Электродвигатель постоянного тока

27 апреля 2013г. - 6:54
Электродвигатель постоянного тока

Такое устройство, как электродвигатель постоянного тока, используется в ряде отраслей промышленности, а также в конструкции транспортных средств. Сфера их применения очень широка.

Возьмем, к примеру, железнодорожный транспорт. Здесь электродвигатель постоянного тока можно увидеть в колесных парах, в приводах компрессорной установки, вентиляционной системы тормозных сопротивлений, а также он необходим для функционирования железнодорожных шлагбаумов.

Городской транспорт также нуждается в этих устройствах, которые обеспечивают тягу в трамваях и троллейбусах.

В металлообработке, сельском хозяйстве, горнорудной и других отраслях промышленности, при погрузочно-разгрузочных работах и т.д. они незаменимы, поскольку позволяют преобразовать электроэнергию постоянного тока в энергию механическую для тех приводов, которые должны поддерживать скорость вращения привода точно на заданном уровне и обеспечивать широкий диапазон регулирования скоростей.

Принцип работы электродвигателя постоянного тока

Особое устройство электродвигателя постоянного тока обеспечивает нас механической энергией следующим образом. Неподвижно стоящий индуктор, имеющий полюса и круглое ярмо из стали, создают основной магнитный поток. Сделанный в виде цилиндра якорь с коллектором является движущейся частью электромагнитного устройства.

Сердечник якоря из специальной листовой стали, покрывается одним и более витками обмотки, концы которой соединяются с коллектором из медных пластин. В простейшем случае таких пластин устанавливается две. Также коллектор снабжается щетками, через которые витки обмотки подсоединены ко внешней цепи.

Ферромагнитные сердечники обоих полюсов через обмотку возбуждения от постоянного тока, создают магнитный поток, проходящий из полюса N к якорю, затем к полюсу S, через ярмо и достигающий снова полюса N.

Схема электродвигателя постоянного тока

Рис. 1-1. Простейший электродвигатель постоянного тока

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

Электрическая машина с таким устройством может служить генератором постоянного тока. Для работы в режиме генератора обеспечивается вращение якоря в направлении часовой стрелки. Электродвижущая сила вследствие индукции появляется в обмотке якоря при условии его вращения. Частота этой силы f равняется n – скорости (об/сек), с которой якорь вращается, для электродвигателя с двумя полюсами f=n. При многополюсной конструкции, формула будет иметь вид f=pn, где р обозначает количество чередующихся пар полюсов. При этом переменный ток выпрямляется, становясь постоянным для внешней цепи.

Данная простейшая конструкция становится электрическим двигателем при условии подачи от внешних источников на обмотку якоря постоянного тока. Проводники в обмотке якоря, подвергаясь действию электромагнитной силы, вызовут появление электромагнитного момента, который при определенной величине Мэм обусловит вращение якоря.

Следствием этого будет развитие механической мощности, движущий момент Мэм будет действовать в сторону вращения. Таким образом, в данном режиме агрегат преобразует постоянный ток от внешнего источника в переменный на обмотке якоря, становясь механическим инвертором тока.

Переход от функций генератора к режиму электрического устройства, исходя из установленного принципа обратимости, присущего любым вращающимся электромашинам, решается довольно просто. Для этого не требуется изменение полярности ни полюсов, ни щеток. Нет необходимости даже менять направления движения якоря, достаточно лишь поменять направление тока в его обмотке. Процедура смены направления тока проста и в ряде моделей является автоматизированной.

Для устройств, в которых нужно плавное регулирование скорости вращения или требуется значительный вращающий момент, имеют более подходящие технические характеристики электродвигатели постоянного тока и позволяют достичь лучшего результата, в отличие от устройства переменного тока.

Параметры электродвигателей

Чтобы подобрать модель с наиболее подходящими параметрами, в каждом конкретном случае следует учитывать такие важнейшие характеристики, как мощность, напряжение, номинальную силу тока, частоту вращения, а также степень защиты, типы возбуждения, класс изоляции на обмотках.

Удобно производить расчет электродвигателя постоянного тока поэтапно:

  1. Выбрать главные размеры, определить параметры якоря;
  2. Произвести расчеты по магнитной системе;
  3. Определить вид системы возбуждения и произвести расчеты по ней;
  4. Оценить коммутационные параметры электромашины;
  5. Произвести учет потери мощности, а также всех рабочих характеристик;
  6. Осуществить тепловые и вентиляционные расчеты, чтобы показатель температуры оставался в пределах допустимого.

Необходимая регулировка оборотов электродвигателя постоянного тока производится тремя способами:

  • путем изменения напряжения питания
  • подключением к цепи дополнительного резистора
  • за счет изменения в устройстве магнитного потока
Читайте также:
29 апреля 2013г. - 3:28
Электродвигатель - это аппарат, который перерабатывает электрическую э...
26 апреля 2013г. - 11:24
Чтобы защитить электрическое оборудование в промышленности и в быту, э...