Краткие теоретические сведения. Двигатели постоянного тока применяют на транспорте

Двигатели постоянного тока применяют на транспорте. Одной из главных причин применения двигателей постоянного тока, вместо наиболее широко распространенных асинхронных двигателей, является возможность плавного регулирования частоты вращения в широком диапазоне и получения желаемых механических характеристик n = f (M).

Рассмотрим конструкцию машины постоянного тока. Неподвижная часть машины состоит из станины, на которой укреплены основные (главные) полюсы, предназначенные для возбуждения основного магнитного потока, а также дополнительные – для улучшения коммутации в машинах. На основных полюсах размещена обмотка возбуждения, на дополнительных – обмотка, которая соединяется последовательно с якорем. Станина (ярмо) и основные полюсы являются частью магнитной цепи основного потока. В целом, неподвижная часть машины называется индуктором.

Вращающаяся часть машины называется якорем. Он состоит из зубчатого сердечника, обмотки и коллектора. Сердечник якоря набирается из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга. В пазы сердечника уложена обмотка якоря. Выводы от обмотки якоря присоединяются к расположенному на валу коллектору, который представляет собой полый цилиндр из медных пластин. Пластины изолированы друг от друга и от вала машины. Для отвода тока от коллектора служат щетки, прижимаемые к коллектору пружинами. Щеткодержатели крепятся к щеточной траверсе, с помощью которой можно изменять положение щеток относительно полюсов. Вал якоря опирается на подшипники в подшипниковых щитах, обеспечивающих соосность якоря со станиной.

В проводниках вращающегося якоря индуктируется ЭДС е_пр

 

,

где В – магнитная индукция, Т_Л;

– длина проводника, м;

– скорость перемещения проводника, м/с.

Направление ЭДС определяется по правилу правой руки.

Среднее значение ЭДС за половину периода

,

где Ф_± – магнитный поток одного полюса, Вб;

В_ср – среднее значение магнитной индукции в воздушном зазоре, Т_Л;

τ – полюсное деление, τ = ;

Д – диаметр якоря, м.

ЭДС каждой секции величина знакопеременная, и ее частота будет:

f = ,

где р – число пар полюсов;

n – частота вращения якоря, об·м ^–1.

Однако во внешней цепи полярность ЭДС и направление тока неизменны, что обеспечивается коллектором, представляющим собой механический выпрямитель.

ЭДС якоря равна ЭДС одной параллельной ветви, поэтому если обмотка имеет N проводников, то ее ЭДС будет:

,

где 2а – число параллельных ветвей.

Учитывая, что

ν = , то Е_а = .

– постоянная величина для каждой машины.

При угловой частоте можно записать:

Е_а = С_е · ω · Ф,

В режиме генератора направление ЭДС и тока совпадают, и напряжение на зажимах якоря будет:

U_а = Е_а – I_а · R_а,

где R_а – сопротивление обмотки якоря, Ом;

I_а – ток якоря, А.

В режиме двигателя направление ЭДС и тока не совпадают по направлению, и напряжение на зажимах якоря будет:

U_а = Е_а + I_а · R_а,

Коллектор преобразует потребляемый из внешней цепи постоянный ток в переменный ток в обмотке якоря и работает, таким образом, в качестве инвертора тока. Электромагнитный момент в режиме двигателя является вращающим.

,

где C_M = – постоянная для каждой машины величина.