Что такое якорь в электродвигателе постоянного тока
Перейти к содержимому

Что такое якорь в электродвигателе постоянного тока

  • автор:

Что такое якорь в электродвигателе постоянного тока

На рис. 1 схематично изображен поперечный разрез машины постоянного тока (МПТ). На неподвижной части машины (статоре) размещаются стальные полюсы с надетыми на них катушками обмотки возбуждения. Катушки соединяются между собой так, чтобы при прохождении по обмотке постоянного тока полюсы приобретали чередующуюся полярность (N, S, N, S и т.д.). Поток, создаваемый обмоткой возбуждения, неизменен во времени и замыкается через якорь.

Рис. 1 — Устройство и принцип действия МПТ

На вращающейся части машины располагается обмотка, в которой индуктируется основная ДС, поэтому в машинах постоянного тока вращающуюся часть называют якорем.

Обмотка укладывается на стальном сердечнике, закрепленном на валу (на рисунке не показан). Предположим, что сердечник выполнен в виде полого цилиндра, на внешней и внутренней поверхностях которого размещаются проводники. С торцевых сторон эти проводники соединяются между собой, образуя замкнутый контур. Щетки или щеточный контакт обеспечивает коммутацию очередного проводника с сетью.

На рисунке видно, что проводник под щеткой (желтый) проводит ток, который, взаимодействуя с электромагнитом возбуждения, посредством магнитного поля, создает пару сил по правилу левой руки. Эти силы раскручивают якорь, который, поворачиваясь, коммутирует через щетки следующий проводник.

Основные причины выхода из строя

Как видно из принципа действия, основная часть обмоток находится на якоре (роторе) машины, следовательно, почти 80% всех аварий связаны именно с якорной обмоткой:

  1. Обрыв одной или нескольких секций якорной обмотки. Двигатель при определенном положении якоря не запускается, т.к. проводник разорван и отсутствует якорный ток, создающий момент. При удачно запуске на валу двигателя не развивается нормальная полезная мощность, привод может работать рывками
  2. Обрыв соединения с коллекторными пластинами. Коллектор – устройство, представляющее собой барабан, состоящий из контактных пластин, каждая из которых служит для коммутации секции через щеточный контакт. При отсутствии контакта с коллектором происходит аналогичные сбои в работе, что и п.1
  3. Износ коллекторных пластин. Может привести к плохому контакту с цепью якоря, а также к возникновению «кругового замыкания» — ток пойдет не по секциям якоря, а по поверхности коллектора. Круговой огонь – очень опасная авария, приводит к пожарам и полной негодности коллектора и щеточного узла
  4. Износ контактных щеток и щеточной траверзы. Последствия аналогичны п.1, п.2
  5. Разбалансировка якоря. Изменение зазора между полюсом и секцией. Магнитный поток становится неравномерным в разных точках машины, следовательно, силы создающие момент изменяются в зависимости от положения якоря. В итоге, снижется мощность, увеличивается перегрев, появляются вибрации

Аварии на магнитных полюсах не часты, но их также стоит отметить:

  1. Обрыв катушки возбуждения. Основной магнитный поток отсутствует. Двигатель не запускается
  2. Витковое замыкание катушки возбуждения. Увеличенный ток полюса, опасность термического поражения изоляции

Коллекторный электродвигатель постоянного тока

Коллекторный электродвигатель постоянного тока — вращающаяся электрическая машина постоянного тока, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию, у которой хотя бы одна из обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, соединена с коллектором.

Конструкция коллекторного электродвигателя постоянного тока

Статор (постоянный магнит)
Рисунок 1 — Электродвигатель постоянного тока с постоянными магнитами в разрезе

Статор — неподвижная часть двигателя.

Индуктор (система возбуждения) — часть коллекторной машины постоянного тока или синхронной машины, создающая магнитный поток для образования момента. Идуктор обязательно включает либо постоянные магниты либо обмотку возбуждения. Индуктор может быть частью как ротора так и статора. В двигателе, изображенном на рис. 1, система возбуждения состоит из двух постоянных магнитов и входит в состав статора.

Якорь — часть коллекторной машины постоянного тока или синхронной машины, в которой индуктируется электродвижущая сила и протекает ток нагрузки [2]. В качестве якоря может выступать как ротор так и статор. В двигателе, показанном на рис. 1, ротор является якорем.

Щетки — часть электрической цепи, по которой от источника питания электрический ток передается к якорю. Щетки изготавливаются из графита или других материалов. Двигатель постоянного тока содержит одну пару щеток или более. Одна из двух щеток соединяется с положительным, а другая — с отрицательным выводом источника питания.

Коллектор — часть двигателя, контактирующая со щетками. С помощью щеток и коллектора электрический ток распределяется по катушкам обмотки якоря [1].

Типы коллекторных электродвигателей

По конструкции статора коллекторный двигатель может быть с постоянными магнитами и с обмотками возбуждения.

Коллекторный двигатель с постоянными магнитами

Коллекторный двигатель с постоянными магнитами

Схема коллекторного двигателя с постоянными магнитами

Коллекторный двигатель постоянного тока (КДПТ) с постоянными магнитами является наиболее распространенным среди КДПТ. Индуктор этого двигателя включает постоянные магниты, которые создают магнитное поле статора. Коллекторные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами (КДПТ ПМ) обычно используются в задачах не требующих больших мощностей. КДПТ ПМ дешевле в производстве, чем коллекторные двигатели с обмотками возбуждения. При этом момент КДПТ ПМ ограничен полем постоянных магнитов статора . КДПТ с постоянными магнитами очень быстро реагирует на изменение напряжения. Благодаря постоянному полю статора легко управлять скоростью двигателя. Недостатком электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами является то, что со временем магниты теряют свои магнитные свойства, в результате чего уменьшается поле статора и снижаются характеристики двигателя.

