ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Электрическая машина – электромагнитное устройство, состоящее из статора и ротора, и преобразующее механическую энергию в электрическую (генераторы) или электрическую в механическую (электрические двигатели). Двигатели постоянного тока исторически были первыми устройствами, преобразующими электрическую энергию в механическую. Первый двигатель постоянного тока был использован в 1838 г. академиком Б.С. Якоби. Двигатель работал от батареи гальванических элементов. Генераторы постоянного тока появились в 1870 г. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Машины постоянного тока используют в качестве двигателей и генераторов. Двигатель и генератор постоянного тока имеют одинаковое устройство. Генераторы применяются для питания электродвигателей в специальных системах электроприводов, установок электролиза, для зарядки аккумуляторов, для сварочных работ на постоянном токе. Основное достоинство двигателей постоянного тока заключается в возможности плавного регулирования частоты вращения и получения больших пусковых моментов, что очень важно для тяговых двигателей на электрическом транспорте, а также для привода различного технологического оборудования. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Электрические машины постоянного тока малой мощности применяются в системах автоматического регулирования как для привода исполнительных механизмов, так и в качестве датчиков частоты вращения подвижных частей регулируемой системы. Принцип действия электрических машин основан на законах электромагнитной индукции, Ампера и явлении вращающегося магнитного поля. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Согласно закону электромагнитной индукции, открытому М.Фарадеем в 1831 г, в проводнике, помещенном в магнитное поле и движущемся относительно него со скоростью U наводится ЭДС E, направление которой определяется правилом правой руки. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Если проводник длиной L равномерно движется перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, то значение наводимой в проводнике ЭДС равно МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА где B – индукция магнитного поля, V– скорость перемещения.

Согласно закону Ампера на проводник с током I, помещенный в магнитное поле, действует сила, направление которой определяется правилом левой руки МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА где B – индукция магнитного поля, I – сила тока.

Простейший двигатель постоянного тока представляет собой проводник, изогнутый в виде рамки и подвешенный на оси О-О. Концы рамки abсd через полукольца и скользящие по ним щётки подключены к внешнему источнику постоянного тока. Взаимодействие протекающего в рамке тока Iя с магнитным полем создаёт электромагнитную силу F, действующую на рамку и вызывающую её вращение. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Для сохранения направления действия этой силы ток в части рамки находящейся под северным полюсом должен протекать в направлении О-О, а в находящейся под южным полюсом части рамки - в направлении О-О. Поэтому через каждые пол-оборота ротора ток в сторонах аb и cd рамки должен менять направление на противоположное. Это происходит при переходе полуколец с одной щётки на другую. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

В простейшем генераторе постоянного тока в проводниках обмотки при их перемещении в магнитном поле наводятся ЭДС, которые составляют суммарную ЭДС машины. ЭДС, индуцируемые в отдельных проводниках обмотки, прямо пропорциональны индукции магнитного поля и скорости их перемещения в этом поле. Вследствие этого и суммарная ЭДС Е машины прямо пропорциональна частоте вращения ротора n и магнитному потоку Ф: где С Е постоянный коэффициент, зависящий от конструктивных данных машины.

МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА Под действием ЭДС E, индуктируемой в обмотке, в замкнутой цепи с приемником возникает ток Iя (рис. а), совпадающий с ЭДС по направлению.

МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА Взаимодействие тока с главным магнитным полем создает на валу генератора тормозной момент, который преодолевается первичным двигателем. Генератор преобразует механическую энергию в электрическую.

Рассмотрим устройство машины постоянного тока с одной парой полюсов (р = 1). Число полюсов может быть и больше, но это всегда четное число, т. е. 2 р. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

На внутренней цилиндрической поверхности стального корпуса станины 6 (статора) укреплены полюсы 4 с обмотками возбуждения 5. Эти обмотки питаются постоянным током и создают магнитный поток, который замыкается через станину, сердечники полюсов, воздушные зазоры и сталь якоря 3. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

С торцов корпус закрыт подшипниковыми щитами 7 и 10. Станина называют также ярмом машины. Она изготовляется из литой стали, так как магнитный поток в ней относительно постоянен. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

