Назовите характерную особенность конструкции двигателя постоянного тока

Как вы знаете, электродвигатель постоянного тока — это устройство, которое может преобразовывать электрическую энергию в механическую с помощью двух основных структурных частей. К этим основным частям относятся:

  1. Статор — неподвижная/стационарная часть двигателя, в которой расположены обмотки возбуждения, к которым подводится питание;
  2. Ротор — вращающаяся часть двигателя, которая отвечает за механическое вращение.

В дополнение к вышеупомянутым основным частям конструкции двигателя постоянного тока, существуют также вспомогательные части, такие как:

  1. терминал
  2. поляки;
  3. обмотка возбуждения;
  4. обмотка якоря;
  5. коллекционер;
  6. кисти.

Конструкция двигателя постоянного тока

Все эти части вместе составляют полную конструкцию двигателя постоянного тока. Давайте теперь подробнее рассмотрим основные части электродвигателя.

Ярмо ДПТ

Ярмо двигателя постоянного тока, которое в основном изготавливается из чугуна или стали, является неотъемлемой частью статора или статической части двигателя. Его основная функция — создание специального защитного экрана для более хрупких внутренних частей двигателя и обеспечение поддержки обмотки якоря. Ярмо также служит экраном для магнитных полюсов и обмоток возбуждения двигателя, обеспечивая тем самым поддержку всей системы возбуждения.

Полюса

Магнитные полюса двигателя постоянного тока — это корпусные детали, которые крепятся болтами к внутренней стенке статора. Конструкция магнитных полюсов состоит всего из двух частей — сердечника полюса и полюсного наконечника, которые стыкуются вместе под гидравлическим давлением и крепятся к статору.

Фильм: Конструкция и сборка двигателя постоянного тока

Тем не менее, эти две части предназначены для разных целей. Например, сердечник полюса имеет небольшую площадь поперечного сечения и используется для удержания полюсного наконечника на ярме, а полюсный наконечник, имеющий относительно большую площадь поперечного сечения, используется для распределения магнитного потока, создаваемого в воздушном зазоре между статором и ротором, чтобы уменьшить потери на магнитное сопротивление. Полюсный конец также имеет множество пазов для обмотки возбуждения, создающей поток магнитного поля.

Обмотка возбуждения

Обмотки возбуждения двигателя постоянного тока состоят из катушек возбуждения (медный провод), намотанных вокруг пазов в крайних полюсах таким образом, что когда ток возбуждения проходит через обмотки, соседние полюса имеют противоположную полярность. По сути, обмотки возбуждения действуют как своего рода электромагнит, способный генерировать ток возбуждения, при котором ротор двигателя будет вращаться, а затем легко и эффективно останавливать его.

Обмотка якоря

Обмотка якоря двигателя постоянного тока прикреплена к ротору, т.е. вращающейся части машины, и, как следствие, подвергается воздействию переменного магнитного поля на пути своего вращения, что непосредственно приводит к магнитным потерям.

По этой причине ротор изготавливается из нескольких пластин электротехнической стали с низким гистерезисом для уменьшения магнитных потерь, таких как потери на гистерезис и потери на вихревые токи, соответственно. Многослойные стальные пластины скрепляются между собой, придавая корпусу клапана цилиндрическую структуру.

Корпус якоря состоит из канавок (пазов) из того же материала, что и сердечник, к которым крепятся обмотки якоря, и ряда равномерно расположенных катушек медной проволоки по окружности якоря. В их пазах находятся пористые клиновидные соединители, поэтому высокая центробежная сила, создаваемая вращением ротора, а также наличие питающего тока и магнитного возбуждения, предотвращают смятие проводника.

Существует два типа конструкции обмотки якоря двигателя постоянного тока:

  • Шлейфовая обмотка (в этом случае число параллельных токовых путей между адаптерами (А) равно числу полюсов (Р), т.е. А = Р.
  • Волновая обмотка (в этом случае число параллельных токопроводов между адаптерами (А) всегда равно 2, независимо от числа полюсов, т.е. машина проектируется соответствующим образом)

Коллектор

Коммутатор двигателя постоянного тока представляет собой цилиндрическую конструкцию из медных сегментов, соединенных между собой, но изолированных слюдой. В случае двигателя постоянного тока коллектор служит главным образом для коммутации или передачи через щетки двигателя тока питания от сети к обмоткам якоря, установленным во вращающейся конструкции.

Щётки

Щетки двигателя постоянного тока изготавливаются из углеродных или графитовых структур, образуя скользящий контакт или тапку над вращающимся коллектором. Щетки используются для проведения электрического тока от внешней цепи к форме вращающегося коллектора, где он передается на обмотки якоря. Коллектор и щетки электродвигателя в основном служат для передачи электрической энергии от статической электрической цепи к механически вращающейся области, просто ротору.