    Преимущества:
  • лучшее соотношение цена/качество
  • высокий момент на низких оборотах
  • быстрый отклик на изменение напряжения
    Недостатки:
  • постоянные магниты со временем, а также под воздействием высоких температур теряют свои магнитные свойства

Коллекторный двигатель с обмотками возбуждения

    По схеме подключения обмотки статора коллекторные электродвигатели с обмотками возбуждения разделяют на двигатели:
  • независимого возбуждения
  • последовательного возбуждения
  • параллельного возбуждения
  • смешанного возбуждения

Двигатель независимого возбуждения

Схема независимого возбуждения

Двигатель параллельного возбуждения

Схема параллельного возбуждения

Двигатель последовательного возбуждения

Схема последовательного возбуждения

Двигатель смешанного возбуждения

Схема смешанного возбуждения

Двигатели независимого и параллельного возбуждения

В электродвигателях независимого возбуждения обмотка возбуждения электрически не связана с обмоткой якоря (рисунок выше). Обычно напряжение возбуждения UОВ отличается от напряжения в цепи якоря U. Если же напряжения равны, то обмотку возбуждения подключают параллельно обмотке якоря. Применение в электроприводе двигателя независимого или параллельного возбуждения определяется схемой электропривода. Свойства (характеристики) этих двигателей одинаковы [3].

В двигателях параллельного возбуждения токи обмотки возбуждения (индуктора) и якоря не зависят друг от друга, а полный ток двигателя равен сумме тока обмотки возбуждения и тока якоря. Во время нормальной работы, при увеличении напряжения питания увеличивается полный ток двигателя, что приводит к увеличению полей статора и ротора. С увеличением полного тока двигателя скорость так же увеличивается, а момент уменьшается. При нагружении двигателя ток якоря увеличивается, в результате чего увеличивается поле якоря. При увеличении тока якоря, ток индуктора (обмотки возбуждения) уменьшается, в результате чего уменьшается поле индуктора, что приводит к уменьшению скорости двигателя, и увеличению момента.

    Преимущества:
  • практически постоянный момент на низких оборотах
  • хорошие регулировочные свойства
  • отсутствие потерь магнетизма со временем (так как нет постоянных магнитов)
    Недостатки:
  • дороже КДПТ ПМ
  • двигатель выходит из под контроля, если ток индуктора падает до нуля

Коллекторный электродвигатель параллельного возбуждения имеет механическую характеристику с уменьшающимся моментом на высоких оборотах и высоким, но более постоянным моментом на низких оборотах. Ток в обмотке индуктора и якоря не зависит друг от друга, таким образом, общий ток электродвигателя равен сумме токов индуктора и якоря. Как результат данный тип двигателей имеет отличную характеристику управления скоростью. Коллекторный двигатель постоянного тока с параллельной обмоткой возбуждения обычно используется в приложениях, которые требуют мощность больше 3 кВт, в частности в автомобильных приложениях и промышленности. В сравнении с КДПТ ПМ, двигатель параллельного возбуждения не теряет магнитные свойства со временем и является более надежным. Недостатками двигателя параллельного возбуждения являются более высокая себестоимость и возможность выхода двигателя из под контроля, в случае если ток индуктора снизится до нуля, что в свою очередь может привести к поломке двигателя [5].

Двигатель последовательного возбуждения

В электродвигателях последовательного возбуждения обмотка возбуждения включена последовательно с обмоткой якоря, при этом ток возбуждения равен току якоря (Iв = Iа), что придает двигателям особые свойства. При небольших нагрузках, когда ток якоря меньше номинального тока (Iа &lt Iном) и магнитная система двигателя не насыщена (Ф ~ Iа), электромагнитный момент пропорционален квадрату тока в обмотке якоря:

  • где M – момент электродвигателя, Н∙м,
  • сМ – постоянный коэффициент, определяемый конструктивными параметрами двигателя,
  • Ф – основной магнитный поток, Вб,
  • Ia – ток якоря, А.

С ростом нагрузки магнитная система двигателя насыщается и пропорциональность между током Iа и магнитным потоком Ф нарушается. При значительном насыщении магнитный поток Ф с ростом Iа практически не увеличивается. График зависимости M=f(Ia) в начальной части (когда магнитная система не насыщена) имеет форму параболы, затем при насыщении отклоняется от параболы и в области больших нагрузок переходит в прямую линию [3].

Рабочая характеристика двигателя последовательного возбуждения

Рабочая характеристика двигателя последовательного возбуждения

Электромеханическая характеристика двигателя последовательного возбуждения

Электромеханическая характеристика двигателя последовательного возбуждения

Важно: Недопустимо включать двигатели последовательного возбуждения в сеть в режиме холостого хода (без нагрузки на валу) или с нагрузкой менее 25% от номинальной, так как при малых нагрузках частота вращения якоря резко возрастает, достигая значений, при которых возможно механическое разрушение двигателя, поэтому в приводах с двигателями последовательного возбуждения недопустимо применять ременную передачу, при обрыве которой двигатель переходит в режим холостого хода. Исключение составляют двигатели последовательного возбуждения мощностью до 100—200 Вт, которые могут работать в режиме холостого хода, так как их мощность механических и магнитных потерь при больших частотах вращения соизмерима с номинальной мощностью двигателя.

Способность двигателей последовательного возбуждения развивать большой электромагнитный момент обеспечивает им хорошие пусковые свойства.

    Преимущества:
  • высокий момент на низких оборотах
  • отсутствие потерь магнетизма со временем
    Недостатки:
  • низкий момент на высоких оборотах
  • дороже КДПТ ПМ
  • плохая управляемость скоростью из-за последовательного соединения обмоток якоря и индуктора
  • двигатель выходит из под контроля, если ток индуктора падает до нуля

Коллекторный двигатель последовательного возбуждения имеет высокий момент на низких оборотах и развивает высокую скорость при отсутствии нагрузки. Данный электромотор идеально подходит для устройств, которым требуется развивать высокий момент (краны и лебедки), так как ток и статора и ротора увеличивается под нагрузкой. В отличии от КДПТ ПМ и двигателей параллельного возбуждения двигатель последовательного возбуждения не имеет точной характеристики контроля скорости, а в случае короткого замыкания обмотки возбуждения он может стать не управляемым.

