Основні теоретичні відомості. Машини постійного струму - генератори і двигуни -здебільшого є зворотними.

Машини постійного струму - генератори і двигуни - здебільшого є зворотними.

Генератор постійного струму (ГПС) являє собою електричну машину, що перетворює механічну енергію в електричну. Генератори застосовуються в установках, які перетворюють змінний струм у постійний для зарядки акумуляторних батарей, для живлення електролізних установок, у промисловості й на транспорті, де необхідне плавне регулювання швидкостей робочих машин.

ГПС складається з трьох основних частин:

- статора з магнітними полюсами (магнітна система);

- якоря з обмоткою, в якій при обертанні наводиться ЕРС;

- щітково-колекторного пристрою, шляхом якого одержують напругу постійного струму на затискачах генератора.

Нерухома станина 1 виробляється з литої сталі. До внутрішньої поверхні станини прикріплюються сердечники електромагнітів 2. На них намотані обмотки 3 із мідного проводу (обмотка збудження). Для утримання котушок наявні полюсні наконечники 4 спеціальної форми. Вони ж забезпечують необхідний розподіл магнітного поля. Котушки називаються обмоткою збудження, живляться постійним струмом, створюють магнітний потік, лінії якого пронизують якір.

Рис. 6.1. Будова машини постійного струму

Якір 5 - сталеве осердя з пластин. Уздовж якоря розташовані пази з обмоткою, що ізольована від сталі. Колектор 6, як і якір, насаджений на вал двигуна. Складається з набору мідних пластин, ізольованих одна від одної і від вала. Кожна з пластин шляхом пайки під’єднується до певної точки обмотки якоря. З пластинами колектора за допомогою щіткотримача контактують спеціальні щітки, котрі мають виводи, з яких і знімається напруга генератора.

Принцип дії генератора постійного струму

На обмотку збудження подається постійна напруга, і якір приводиться в обертання. Зовнішній ланцюг відключається від зажимів якоря.

У провідниках якоря, що перетинають лінії магнітної індукції, наводиться ЕРС

e=BlV,

де В - магнітна індукція поля;

l – довжина провідника, який знаходиться у магнітному полі;

V – швидкість обертання якоря.

За правилом правої руки можна показати, що напрямок ЕРС у провідниках, що лежать під N полюсом, має один знак, а під S полюсом - інший. В активних провідниках, котрі переходять геометричну нейтраль, ця ЕРС - е = 0. Якщо на нейтралях установити щітки, то між ними будуть провідники з однаково направленими ЕРС, сума яких максимальна.

Незважаючи на те, що при обертанні якоря все нові й нові стержні і пластини колектора будуть займати місце під щітками, направлення ЕРС у цих провідниках, а також величина й направлення результуючої ЕРС не зміниться. Щітка, до якої спрямовані сумарні ЕРС провідників, що знаходяться під суміжними полюсами, відзначається знаком (+), а інша - (−).

Способи збудження машин ПС

Ланцюг збудження і ланцюг якоря в машинах ПС можуть бути включені щодо навантаження по-різному:

ОЗ₁

ОЗ

ОЗ ОЗ ОЗ₂

а) б) в) г)

а) незалежне збудження – обмотка збудження (ОЗ) живиться від стороннього джерела. В машинах малої потужності може застосовуватися постійний магніт;

б) паралельне збудження - ОЗ підключається паралельно до якоря, має велику кількість витків із тонкого дроту і порівняно з якорем великий опір;

в) послідовне збудження - ОЗ уключається послідовно з якорем. Через неї протікають ті ж струми, що через якірні. Опір незначний (великий перетин дроту);

г) змішане збудження - на полюсах дві обмотки: одна послідовна, а інша - паралельна.

Незалежне збудження застосовується рідко, оскільки необхідно мати стороннє джерело живлення.

Принцип дії двигуна постійного струму

Машина ПС може працювати також і в якості двигуна, а саме перетворювати електричну енергію в механічну.

Якщо до машини постійного струму підвести ззовні напругу, то в обмотці якоря буде протікати струм І_я, а в обмотці збудження І_з. Завдяки колектору струми, що протікають у провідниках якірної обмотки, розташованих під північним полюсом, протікатимуть в один бік, а під південним - в інший. За правилом лівої руки в результаті взаємодії магнітного потоку Ф з провідниками з струмом на стержнях будуть діяти електромагнітні сили. При цьому якір двигуна обертатиметься за годинниковою стрілкою.

Ці сили створять електромагнітний обертовий момент

М=К Ф І_я,

де К – постійний коефіцієнт;

Ф – магнітний потік.

Момент буде переборювати момент опору, доданий до вала.

При обертанні якоря стержні перетинають лінії магнітної індукції, тому в обмотках якоря індукується ЕРС

Е=С_nФ.

Користуючись правилом правої руки, можна показати, що ЕРС якірної обмотки направлена проти струму, що протікає в ній. Це означає, що Е спрямована проти направлення U, тому отримала назву протиелектрорушійної сили. Враховуючи, що U і Е протилежні

І_я = або U=E-I_я r_я.

При номінальній роботі двигуна I_я r_я мале, і проти ЕРС складає 90-95% від U.

Завдання з роботи

1. Ознайомитися з будовою і конструкцією досліджуваного електродвигуна постійного струму з паралельним збудженням.

2. Зняти та побудувати робочі, механічні й частотні характеристики електродвигуна постійного струму з паралельним збудженням.

3. Скласти короткі висновки щодо роботи.