Основной конструктивной принадлежностью и характеристикой машины постоянного тока является использование коммутатора для подключения к электрической сети для преобразования постоянного тока в переменный. Коммутатор является важнейшим компонентом любой машины такого типа, поскольку обмотка якоря двигателя предполагает переменный ток.

Особенности двигателя постоянного тока

Двигатели постоянного тока имеют широкий спектр функций регулирования скорости и способны поддерживать высокий КПД во всем диапазоне регулирования, а также механические свойства, которые делают двигатели пригодными для конкретных применений в зависимости от потребностей.

Принцип работы

Функционально двигатель относится к классу синхронных машин инвертированного типа, это связано с тем, что статор и ротор поменяли свои задачи местами. Статор выполняет функцию возбуждения магнитного поля, ротор берет на себя задачу преобразования энергии.

Когда якорь вращается, в магнитном поле, создаваемом статором в катушках обмотки, возникает ЭДС. Его направление можно найти с помощью правила правой руки.

Когда якорь и коллектор поворачиваются на 180 градусов, катушки меняются местами, направление ЭДС меняется на противоположное.

Это процесс индуцирования переменной электродвижущей силы, которая выпрямляется коллектором.

Коллектор, посредством щеточного механизма, подключен к обеим сторонам катушки, в результате чего щетки снимают пульсирующее напряжение, протекающее в постоянном направлении, это способствует наличию во внешней цепи пульсирующего тока, протекающего в постоянном направлении. Для уменьшения пульсаций в зазоре якоря добавляется дополнительное количество витков.

Конструкция двигателя

Двигатель, как и любая другая машина такого типа, содержит статор, который является неподвижным компонентом, и ротор (якорь), который является вращающимся компонентом машины, с воздушным зазором между ними. В якоре двигателя индуцируется ЭДС. Основное магнитное поле создается главными полюсами, состоящими из сердечников и катушек возбуждения.

Полюсные выводы обеспечивают равномерное распределение результирующей магнитной индукции в воздушном зазоре.

Реверсирование полюсов при протекании электрического тока достигается путем соединения катушек главных полюсов в обмотке возбуждения. Для улучшения коммутации добавляются вспомогательные столбы.

Вихревые токи, возникающие в результате перемагничивания якоря в создаваемом магнитном поле, уменьшаются благодаря конструкции сердечника, который изготовлен из пластин электротехнической стали и покрыт специальным лаком для большего эффекта.

Контакт между внешней цепью машины и коллектором осуществляется щетками, основным материалом которых является графит.

Область применения

Хотя стоимость этого типа двигателя значительно выше, чем асинхронного, его особенности могут сыграть решающую роль в узкоспециализированных приложениях.

Они используются для привода прокатных станов, приводов гребных винтов на судах и транспортных средств с питанием от постоянного тока.

Таким образом, область их применения характеризуется потребностью в электрической тяге: локомотивы, электровозы, электропоезда, общественный транспорт и везде, где необходимо использовать мягкие механические свойства и широкий диапазон скоростей.

Не стесняйтесь добавлять комментарии или дополнения к статье, возможно, я что-то упустил. Посмотрите карту моего сайта, я буду рад, если вы найдете еще что-нибудь полезное на моем сайте. Хорошего дня.

Электродвигатели, которые приводятся в действие постоянным током, используются гораздо реже, чем двигатели переменного тока. В бытовом применении электродвигатели постоянного тока используются в детских игрушках, питаясь от обычных батарей постоянного тока. В промышленности двигатели постоянного тока приводят в действие различные машины и оборудование. Они питаются от аккумуляторов большой емкости.

Устройство и принцип работы

Двигатели постоянного тока по конструкции похожи на синхронные двигатели переменного тока, разница заключается в типе тока. В простых демонстрационных моделях двигателей использовался один магнит и рамка с протекающим через нее током. Такое устройство было рассмотрено в качестве простого примера. Современные двигатели — это сложные устройства, способные развивать большую мощность.

Основной обмоткой двигателя является якорь, который питается от коллектора и щеточного механизма. Он вращается в магнитном поле, создаваемом полюсами статора (корпуса двигателя). Якорь состоит из нескольких обмоток, помещенных в пазы и защищенных там специальным эпоксидным компаундом.

Статор может состоять из обмоток возбуждения или постоянных магнитов. В двигателях малой мощности используются постоянные магниты, а в двигателях большой мощности статор оснащен обмоткой возбуждения. Статор оснащен торцевыми крышками со встроенными подшипниками для вращения вала якоря. К одному концу этого вала прикреплен охлаждающий вентилятор, который во время работы создает прилив воздуха и нагнетает его в двигатель.

Принцип работы такого двигателя основан на законе Ампера. Если проволочную рамку поместить в магнитное поле, она будет вращаться. Протекающий через нее ток создает вокруг нее магнитное поле, которое взаимодействует с внешним магнитным полем, заставляя рамку вращаться. В современной конструкции двигателя роль каркаса играет якорь с обмотками. На якорь подается ток, в результате чего вокруг якоря возникает магнитное поле, которое заставляет его вращаться.