Двигатель смешанного возбуждения

Двигатель смешанного возбуждения имеет две обмотки возбуждения, одна из них включена параллельно обмотке якоря, а вторая последовательно. Соотношение между намагничивающими силами обмоток может быть различным, но обычно одна из обмоток создает большую намагничивающую силу и эта обмотка называется основной, вторая обмотка называется вспомогательной. Обмотки возбуждения могут быть включены согласовано и встречно, и соответственно магнитный поток создается суммой или разностью намагничивающих сил обмоток. Если обмотки включены согласно, то характеристики скорости такого двигателя располагаются между характеристиками скорости двигателей параллельного и последовательного возбуждения. Встречное включение обмоток применяется, когда необходимо получить неизменную скорость вращения или увеличение скорости вращения с увеличением нагрузки. Таким образом, рабочие характеристики двигателя смешанного возбуждения приближаются к характеристикам двигателя параллельного или последовательного возбуждения, смотря по тому, какая из обмоток возбуждения играет главную роль [4].

    Преимущества:
  • хорошие регулировочные свойства
  • высокий момент на низких оборотах
  • менее вероятен выход из под контроля
  • отсутствие потерь магнетизма со временем
    Недостатки:
  • дороже других коллекторных двигателей

Двигатель смешанного возбуждения имеет эксплуатационные характеристики двигателей с параллельным и последовательным возбуждением. Он имеет высокий момент на низких оборотах, так же как двигатель последовательного возбуждения и хороший контроль скорости, как двигатель параллельного возбуждения. Двигатель смешанного возбуждения идеально подходит для устройств автомобилей и промышленности (таких как генераторы). Выход двигателя смешанного возбуждения из под контроля менее вероятен, так как для этого ток параллельной обмотки возбуждения должен уменьшиться до нуля, а последовательная обмотка возбуждения должна быть закорочена.

Характеристики коллекторного электродвигателя постоянного тока

Эксплуатационные свойства двигателей постоянного тока определяются их рабочими, электромеханическими и механическими характеристиками, а также регулировочными свойствами.

Механические характеристики коллекторных электродвигателей постоянного тока

Механические характеристики коллекторных двигателей постоянного тока

Основные параметры электродвигателя постоянного тока

Постоянная момента

Для коллекторного электродвигателя постоянного тока постоянная момента определяется по формуле:

,

  • где Z — суммарное число проводников,
  • Ф – магнитный поток, Вб [1]

Физика. 10 класс

После того как в 1821 г. М. Фарадеем был впервые продемонстрирован принцип преобразования электромагнитным полем электрической энергии в механическую, учёные и инженеры стали пытаться создать электрический двигатель, который можно было бы использовать на производстве. В 1834 г. русский учёный Б.С. Якоби создал практически пригодный электрический двигатель и опубликовал теоретическую работу «О применении электромагнетизма для приведения в движение машины». 13 сентября 1838 г. лодка, снабжённая колёсами с лопастями, приводимыми во вращение электрическим двигателем, с двенадцатью пассажирами на борту проплыла по реке Неве против течения со скоростью около 3. Это было одно из первых применений электрического двигателя. Трудно представить, но ещё 100 лет назад в очень немногих домах можно было увидеть какое-либо устройство с электрическим двигателем: пыль и сор с пола убирали с помощью веника, кофе мололи и бельё стирали вручную. Даже автомобильные двигатели запускали с помощью специальной рукоятки.

Рис.

Существует много различных типов электрических двигателей. Мы рассмотрим простейший электрический двигатель постоянного тока, для работы которого использованы основные законы электромагнетизма.

Электрический двигатель постоянного тока — электрическая машина, преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию ( рис. 188.4 ).

Рис.

Основными частями, необходимыми для работы любой электрической машины постоянного тока, являются ( рис. 188.5 ):

– индуктор — постоянный магнит или электромагнит, создающий магнитное поле (в технических электрических машинах в качестве индуктора, создающего магнитное поле, почти всегда применяют электромагниты);

– якорь — обмотка, в которой при изменении магнитного потока возникает ЭДС индукции. Для того чтобы получать большие магнитные поля там, где находятся обмотки якоря, его снабжают железным сердечником. Концы этого сердечника имеют такую форму, чтобы между полюсами магнита и сердечником оставался лишь небольшой зазор, необходимый для вращения;

– коллектор и скользящие по нему контактные пластинки — электрические щётки, при помощи которых осуществляется соединение обмотки якоря с источником тока.

Вращающуюся часть электрической машины (якорь) называют ротором, а её неподвижную часть (индуктор) — статором.

Если подключить к зажимам электрической машины источник тока и пропустить ток от этого источника через статор и ротор, то взаимодействие их магнитных полей создаст вращающий момент, приводящий в движение ротор. Таким образом, электрическая энергия, подаваемая на зажимы электрической машины, превращается в механическую энергию вращения. Электрическая машина в этом случае работает как электрический двигатель. Соединив вал ротора с нагрузкой, например, с грузоподъёмником, мы можем привести этот грузоподъёмник в движение.

Выясним происхождение сил, которые создают действующий на якорь электродвигателя вращающий момент. При подключении щёток к источнику постоянного напряжения по обмотке якоря проходит электрический ток. На проводники обмотки со стороны магнитного поля индуктора действуют силы Ампера, перпендикулярные к направлениям тока и индукции магнитного поля.

Рис.

На рисунке 188.6 показаны силы Ампера, действующие на отдельные проводники обмотки, плоскость которой расположена под некоторым углом к направлению индукции магнитного поля. Применяя правило левой руки, можно убедиться, что силы Ампера и , действующие на проводники АK, ED и ВС, параллельны оси вращения . Следовательно, они не создают вращающего момента якоря. Силы Ампера и , действующие на проводники АВ и СD, перпендикулярны оси и создают вращающий момент. Якорь начинает вращаться и тем самым приводит во вращение соответствующие детали технических устройств (троллейбусов, трамваев, электрических бытовых приборов и др.).

