное явление широко используется в электротехнике, например, для электродинамического торможения. Кроме того, генерируемый двигателем ток может подзаряжать аккумуляторы транспортного средства, на котором установлен, либо возвращаться в питающую электросеть, как происходит на электропоездах при торможении или движении под уклон.

Обратимость иногда используется в электронной технике: например, в некоторых образцах связной аппаратуры динамическая головка в режиме передачи служит микрофоном. Этим достигается улучшение массогабаритных показателей и удешевление изделия.

двигателя называется зависимость частоты вращения якоря
n2 от момента на

валу M2 при U = const и Iв = const.

Уравнения электромеханической характеристики в осях α, β имеют вид:

Выражения для потокосцеплений имеют вид:

есть ЭДС двигателя:
- конструктивный коэффициент;

Для машины постоянного

тока с независимым возбуждением уравнения статических электромеханической и механической характеристик получим, полагая

двигателя последовательного возбуждения выглядит следующим образом:
- С увеличением нагрузки скорость

двигателя резко падает.
- С уменьшением нагрузки на валу двигатель развивает очень большую частоту вращения. Говорят, что двигатель идет вразнос.
- Работа двигателя последовательного возбуждения без нагрузки недопустима.

хода E = Uхх = f (Iв).

Характеристику холостого хода

получают при разомкнутой
внешней цепи (Iя) и при постоянной частоте вращения (n2 = const)
Характеристика холостого хода генератора показана на рис. 10

Рис. 8. Характеристика холостого хода генератора.

Из-за остаточного магнитного потока ЭДС генератора не равна нулю при токе
возбуждения, равном нулю.
Соответствующая часть характеристики холостого хода будет прямолинейна.
Но при дальнейшем увеличении тока возбуждения происходит магнитное
насыщение машины, отчего кривая будет иметь изгиб. При последующем
возрастании тока возбуждения ЭДС генератора почти не меняется. Если
уменьшать ток возбуждения, кривая размагничивания не совпадает с кривой
намагничивания из-за явления гистерезиса.

нагрузкой напряжение генератора:
Рис. 9. Внешняя характеристика



Величина

составляет 3...8 %.

Внешней характеристикой называется зависимость падения напряжения в нагрузке, подключённой к обмотке статора, от величины протекающего в ней тока. На рис.10 приведены внешние характеристики синхронного генератора для различных видов нагрузки. Все характеристики нелинейны и монотонны.

Рис. 10. Внешняя характеристика синхронного генератора

постоянным напряжение
генератора при изменении нагрузки. В этом случае по мере

роста
нагрузки нужно увеличивать ток возбуждения.

Рис. 11 зависимость Iв = I(Iн) при £I=const и rt=const

Зависимость частоты вращения ротора от напряжения питания обмоток ротора ДПТ. Отображается в виде графика. Горизонтальная ось (абцисс) — напряжение питания обмоток ротора, вертикальная ось (ординат) — частота вращения ротора. Регулировочная характеристика ДПТ есть прямая, идущая с положительным наклоном.

Регулировочная характеристика ДПТ строится при определённом моменте, развиваемом двигателем. В случае построения регулировочных характеристик для нескольких значений момента на валу ротора говорят о семействе регулировочных характеристик ДПТ.