На роторе расположены якорь 3 с коллектором 1 и вентилятор 8 для охлаждения машины. Якорь представляет собой цилиндрический сердечник, в пазах которого уложены и закреплены медные проводники. Эти проводники, соединенные в определенном порядке, образуют замкнутую обмотку 9 якоря. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Якорем называют часть машины, в обмотке которой при вращении ее относительно главного магнитного поля индуктируется ЭДС. Сердечник якоря и полюсов набирается из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, изолированных друг от друга лаком для уменьшения потерь на вихревые токи и перемагничивание. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Коллектор - полый цилиндр, собранный из изолированных друг от друга клинообразных медных пластин 1. Пластины коллектора изолированы также от вала машины. Проводами 2 они соединяются с витками обмотки, размещенной в пазах якоря. Вращающаяся обмотка соединяется с внешней цепью скользящим контактом между щетками и коллектором. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Для отвода (генератор) или подвода (двигатель) тока к коллектору служат щетки, установленные в щеткодержателя х. Щетку 1 к коллектору прижимает пружина 2. Ток идет по специальному гибкому медному кабелю. Щеткодержатели надеваются на щеточную траверсу (отверстие 3), от которой они электрически изолируются. Траверса крепится соосно с якорем так, что ее можно поворачивать, изменяя положение щеток по отношению к полюсам машины. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Щёточно-коллекторный узел машин постоянного тока является главным элементом конструкции, определяющим предельную мощность и скорость вращения. От его работы существенно зависят также надёжность и срок службы. Поэтому коллектор и щётки требуют тщательного контроля за их состоянием, а также проведения периодических профилактических мероприятий для исключения отказов в работе. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Щеточно-коллекторный узел выполняет роль механического выпрямителя, обеспечивая необходимое направление тока в проводниках обмотки якоря. На каждый проводник с током, пересекающий магнитное поле, действует сила тем большая, чем больше ток и чем сильнее магнитное поле.

МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА Силы, действующие на все проводники обмотки якоря, создают суммарный электромагнитный вращающий момент М, который прямо пропорционален току якоря Iя и магнитному потоку Ф: где См постоянный коэффициент, зависящий от конструктивных данных машины.

МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА При прохождении тока в скользящем контакте щеток с коллектором возможно искрение. Оно нежелательно, поскольку разрушает коллектор и щетки. Искрение может быть связано с неровностями поверхности коллектора, плохим закреплением щеток, неправильным выбором давления на щетку и т. д. Поэтому требуется периодическая проточка, шлифовка коллектора и другие меры для поддержания хорошего качества скользящего контакта. Искрение возрастает (коммутация ухудшается) с увеличением тока якоря и частоты его вращения.

МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА ГЕНЕРАТОРЫ и ДВИГАТЕЛИ В машинах постоянного тока для создания магнитного потока используется электромагнитное возбуждение. По схеме питания этих цепей машины постоянного тока разделяют на машины с независимым (раздельным) (рис. а), параллельным (рис. б), последовательным (рис.в) и смешанным возбуждением (рис. г).

МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА К машинам с независимым возбуждениям относятся также машины с магнитоэлектрическим возбуждением, т.е. с возбуждением основного магнитного потока с помощью постоянных магнитов (рис. д). Возбуждение от постоянных магнитов встречается только в микромашинах.

МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА При независимом возбуждении цепь возбуждения и цепь якоря генератора электрически разделены, благодаря чему ток возбуждения не зависит от напряжения генератора, а следовательно, от нагрузки. Это дает возможность регулировать магнитный поток, а вместе с ним и напряжение генератора в очень широких пределах. Для такой регулировки в цепь возбуждения вводится регулировочный реостат.

МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА Мощность цепи возбуждения составляет 13% номинальной мощности генератора, так что возможно весьма экономичное регулирование ЭДС генератора.

МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА У машин с параллельным возбуждением цепь обмотки возбуждения соединяется параллельно с цепью якоря. В этом случае ток возбуждения Iв во много раз (в раз) меньше тока якоря, а напряжение U между выводами цепей якоря и возбуждения одно и то же. Следовательно, сопротивление обмотки возбуждения должно быть относительно велико.

МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА Обмотка возбуждения машины параллельного возбуждения имеет большое число витков из тонкого провода и значительное сопротивление. Для машин параллельного возбуждения, работающих в системе большой мощности, характерно постоянство главного магнитного потока и его небольшая зависимость от условий нагрузки машины.

МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА При пуске в ход генератора с параллельным возбуждением для создания магнитного потока в магнитопроводе используется явление самовозбуждения. Сначала ток в якоре, а следовательно, и в обмотке возбуждения отсутствует, но в массивной станине всегда сохраняется небольшой магнитный поток остаточного намагничивания, равный 13% номинального главного потока машины.

МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА Если в генераторе отсутствует остаточная намагниченность (из-за короткого замыкания или механических ударов), то для ее восстановления нужен посторонний источник постоянного тока хотя бы малой мощности. Этот источник нужно на короткий срок замкнуть на обмотку возбуждения, а затем использовать созданное остаточное намагничивание для нормального возбуждения.

МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА У машин с последовательным возбуждением ток якоря Iя равен току Iв обмотки возбуждения, поэтому она выполняется проводом большого сечения. Значение тока в обмотке последовательного возбуждения велико, так что для получения необходимой МДС обмотка может иметь малое число витков. Следовательно, сопротивление Rв обмотки последовательного возбуждения относительно мало. Для этих машин характерны изменения в широких пределах главного магнитного потока при изменениях нагрузки машины вследствие изменений тока якоря, а следовательно и тока возбуждения.

МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА В машинах со смешанным возбуждением на каждом полюсном сердечнике расположены две обмотки. Одна из этих обмоток подключена параллельно якорю, вторая обмотка последовательно. У такого генератора напряжение остается практически постоянным при изменениях нагрузки в определенных пределах.

МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА Это достигается применением последовательного возбуждения для компенсации увеличения падения напряжения на активном сопротивлении якоря и уменьшения тока в параллельной обмотке возбуждения, а также для компенсации размагничивающего действия якоря при увеличении тока нагрузки.

МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА В зависимости от преобладания МДС, созданных последовательной или параллельной обмоткой возбуждения, машина по своим характеристикам может быть машиной последовательного возбуждения с небольшой параллельной обмоткой возбуждения или машиной параллельного возбуждения с небольшой последовательной обмоткой возбуждения.

МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА В большинстве машин смешанного возбуждения применяется согласное соединение, т. е. МДС двух обмоток складываются. Встречное соединение, при котором МДС обмоток имеют противоположное направление, применяется в немногих специальных случаях.

Реакцией якоря называется воздействие тока якоря на магнитное поле машины. Реакция якоря в большинстве случаев явление нежелательное, искажающее главное магнитное поле и тем самым ухудшающее условия работы машины, поэтому при конструировании машины предусматриваются меры для уменьшения ее влияния.

При разомкнутой цепи якоря в машине существует только симметричное однородное поле главных полюсов (рис. а). При протекании тока в обмотке якоря возникает неподвижное в пространстве магнитное поле, ось которого совпадает с осью щёток (рис. б).

Магнитный поток ток якоря искажает и даже уменьшает магнитный поток машины. Из-за реакции якоря снижается ЭДС машины и ухудшаются условия работы коллектора усиливается искрение под щетками.

Для ослабления реакции якоря при конструировании машины предусматривается увеличение магнитного сопротивления на пути потока якоря - воздушный зазор между якорем и полюсными наконечниками делается относительно большим, а сечение зубцов якоря выбирается таким, чтобы индукция в них была велика. Дальнейшее увеличение индукции вызывает насыщение зубцов и возрастание их магнитного сопротивления, что эквивалентно некоторому увеличению воздушного зазора на пути потока якоря. Однако для поддержания нужного потока в машине при увеличении магнитного сопротивления необходимо соответствующее увеличение МДС главных полюсов, а следовательно, увеличение габаритов и массы машины.

Для улучшения коммутации между основными полюсами 1 устанавливают дополнительные полюса 2, токи обмоток которых создают в зоне коммутации магнитный поток, противоположный магнитному потоку якоря. Все машины постоянного тока мощностью более 1000 Вт снабжаются дополнительными полюсами.

Они устанавливаются на станине машины по линии геометрической нейтрали. Обмотки дополнительных полюсов соединяются через щетки последовательно с обмоткой якоря так, чтобы направление напряженности поля от дополнительных полюсов было противоположно направлению напряженности поля реакции якоря.

Для полной компенсации реакции якоря в машинах может быть специальная компенсационная обмотка, которую укладывают в пазах основных полюсных наконечников 3. Поток, создаваемый этой обмоткой, направлен противоположно потоку обмотки якоря. Обмотки дополнительных полюсов и компенсационные обмотки включают последовательно с обмоткой якоря, с тем, чтобы с увеличением тока якоря увеличивалось и их компенсирующее действие.