Основной рабочей характеристикой электродвигателя постоянного тока является вращающий момент Мвр = 2FrN , создаваемый силами Ампера. Здесь r — радиус ротора, N — число витков в обмотке. Поскольку максимальное значение силы Ампера Fmaх = BIl , то вращающий момент, действующий на рамку с током,

где I — сила тока в обмотке, B — индукция магнитного поля, l — длина проводника. Так как площадь рамки S = 2lr , а ВS = Фmaх — максимальный магнитный поток через рамку, то вращающий момент на валу двигателя можно определить по формуле

Таким образом, вращающий момент электродвигателя постоянного тока прямо пропорционален максимальному магнитному потоку через виток обмотки, силе тока в обмотке якоря и числу витков в обмотке.

Рис.

Якорь любого электродвигателя состоит из нескольких обмоток ( рис. 188.7 ). Вращающий момент принимает максимальное значение, когда соответствующая обмотка находится в плоскости, параллельной направлению индукции магнитного поля, и равен нулю, когда обмотка находится в плоскости, перпендикулярной направлению индукции. Для того чтобы обеспечить длительное вращение якоря при неизменном направлении вращающего момента, электрический ток в обмотке должен изменять направление через каждые пол-оборота. Это может быть осуществлено следующим образом. При вращении якоря коллектор отключает электрические щётки от одной обмотки и подключает к другой, так что в каждый момент времени ток проходит через обмотку якоря, находящуюся в плоскости, параллельной направлению индукции магнитного поля. Таким образом, вращающий момент сохраняет своё направление, и якорь вращается в одном направлении.

Изменяя силу тока в обмотках якоря, можно регулировать модуль скорости его вращения. Направление вращения можно изменять, изменяя направление тока в обмотке якоря или индуктора.

Простота устройства электродвигателей и управления ими, возможность легко регулировать частоту вращения и хорошие пусковые свойства определили широкое применение их в качестве приводных двигателей для прокатных станов, гребных винтов кораблей, шахтных подъёмных машин, в электрифицированном магистральном, городском и заводском транспорте, дорожно-строительных, ремонтно-отделочных машинах. Электродвигатели часто являются исполнительными звеньями систем автоматического управления и регулирования и т. д.

img

1. Как устроен электродвигатель постоянного тока?

2. Каково назначение индуктора? якоря? коллектора и щёток?

3. На каком явлении основано действие электродвигателя постоянного тока?

4. От чего зависит вращающий момент электродвигателя постоянного тока?

5. Как можно изменять модуль скорости и направление вращения якоря электродвигателя?

6. Где применяют электродвигатели постоянного тока?

ЯКОРЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

основная часть машины, несущая на себе обмотку, в к-рой при работе машины в качестве генератора (см. Генератор электрический) индуктируется электродвижущая сила, а при работе ее в качестве мотора (см. Электродвигатель) циркулирует ток от сети.

статор) и укрепляется обычно в станине машины.» />

Взаимодействие к-рого с магнитным полем машины вызывает ее вращение. В машинах постоянного тока и в коллекторных моторах переменного тока якорь является вращающейся частью машины (ротором) и представляет собой барабан, собранный с целью уменьшения вредного действия вихревых токов из отдельных железных листов толщиной примерно 0,5 мм, разделенных между собой тонкой бумагой или покрытых лаком для изоляции друг от друга; в продольных пазах на боковой поверхности барабана укладывается обмотка. В большинстве современных машин переменного тока якорь неподвижен (статор) и укрепляется обычно в станине машины.

Технический железнодорожный словарь. — М.: Государственное транспортное железнодорожное издательство . Н. Н. Васильев, О. Н. Исаакян, Н. О. Рогинский, Я. Б. Смолянский, В. А. Сокович, Т. С. Хачатуров. 1941 .

  • ЯДРО НАСЫПИ
  • ЯНУШЕВСКОГО ВКЛАДЫШ

Электродвигатель постоянного тока.

Хотя система своременного электроснабжения основана на применении переменного тока, тем не менее машины постоянного находят широкое использование в самых различных отраслях промышленности и в быту.

Основными частями машины постоянного тока (см. рис. 1) являются неподвижная станина, несущая электромагниты, и вращающаяся часть – якорь. Часто их называют по аналогии с машинами переменного тока статором – неподвижную часть и ротором – вращающуюся часть. Станина с электромагнитами служит для возбуждения главного магнитного поля машины, а во вращающемся якоре индуктируется э.д.с. и проходят токи, создающие в генераторе тормозящий момент, а в двигателе – вращающий момент.

Двигатель постоянного тока

Станина изготавливается из литой стали и представляет собой полый цилиндр, на внутренней стороне которого укреплены сердечники полюсов: главных и дополнительных. На сердечники главных полюсов надеты катушки, составляющие обмотку возбуждения машины. Сердечники полюсов снабжаются наконечниками, служащими для более равномерного распределения магнитной индукции вдоль окружности якоря. Дополнительные полюса имеются имеются только на более крупных машинах. Эти полюса устанавливаются на станине посредине между главными полюсами. Их обмотка соединяется последовательно с обмоткой якоря. Назначение этих полюсов – поддерживать магнитное поле работающей машины относительно постоянным независимо от нагрузки. Это нужно для безыскровой работы щеток на коллекторе.

Сердечник якоря собран из изолированных друг от друга листов электротехнической стали. Он снабжен пазами, в которые закладывается обмотка якоря, обычно состоящая из отдельных секций.

Характерной для машин постоянного тока деталью является коллектор – полый цилиндр, собранный из изолированных одна от другой и от вала машины клинообразных медных пластин. Последние определенным образом соединяются с витками обмотки якоря. На коллекторе в щеткодержателях устанавливаются неподвижные щетки, через которые обмотка якоря соединяется с внешней цепью. Щетки к коллектору прижимаются пружинами. щеткодержатели укрепляются на щеточных траверсах. Последние устанавливаются на подшипниках машины и их можно поворачивать, изменяя таким путем положение щеток по отношению к полюсам машины.

Коллектор в генераторах постоянного тока служит для выпрямления переменной э.д.с., индуктируемой во вращающейся обмотке якоря, а в двигателях постоянного тока – для получения постоянного по направлению вращающего момента. Одна и та же машина постоянного тока может работать в режимах генератора и двигателя, т.е. она обратима, как все электрические машины.