Для поочередной подачи тока на обмотки якоря применяются специальные щетки из сплава графита и меди.

Выходы обмотки клапана соединяются, образуя узел, называемый коллектором, который представляет собой кольцо из ребер, прикрепленное к валу клапана. При вращении вала щетки поочередно пропускают обмотку якоря через коллекторные лопасти. Это заставляет вал двигателя вращаться с равномерной скоростью. Чем больше обмоток имеет якорь, тем равномернее будет работать двигатель.

Щеточный узел является наиболее уязвимым механизмом в конструкции двигателя. Во время работы медно-графитовые щетки трутся о коллектор, повторяя его форму и прижимаясь к нему с постоянной силой. В процессе работы щетки изнашиваются, и образующаяся токопроводящая пыль оседает на деталях двигателя. Эту пыль необходимо периодически удалять. Удаление пыли обычно осуществляется с помощью воздуха высокого давления.

Щетки необходимо периодически перемещать по пазам и продувать воздухом, так как скопление пыли может привести к заклиниванию щеток в направляющих пазах. Это приведет к провисанию щеток над коллектором и неисправности двигателя. Щетки периодически нуждаются в замене в связи с износом. Также имеется износ на коллекторе в месте соприкосновения коллектора со щетками. По этой причине якорь снимается, а коллектор обтачивается на токарном станке. После заточки коллектора изоляция между лопастями коллектора шлифуется на небольшую глубину, чтобы не повредить щетки, так как ее прочность намного больше, чем у щеток.

Виды
Электродвигатели постоянного тока разделяют по характеру возбуждения:
Независимое возбуждение

При таком типе возбуждения обмотка подключается к внешнему источнику питания. Параметры двигателя такие же, как и для двигателя с постоянными магнитами. Скорость регулируется сопротивлением обмоток якоря. Скорость регулируется с помощью специального реостата, подключенного к обмотке возбуждения. Если сопротивление значительно уменьшится, или если цепь прервется, ток якоря увеличится до опасного уровня.

Двигатели с косвенным возбуждением нельзя запускать без нагрузки или с небольшой нагрузкой, так как скорость вращения быстро возрастет и двигатель выйдет из строя.

Параллельное возбуждение

Обмотки возбуждения и ротора подключены параллельно к одному источнику тока. При таком расположении ток возбуждения намного меньше тока ротора. Это делает двигатели слишком жесткими и позволяет использовать их для привода вентиляторов и станков.

Регулирование скорости двигателя осуществляется с помощью реостата, включенного последовательно с обмоткой возбуждения или цепью ротора.

Последовательное возбуждение

В этом случае обмотка возбуждения подключается последовательно с обмоткой якоря, в результате чего обе обмотки проводят одинаковый ток. Скорость вращения двигателя зависит от нагрузки. На холостом ходу двигатель не может быть запущен без нагрузки. Однако этот двигатель обладает приличной пусковой мощностью, поэтому такая компоновка используется в электромобилях большой грузоподъемности.

Смешанное возбуждение

Он работает с двумя обмотками возбуждения, расположенными попарно на каждом полюсе двигателя. Эти обмотки могут быть соединены двумя способами: сложение токов или вычитание токов. Это позволяет двигателю иметь те же характеристики, что и двигатель с параллельным или последовательным возбуждением.

Полярность одной из обмоток меняется на противоположную, чтобы двигатель вращался в другом направлении. Для управления скоростью двигателя и для его запуска различные резисторы переключаются ступенчато.

Особенности эксплуатации

Двигатели постоянного тока экологичны и надежны. Они отличаются от двигателей переменного тока тем, что их скорость можно изменять в широком диапазоне.

Эти двигатели постоянного тока также можно использовать в качестве генератора. Изменяя направление тока в обмотке возбуждения или обмотке якоря, можно изменить направление вращения двигателя. Скорость вращения вала двигателя можно регулировать с помощью переменного резистора. В последовательных двигателях этот резистор находится в цепи якоря и позволяет снизить скорость в 2-3 раза.

Этот вариант подходит для машин с длительным простоем, так как реостат сильно нагревается во время работы. Увеличение скорости создается за счет интеграции реостата в обмотку возбуждения.

Двигатели с параллельной схемой возбуждения также используют реостаты в цепи якоря для уменьшения скорости вдвое. Если к обмотке возбуждения подключить реостат, скорость можно увеличить в четыре раза.

При использовании реостата происходит выделение тепла. Поэтому в современных конструкциях двигателей реостаты заменяются электронными компонентами, которые регулируют скорость без сильного нагрева.

Эффективность двигателя постоянного тока зависит от его мощности. Слабые двигатели постоянного тока имеют низкий КПД — около 40%, в то время как у двигателей мощностью 1 МВт КПД может достигать 96%.

Оцените статью
Добавить комментарий