Режимы генератора В генераторном режиме работы ротор машины приводится во вращение первичным двигателем, а цепь обмотки якоря замкнута на нагрузку. ЭДС машины Е вызывает ток в нагрузке. Напряжение на зажимах генератора меньше этой ЭДС из-за падения напряжения в цепи обмотки якоря и в обмотках, включенных последовательно с ней, а также из-за реакции якоря. Электромагнитный момент в генераторном режиме направлен в сторону, противоположную вращению ротора, т. е. является тормозным.

Режимы генератора Уравнение баланса мощностей цепи якоря генератора Из него следует, что мощность отдачи энергии нагрузке и мощность потерь в обмотке якоря составляет электромагнитную мощность E·Iя, развиваемую генератором и равную механической мощности первичного двигателя

Режимы генератора Чем больше нагрузка генератора (чем больше ток Iя), тем больший тормозной момент М приходится преодолевать первичному двигателю генератора. Полная преобразуемая генератором электромагнитная мощность где ω = πn/30 угловая скорость вращения ротора. n- скорость вращения (об/мин.)

Режимы генератора Большой практический интерес представляет внешняя характеристика генератора, которая показывает, как меняется выходное напряжение генератора U при изменении тока I через нагрузку. Причин для изменения напряжения две: падение напряжения внутри генератора и изменение ЭДС за счет реакции якоря и изменения тока возбуждения.

Режимы генератора Для генераторов независимого и параллельного возбуждения (кривые 1 и 2) напряжение снижается при увеличении нагрузки, причем для генератора параллельного возбуждения, в большей степени, так как при его нагрузке уменьшается и ток возбуждения.

Режимы генератора При постепенном уменьшении сопротивления нагрузки до нуля, ток Iк короткого замыкания генератора параллельного возбуждения невелик, так как напряжение на обмотке возбуждения становится равным нулю и ЭДС определяется только потоком остаточного намагничивания. При мгновенном коротком замыкании ток велик, так как ЭДС машины в первый момент не успевает измениться.

Режимы генератора Генераторы последовательного возбуждения применяют редко. Для них характерно увеличение напряжения при увеличении нагрузки, поскольку при этом возрастает ток возбуждения (кривая 3).

Режимы генератора Вид внешней характеристики генератора смешанного возбуждения зависит от способа включения обмоток. При их согласном включении магнитные потоки, создаваемые обмотками, складываются, поэтому при увеличении нагрузки магнитный поток машины возрастает и увеличивается ЭДС (кривая 4). Напряжение с ростом нагрузки может даже несколько возрасти.

Режимы генератора При встречном включении обмоток внешняя характеристика имеет резко падающий характер (кривая 5), так как при увеличении нагрузки ток последовательной обмотки создает магнитный поток, противоположный потоку параллельной обмотки. Такую внешнюю характеристику имеет сварочный генератор, для которого режим короткого замыкания является эксплуатационным.

Режимы генератора Напряжение генераторов регулируют изменением тока в обмотке возбуждения. Мощность, затрачиваемая на возбуждение, относительно невелика (15% от номинальной мощности машины), что позволяет экономично регулировать напряжение. Уровень напряжения генераторов обычно поддерживается с помощью автоматических регуляторов.

Режимы двигателя Промышленностью выпускаются двигатели постоянного тока в диапазоне мощностей 0,3 200 к Вт. Микродвигатели постоянного тока применяют в качестве исполнительных для вращения механизмов. Микродвигатели могут иметь электромагнитное возбуждение и возбуждение от постоянного магнита.

Режимы двигателя В двигательном режиме работы цепь якоря машины подключена к сети постоянного тока с напряжением U. В цепи якоря протекает ток Iя. При взаимодействии его с потоком обмотки возбуждения возникает электромагнитный вращающий момент М, который преодолевает момент сопротивления со стороны механизма, приводимого в движение. ЭДС Е двигателя направлена противоположно приложенному напряжению U:

Режимы двигателя Чем больше момент двигателя, тем больший он потребляет ток. Полная преобразуемая в двигателе электромагнитная мощность Где ω угловая скорость вращения ротора. Чтобы преодолеть сопротивление механической нагрузки на валу, электродвигатель должен потреблять электроэнергию от внешнего источника.