В режиме генератора машина работает тогда, когда ее вращает какой-либо первичный двигатель (паровая или гидравлическая турбина, двигатель внутреннего сгорания и т.д.), главное магнитное поле возбуждено, а обмотка якоря через щетки замкнута на нагрузку. В этой обмотке индуктируется э.д.с. и возникает ток, протекающий через якорь и нагрузку. Ток в якоре, взаимодействуя с главным магнитным полем, создает тормозящий момент, который должен преодолеть первичный двигатель. В режиме двигателя внешний источник электроэнергии посылает электрические токи в цепи якоря и возбуждения машины, а ток якоря, взаимодействуя с главным магнитным полем, образует вращающий момент. Под действием этого момента якорь вращается, а машина преобразует электрическую энергию в механическую.

Устройство электродвигателя постоянного тока

Электродвигатель постоянного тока — электромеханическое устройство, преобразующее электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию.

Электродвигатель постоянного тока состоит из неподвижной части — станины и вращающейся части — якоря.

Станина — полый стальной цилиндр, на внутренней поверхности которого укреплено четное число выступающих главных полюсов электродвигателя постоянного тока . Эти полюсы собраны из тонких изолированных друг от друга лаком листов электротехнической стали и заканчиваются расширенной частью — полюсными наконечниками для распределения магнитной индукции в воздушном зазоре по закону, близкому к трапецеидальному.

Линии, проходящие через середины полюсов и центр вала электродвигателя постоянного тока, называют ее продольными магнитными осями .

На полюсах расположены одна или несколько обмоток возбуждения постоянного тока , которые соединены между собой так, чтобы получить чередующуюся полярность полюсов, возбуждающих основное неподвижное магнитное поле машины.

Обмотки возбуждения с большим числом витков тонкого провода и значительным сопротивлением имеют выводы к зажимам с обозначениями Ш1 и Ш2, а обмотки возбуждения с малым числом витков толстого провода и малым сопротивлением — выводы к зажимам с обозначениями С1 и С2.

Между главными полюсами электродвигателя постоянного тока расположены добавочные полюсы , которые меньше главных и изготовлены массивными из стали. Обычно число добавочных полюсов равно числу главных и только в электродвигателях номинальной мощностью до 2 — 2,5 кВт число их уменьшено вдвое. На этих полюсах размещена обмотка добавочных полюсов с небольшим числом витков толстого провода, малого сопротивления с выводами к зажимам с обозначениями Д1 и Д2.

В электродвигателях постоянного тока, предназначенных для тяжелого режима работы, полюсные наконечники имеют пазы, параллельные оси вала, где находится компенсационная обмотка с небольшим числом витков толстого провода и малым сопротивлением с выводами к зажимам с обозначениями К1 и К2.

Учебная модель электродвигателя постоянного тока

Обмотки возбуждения, обмотка добавочных полюсов и компенсационная обмотка выполнены изолированным медным проводом. При проводах значительного сечения обмотку добавочных полюсов выполняют неизолированной медной шиной, навитой спиралью на узкое ребро, с прокладкой изоляции как между витками, так и между ними и самим полюсом.

Мощность на возбуждение магнитного поля электродвигателя постоянного тока в зависимости от ее размеров составляет от 0,5 до 5 % ее номинальной мощности.

Между поверхностями полюсных наконечников и магнитопроводом якоря имеется воздушный зазор, радиальный размер которого в зависимости от номинальной мощности электродвигателя и его быстроходности изменяется обычно от нескольких долей миллиметра до десяти миллиметров.

Устройство электродвигателя постоянного тока

Устройство электродвигателя постоянного тока: 1 — станина, 2 — главный полюс, 3 — обмотка возбуждения, 4 — полюсный наконечник, 5 — добавочный полюс, 6 — обмотка добавочного полюса, 7 — проводники компенсационной обмотки, 8 — воздушный зазор, 9 — магнитопровод якоря, 10 — проводники обмотки якоря, 11 — щетка, 12 — вал, 13 — коллектор, 14 — лапа.

Якорь барабанного типа — зубчатый цилиндр, укрепленный на валу электродвигателя постоянного тока, собранный из пакетов, составленных из тонких изолированных друг от друга лаком листов электротехнической стали с пазами на наружной поверхности. Между пакетами находятся радиальные вентиляционные каналы, а пазы якоря заполнены изолированными медными проводниками, которые по торцам соединены между собой в секции, входящие в обмотку якоря.

Секция — основной элемент обмотки якоря из одного или нескольких последовательно соединенных витков, начало и конец которых припаяны к двум коллекторным пластинам, в результате чего конец одной секции и начало следующей присоединены к одной и той же коллекторной пластине.

Одно и двухвитковые обмотки якоря электродвигателей постоянного тока: а - петлевой, б - волновой

Одно и двухвитковые обмотки якоря электродвигателей постоянного тока: а — петлевой, б — волновой

Соединение секций обмоток якоря электродвигателей постоянного тока: а - петлевой, б - волновой

Соединение секций обмоток якоря электродвигателей постоянного тока: а — петлевой, б — волновой

Коллектор — полый цилиндр из мелких пластин твердотянутой меди трапецеидального сечения, изолированных миканитовыми прокладками и манжетами друг от друга и от вала.

Из технологических соображений обмотку якоря выполняют двухслойной, располагая в каждом пазу его магнитопровода по две стороны различных секций: в верхнем слое одного паза — одну сторону секции, показанную сплошной линией, а в нижнем слое другого паза, находящегося под противоположным главным полюсом, — другую сторону этой же секции, изображенную пунктирной линией. Пазы, где находятся обе стороны одной и той же секции, смещены относительно друг друга на величину, близкую или равную полюсному делению ? — расстоянию по окружности якоря между осями соседних главных полюсов.

Независимо от типа обмотки якоря — петлевой или волновой — она образует замкнутую цепь, разделенную группами неподвижных графитных, угольно-графитных, медно-графитных или бронзово-графитных щеток, прижимаемых пружинами к коллектору, на четное число одинаковых параллельных ветвей по отношению к зажимам обмотки якоря с обозначениями Я1 и Я2. При петлевой, или параллельной, обмотке число параллельных ветвей равно числу главных полюсов электродвигателя, а при волновой, или последовательной, обмотке оно всегда равно двум.

Группы щеток, укрепленных в щеткодержателях, устанавливают равномерно по окружности коллектора перед серединой главных полюсов с тем, чтобы они присоединялись к тем секциям обмотки якоря, которые в данный момент находятся на геометрических нейтралях якоря — неподвижных линиях, проходящих через центр вала машины по осям добавочных полюсов. Геометрические нейтрали расположены по нормалям к магнитным линиям основного поля машины, а число их равно числу пар главных полюсов.

При расположении щеток на коллекторных пластинах, отвечающих секциям обмотки якоря, находящимся на геометрических нейтралях, и холостом ходе электродвигателя, э. д. с, индуктируемые в движущихся проводниках в пределах каждой параллельной ветви обмотки якоря, направлены согласно, а э. д. с. между щетками различной полярности достигает наибольшего значения. При сдвиге щеток по окружности коллектора в любом направлении эта э. д. с. уменьшается, поскольку в параллельно соединенных ветвях обмотки якоря появляются проводники со встречно направленными э. д. с.

Щеткодержатели укреплены на пальцах поворотной щеточной траверсы, от которой они электрически изолированы. С помощью траверсы возможно смещать щетки в небольших пределах по окружности коллектора относительно полюсов при настройке работы щеточного аппарата. Совокупность коллектора и щеток создает скользящий контакт с вращающейся обмоткой якоря.

Число групп щеток с чередующейся полярностью обычно равно числу главных полюсов электродвигателя постоянного тока. Для образования выводов обмотки якоря Я1 и Я2 щетки одинаковых полярностей, находящихся перед серединой соответствующих одноименных главных полюсов, соединяют между собой и от них выводят проводники большого сечения или шины к зажимам с обозначениями Я1 и Я2, которые используют для присоединения к другим обмоткам машины или ко внешней цепи.

На валу электродвигателя постоянного тока со стороны, противоположной коллектору, укреплен вентилятор центробежного типа, который обеспечивает лучшее охлаждение машины. Вал лежит в подшипниках, расположенных в подшипниковых щитах электродвигателя.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Якоря для электродвигателя постоянного тока

Якорьэлектродвигателя состоит из вала на котором установлен коллектор, пакет электротехнического железа, катушки якоря. Катушки уложены в пазы пакета железа , свободные не изолированные концы катушек приварены к пластинам коллектора, на лобную часть катушек и на ту часть с которой приварены катушки наложена бандажная лента.

Тип электродвигателя Мощность кВт Якорь электродвигателя руб / шт
Д-808Б 90 +
ДЭ (В)-812 100 , 120 +
ДЭ (В)-814 155 +
ДЭ (В)-816 190 , 225 +
ДЭ (В)-816 200 , 220 +
ДЭ (В)-816 150 +
ДЭ (В)-818 270 +
ДПЭ (В)-82 175 +
ДПЭ (В)-82А 190 +
ДПЭ-52 54 +
ДПВ-52 50 , 60 +
GGFB 75/550 75 +
4П 225S +
4П 225М +
4П 250S +
4П 250М +
4П 280S +
4П 280М +
4П 280L +
ДРТ-13М 14,6 +
ДРК-27 27/19,6 +
ДТН-33, ДРТ-33 33 +
ДТН-46 +
ДТН-45 45 +
ДТ-51 36 +
ДТ-53 50 +
ЭТ-31 31 +
ЭТ-46 45 +

Узел токосъема

Узел токосъема на электродвигателе предназначен для осуществления скользящего контакта между электрощетками и поверхностью коллектора или токосъемных колец.

Узлы токосъема комплектуются:
— щеткодержателями серии ДРПр1, ДП, ДРПк1, ДПГ, ДРПра, ДГ, ДГМ, ДРПр2, ДТрПс2, ДТнПк, ДПс1, РТП, ДРПс, ДРПч, ДППр2, ДРПк2
— щетками (материал изготовленияЭГ, МГ, БДХ, МГС, МГО, МГ, EG ( производитель: Morgan Carbon) — траверсами или бракетами их изготавливают из металла или карболита.

Для осуществления заказа на узлы токосъема необходимо предоставить информацию:
1.Тип электродвигателя
2. Параметры электродвигателя
3. Количество и марку щеткодержателей
4. По возможности фото или чертежи
5. Точное количество

Электродвигатель постоянного тока. Принцип действия и устройство.

www.motors33.ru

На рис. 1-1 представлена простейший электродвигатель постоянного тока, а на рис. 1-2 дано его схематическое изображение в осевом направлении. Неподвижная часть двигателя, называемая индуктор, состоит из полюсов и круглого стального ярма, к которому прикрепляются полюсы. Назначением индуктора является создание в электродвигателе основного магнитного потока. Индуктор изображенной на рис. 1-1 имеет два полюса 1 (ярмо индуктора на рис. 1-1 не показано).
Вращающаяся часть электродвигателя состоит из укрепленных на валу цилиндрического якоря 2 и коллектора. 3. Якорь состоит из сердечника, набранного из листов электротехнической стали, и обмотки, укрепленной на сердечнике якоря. Обмотка якоря в показанном на рис. 1-1 и 1-2 простейшем электродвигателе имеет один виток. Концы витка соединены с изолированными от вала медными пластинами коллектора, число которых в рассматриваемом случае равно двум. На коллектор налегают две неподвижные щетки 4, с помощью которых обмотка якоря соединяется с внешней цепью.
Основной магнитный поток в нормальных электродвигателях постоянного тока создается обмоткой возбуждения, которая расположена на сердечниках полюсов и питается постоянным током. Магнитный поток проходит от северного полюса N через якорь к южному полюсу S и от него через ярмо снова к северному полюсу. Сердечники полюсов и ярмо также изготовляются из ферромагнитных материалов.

Рис. 1-1. Простейший электродвигатель постоянного тока
Рис. 1-2. Работа простейшего электродвигателя постоянного тока в режиме генератора (а) и двигателя (б).

Генератор постоянного тока.

Рассмотрим сначала работу электродвигателя в режиме генератора.