Режимы двигателя Баланс мощностей цепи якоря двигателя Мощность U·Iя поступления электроэнергии в якорь двигателя от внешнего источника равна электромагнитной мощности и мощности потерь в обмотке якоря. Электромагнитная мощность двигателя E·Iя равна механической мощности вращения якоря

Режимы двигателя Среди всех электродвигателей двигатели постоянного тока имеют лучшие пусковые свойства. При относительно небольшом пусковом токе (2 - 2,5)Iн они могут создавать достаточно большой пусковой момент (2,5 - 4)Mн. Реверс (изменение направления вращения) двигателя можно осуществить, изменив направление вращающего момента М. Так как то знак момента изменится, если изменить либо направление тока в обмотке якоря, либо направление магнитного потока. Обычно для реверса изменяют полярность напряжения на обмотке якоря, т. е. направление тока в обмотке якоря.

Режимы двигателя Из характеристик двигателя наибольшее практическое значение имеет механическая характеристика, которая показывает, как меняется частота вращения ротора n при изменении момента М на валу. Механическая характеристика, полученная при номинальных значениях напряжения питания и отсутствии добавочного сопротивления в цепи якоря, называется естественной (1), а кривая 2 искусственная, полученная при включении добавочного сопротивления в цепь якоря двигателя.

Режимы двигателя Для двигателей независимого и параллельного возбуждения механическая характеристика линейна (рис. а). Идеальному холостому ходу (М = 0) соответствует частота вращения n о. При увеличении момента частота вращения уменьшается. Если это снижение скорости незначительно (δn), то характеристика называется жесткой (кривая 1). Двигатели параллельного возбуждения применяют в металлорежущих станках.

Режимы двигателя Чем больше сопротивление в цепи якоря, тем «мягче» характеристика (кривая 2), тем больше изменение частоты вращения (Δn).

Режимы двигателя Двигатель последовательного возбуждения имеет мягкую механическую характеристику (рис. б), так как при увеличении момента М и возрастании тока якоря возрастает магнитный поток Ф, и частота вращения двигателя снижается. Характерной особенностью двигателя последовательного возбуждения является резкое увеличение частоты вращения при снижении нагрузки. Они используются как тяговые двигатели.

Режимы двигателя При малых нагрузках частота может достичь недопустимо больших значений. Чтобы этого не случилось, на валу двигателя должна быть нагрузка не менее 25 % от номинальной. Механическая характеристика двигателя смешанного возбуждения (рис. в) занимает среднее положение между характеристиками двигателей параллельного и последовательного возбуждения. Характеристика мягкая, но из-за наличия параллельной обмотки частота вращения на холостом ходу ограничена.

Режимы двигателя Двигатели смешанного возбуждения применяют для компрессоров, насосов, прокатных станов. Частоту вращения двигателя n можно регулировать тремя способами; изменением магнитного потока, изменением напряжения, подаваемого на обмотку якоря и включением добавочного сопротивления в цепь якоря.

Режимы двигателя Для двигателя независимого возбуждения даны естественная механическая характеристика (1) и искусственные (2, 3, 4), соответствующие указанным трем способам регулирования частоты вращения n. Положение рабочей точки на всех характеристиках взято при моменте сопротивления

Режимы двигателя При понижении напряжения U на якоре (линия 2) n снижается, а жесткость характеристики сохраняется. При уменьшении магнитного потока Ф (линия 3) возрастает n, при введении в цепь якоря добавочного сопротивления (линия 4) Rдоб снижается n, и в обоих случаях характеристика будет «мягче». Метод регулирования n введением Rдoб неэкономичен, что ограничивает его применение. Два других способа применяют чаще.

При пуске двигатель разгоняется до определенной рабочей скорости вращения. Пуск продолжается от долей до нескольких секунд. В момент пуска в цепи якоря двигателя может возникать большой пусковой ток. Пуск двигателя Большой пусковой ток возникает потому, что сопротивление в цепи якоря Rя невелико, подаваемое напряжение U номинальное, а ЭДС Е, которая в рабочем режиме уравновешивает большую часть приложенного напряжения, в момент пуска равна нулю. Ток в цепи якоря С увеличением частоты вращения якоря возрастает ЭДС Е, а ток Iя снижается. Пуск двигателя постоянного тока может быть прямым, реостатным и при пониженном напряжении.

Внутреннее сопротивление якоря машины постоянного тока невелико – этим снижают потери мощности в нем. У двигателей средней мощности ( к Вт) оно имеет величину порядка десятых- сотых долей Ома. При прямом пуске, т.е. непосредственном включении якоря на номинальное напряжение сети, пусковой ток: Пуск двигателя в раз больше номинального, что недопустимо для двигателя.

Для уменьшения пускового тока применяют реостатный пуск двигателя, когда в цепь его якоря вводят добавочное сопротивление в виде специального пускового реостата. Сопротивление пускового реостата выбирают таким, чтобы пусковой ток не превышал кратковременно допустимого значения (2-2,5)Iн Пуск двигателя Без пусковых реостатов (добавочных сопротивлений Rдоб в цепи якоря) во избежание аварии пускают лишь двигатели мощностью до 1 к Вт.

Режимы двигателя Пусковые качества двигателя тем выше, чем больше его пусковой момент при пусковом токе, не превышающем допустимый. При вращении двигателя ток в цепи якоря Iя создается небольшой разностью между напряжением и противо-ЭДС Е. Сопротивление Rдоб в первый момент максимально и по мере запуска его уменьшают с таким расчетом, чтобы ток двигателя при пуске не превышал допустимого значения.

Режимы двигателя а)б)в)г) Регулирование частоты вращения двигателей последовательного возбуждения можно производить: включением Rдоб (рис. а), переключением однотипных двигателей с параллельного включения на последовательное (рис. б), шунтированием обмотки якоря и обмотки возбуждения (рис.в), секционированием обмотки возбуждения (рис. г).

Регулирование частоты вращения двигателей параллельного возбуждения можно производить: а)включением Rв в цепь обмотки возбуждения. Достоинствами этого способа являются возможность получения при номинальном напряжении питания скоростей вращения, превышающих номинальную скорость, а также относительно малая мощность, расходуемая при регулировании. Режимы двигателя

Регулирование частоты вращения двигателей параллельного возбуждения можно производить: б)включением Rд в цепь якоря. Достоинством этого способа является простота реализации, но в современных приводах он находит применение только в устройствах ограничения пусковых токов. Режимы двигателя

Работа электрической машины сопровождается различного рода потерями энергии, вызывающими нагрев частей машины. Основными потерями являются электрические потери Pэ во внутренних сопротивлениях якоря (включая сопротивление щетка коллектор), которые составляют примерно 50% всех потерь в машине при номинальном режиме. Электрические потери изменяются пропорционально квадрату тока. Энергетическая диаграмма, КПД Генератор Двигатель

Другими потерями мощности (или энергии) являются: Pмг магнитные потери в якоре вследствие его перемагничивания при вращении (составляют менее 1- 3% от номинальной мощности машины; Рмех механические потери: от трения в подшипниках и вентиляционные (составляют менее 1-2% от Рн); Pв электрические потери в цепи возбуждения (составляют 0,5-7% от Рн). Все эти потери при работе машины практически не изменяются. Энергетическая диаграмма, КПД Двигатель Генератор

Энергетический баланс машины иллюстрируют диаграммы преобразования энергии. Энергетическая диаграмма, КПД Двигатель Генератор

Номинальный коэффициент полезного действия машины зависит от ее номинальной мощности. В процессе работы КПД изменяется от нуля при холостом ходе до наибольшего (номинального) значения при номинальной нагрузке примерно так же, как в трансформаторе. Энергетическая диаграмма, КПД КПД генератора КПД двигателя

Во избежание превышения температуры, опасного для изоляции обмоток машины, ограничивают верхний предел потерь и улучшают условия отвода тепла. Почти все машины снабжают вентиляторами, насаженными на вал якоря. Ограничение верхнего предела потерь в случае длительной работы обеспечивается при условиях, не превышающих номинальные. Необходимые перегрузки допускаются только на определенные короткие интервалы времени. Энергетическая диаграмма, КПД

Основным недостатком двигателей постоянного тока, ограничивающим область их применения, является наличие коллектора и щёток. Искрение при работе коллектора приводит к подгоранию контактов, изменению их переходного сопротивления и, как следствие, к нестабильности характеристик двигателя. Это требует систематического ухода за коллектором и щётками в процессе эксплуатации и снижает надёжность узлов и агрегатов, в которых используются двигатели. Кроме того, из-за искрения коллекторные двигатели нормального исполнения не могут работать во взрывоопасных средах и требуют установки устройств подавления радиопомех, возникающих при их работе. Применение машин постоянного тока

В системах автоматики и телемеханики находят широкое применение исполнительные двигатели постоянного тока. Это связано с тем, что двигатели постоянного тока позволяют просто, плавно и экономично регулировать скорость вращения в очень широком диапазоне. При этом они устойчиво работают при любых скоростях вращения и любом характере нагрузки. По массе и габаритам они в два-три раза меньше асинхронных двигателей. Применение машин постоянного тока