Предположим, что якорь электродвигателя (рис. 1-1 и 1-2, а) приводится во вращение по часовой стрелке. Тогда в проводниках обмотки якоря индуктируется Э. Д. С., направление которой может быть определено по «правилу правой руки» и показано на рис. 1-1 и 1-2, а. Поскольку поток полюсов предполагается неизменным, то эта Э. Д. С. индуктируется только вследствие вращения якоря и называется Э. Д. С. вращения. В обоих проводниках вследствие симметрии индуктируются одинаковые Э. Д. С., которые по контуру витка складываются. Частота Э. Д. С. f в двухполюсном электродвигателе 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.

Двигатель постоянного тока.

Рассматриваемая простейшая машина может работать также двигателем, если к обмотке ее якоря подвести постоянный ток от внешнего источника. При этом на проводники обмотки якоря будут действовать электромагнитные силы и возникнет электромагнитный момент. Величины силы и момента определяются как и для генератора. При достаточной величине Мэм якорь электродвигателя придет во вращение и будет развивать механическую мощность. Момент Мэм при этом является движущим и действует в направлении вращения.
Если мы желаем, чтобы при той же полярности полюсов направления вращения генератора (рис. 1-2, а) и двигателя (рис. 1-2, б) были одинаковы, то направление действия а следовательно, и направление тока у двигателя должны быть обратными по сравнению с генератором (рис. 1-2, б).
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.
Принцип обратимости. Из изложенного выше следует, что каждый электродвигателя постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Такое свойство присуще всем типам вращающихся электрических машин и называется обратимостью.
Для перехода машины постоянного тока из режима генератора в режим двигателя и обратно, при неизменной полярности полюсов и щеток и при неизменном направлении вращения требуется только изменение направления тока в обмотке якоря.
Поэтому такой переход может осуществляться весьма просто и в определенных условиях даже автоматически.
Аналогичным образом может происходить изменение режима работы также в электродвигателях переменного тока.

Еженедельные отправки по всей России:

Балашиха, Подольск, Химки, Королёв, Мытищи, Люберцы, Красногорск, Электросталь, Коломна, Одинцово, Домодедово, Серпухов, Щёлково, Орехово-Зуево, Раменское, Долгопрудный, Жуковский, Пушкино, Сергиев Посад, Реутов, Ногинск, Ростов-на-Дону, Таганрог, Шахты, Волгодонск, Новочеркасск, Батайск, Новошахтинск, Уфа, Стерлитамак, Салават, Нефтекамск, Октябрьский, Ставрополь, Пятигорск, Кисловодск, Невинномысск, Ессентуки, Челябинск, Магнитогорск, Златоуст, Миасс, Копейск, Махачкала, Хасавюрт, Дербент, Каспийск, Казань, Набережные Челны, Нижнекамск, Альметьевск, Краснодар, Сочи, Новороссийск, Армавир, Владивосток, Уссурийск, Находка, Артём, Самара, Тольятти, Сызрань, Новокуйбышевск, Екатеринбург, Нижний Тагил, Каменск-Уральский, Первоуральск, Симферополь, Керчь, Евпатория, Сургут, Нижневартовск, Нефтеюганск, Красноярск, Норильск, Ачинск, Барнаул, Бийск, Рубцовск, Ковров, Муром, Волгоград, Волжский, Камышин, Иркутск, Братск, Ангарск, Новокузнецк, Кемерово, Прокопьевск, Нижний Новгород, Дзержинск, Арзамас, Саратов, Энгельс, Балаково, Чебоксары, Новочебоксарск, Новый Уренгой, Ноябрьск, Пермь, Березники, Хабаровск, Комсомольск-на-Амуре, Архангельск, Северодвинск, Белгород, Старый Оскол, Череповец, Вологда, Калуга, Обнинск, Курск, Железногорск, Липецк, Елец, Новосибирск, Бердск, Оренбург, Орск, Томск, Северск, Тула, Новомосковск, Ульяновск, Димитровград, Ярославль, Рыбинск, Майкоп, Улан-Удэ, Назрань, Нальчик, Элиста, Черкесск, Петрозаводск, Сыктывкар, Йошкар-Ола, Саранск, Владикавказ, Кызыл,Ижевск,Абакан, Грозный, Якутск, Чита, Петропавловск-Камчатский, Благовещенск, Астрахань, Брянск, Воронеж, Иваново, Калининград, Киров, Кострома, Курган, Санкт-Петербург, Мурманск, Великий Новгород, Омск, Орёл, Пенза, Москва, Севастополь, Севастополь, Псков, Рязань, Южно-Сахалинск, Смоленск, Тамбов, Тверь, Тюмень

Устройство и принцип работы двигателя постоянного тока

В повседневной жизни нас окружает множество электроприборов. Основным элементом некоторых из них является двигатель. В одной из наших статей мы уже рассказывали о том, как устроен и работает двигатель переменного тока. Сегодня в нашей статье мы рассмотрим устройство и принцип действия двигателя постоянного тока.

Устройство (схема) двигателя постоянного тока

Конструкция электродвигателя постоянного тока состоит из следующих элементов:

1. вал электродвигателя, на который устанавливаются остальные детали.
2. якорь (ротор) двигателя, который включает в себя:
2.1. сердечник якоря, представленный в виде набора пластин из специальной электротехнической стали;
2.2. якорная обмотка;
2.3. коллектор;

2.4. главный полюс, представляющий собой набор пластин из электротехнической стали. Для двигателей малых размеров полюсы изготавливаются из постоянных магнитов;

2.5. обмотка возбуждения;

2.6. монолитные добавочные полюса (в двигателях малых размеров не применяются) предназначены для улучшения коммутации и располагаются между главными полюсами;

2.7. обмотка из эмалированных проводов добавочного полюса;

3. корпус электродвигателя, который чаще всего выполняется из чугуна, так как данный материал обеспечивает возможность эксплуатации электродвигателя в местах с агрессивной средой и обладает высоким уровнем устойчивости к износам. Также для улучшения корпус двигателя может изготавливаться со специальными ребрами, которые обеспечивают термический баланс электродвигателя. Полюсы, образующие индуктор, а также якорь, устанавливаются в корпус двигателя.

4. клеммная коробка. Концы обмоток полюсов двигателя выводятся в клеммную коробку, в которой установлены клеммы с подключенными концами обмоток индуктора и клеммы для подключения щеток якоря. Также предусмотрено одно-два отверстия для установки сальников, через которые заводятся силовые кабели для подключения питания. В машинах малой мощности выводы обмоток размещаются в клеммной коробке, при этом один из зажимов добавочных полюсов и один из зажимов якоря (щеточная траверса) соединены наглухо внутри машины, а в клеммную коробку выведены другие зажимы якоря и добавочных полюсов. В крупных машинах с высоким номинальным током клеммная коробка отсутствует, а выводные концы размещаются в нижней части станины машины. При этом выводные концы параллельной цепи выполняются в виде жил кабелей с наконечниками, последовательной — в виде шин.

Также в конструкции присутствуют такие элементы:

• передний и задний подшипниковые щиты, а также внутренние подшипниковые крышки, которые прикручиваются к подшипниковым щитам;

• щеточный узел, который состоит из кронштейна, щеткодержателей и щеток (графитовых или металло-графитовых). Данный узел крепится на выпуклой части подшипниковой крышки заднего подшипникового щита. Он предназначен для подвода «питания» к катушкам на вращающемся роторе и переключения тока в обмотках якоря;

• вентилятор охлаждения, обеспечивающий поддержание низкой рабочей температуры;

• подшипниковые щиты;
• подшипники;
• наружные подшипниковые крышки, закрывающие подшипники;
• проушины или рым-болты, которые упрощают погрузочно-разгрузочные работы и монтаж двигателя;
• лапы, которые обеспечивают низкий уровень вибрации электродвигателя во время работы;
• защитный кожух вентилятора и кожух выхода воздуха обдува;
• шильдик, на котором указывается основные характеристики двигателя.

Способы подключения электродвигателя постоянного тока

Двигатели постоянного тока производятся зачастую с параллельным, последовательным и независимым типом возбуждения. В зависимости от типа возбуждения маркировка контактов в клеммной коробке различается. Исходя из вида возбуждения, выполняется различное подключение питающего кабеля.

Для начала рассмотрим подключение кабеля к клеммам электродвигателя с независимым возбуждением обмоток.

В кабельный ввод заводим два двухжильных кабеля с жилами серого и синего цветов. Выполняем зачистку кабеля и жил, после чего надеваем на них кабельные наконечники.

После оконцевания производим подключение жил согласно схеме на внутренней стороне крышки клеммной коробки. Для данного подключения используем схему для двигателей с независимым возбуждением, когда напряжение на обмотки возбуждения и якорь двигателя подаются от независимых источников.

Электродвигатели постоянного тока

Электродвигатели постоянно присутствуют в нашей жизни. Они встречаются во многих устройствах, таких как: электрические зубные щетки, фены, миксеры, лифты и т.д. Как же работает это полезное устройство? Двигатели постоянного тока выпускаются в таком количестве версий и размеров, что действительно трудно найти место, где мы их не встретим. Это, прежде всего, все такие типы приводов, которые не требуют точного определения положения вала двигателя.

Принцип работы и устройство двигателя постоянного тока

Разберем принцип работы и устройство промышленного двигателя постоянного тока. Давайте начнем с простейшего электродвигателя постоянного тока выглядит он так, статор обеспечивает постоянное магнитное поле, а якорь являющийся вращающийся частью, представляет собой простую катушку, якорь подключается к источнику постоянного тока через пару коллекторных колец. Когда ток течет через катушку, в ней находится электромагнитная сила и в соответствии с законом Лоренца, катушка начинает вращаться. Вы можете заметить, что при вращении катушки, коллекторные кольца соединяются с источником питания противоположной полярности, в результате на левой стороне катушки всегда наблюдается движение электричество от нас а на правой на нас, это обеспечивает постоянное однонаправленное движение крутящего момента, поэтому катушка будет продолжать вращаться. Но если внимательно понаблюдать за вращением катушки то можно заметить, что вращение останавливается, когда катушка расположена почти перпендикулярно магнитному потоку, поэтому у такого двигателя постоянного тока движение ротора будет неравномерным. Есть один прием помогающий решить эту проблему нужно добавить еще один контур обмотки к ротору с отдельной коллекторной парой для него, при такой схеме, в момент когда первый контур находится в вертикальном положении, второй контур подключается к источнику питания. Таким образом, движущая сила всегда присутствует в системе. Более того, чем больше таких контуров, тем более плавным будет вращении двигателя. На практике, контуры обмотки якоря двигателя помещаются в пазах высоко проводимых слоев стали, это позволяет улучшить взаимодействие магнитных потоков.

Пружинные коллекторные щетки помогают поддерживать контакт с источником питания. Полюс статора из постоянного магнита используется только в очень маленьких двигателях постоянного тока, чаще всего используется электромагнит. Поле катушки электромагнита питается от того же источника постоянного тока. Индукторные катушки могут соединяться с роторной обмоткой двумя разными способами, параллельно или последовательно. В результате получаются две разные конструкции двигателя постоянного тока: двигатель параллельного и последовательного возбуждения. Двигатель последовательного возбуждения имеет хороший пусковой момент, но его скорость резко падает с увеличением нагрузки; двигатель параллельного возбуждения имеет низкий пусковой момент, но он способен работать практически с постоянной скоростью, независимо от нагрузки на двигатель.

В отличии от других электрических машин, двигатели постоянного тока обладают уникальным свойством: генерирование обратной ЭДС (электродвижущей силы). Вращающийся контур в магнитном поле создает ЭДС, в соответствии с принципом электромагнитной индукции, тоже происходит в случае с вращающимся контуром обмотки якоря: индуцируется внутренняя ЭДС, которая противодействует прилагаемому входному напряжению. Обратная ЭДС пропорциональна частоте вращения ротора, при запуске двигателя обратная ЭДС слишком мало поэтому ток в обмотке якоря становятся слишком высоким что приводит к выгоранию ротора, поэтому для больших двигателей постоянного тока>необходим соответствующий пусковой механизм, который регулируют прилагаемое входное напряжение.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *