Электродвигатель постоянного тока. Принцип действия и устройство.
На рис. 1-1 представлена простейший электродвигатель постоянного тока, а на рис. 1-2 дано его схематическое изображение в осевом направлении. Неподвижная часть двигателя, называемая индуктор, состоит из полюсов и круглого стального ярма, к которому прикрепляются полюсы. Назначением индуктора является создание в электродвигателе основного магнитного потока. Индуктор изображенной на рис. 1-1 имеет два полюса 1 (ярмо индуктора на рис. 1-1 не показано).
Вращающаяся часть электродвигателя состоит из укрепленных на валу цилиндрического якоря 2 и коллектора. 3. Якорь состоит из сердечника, набранного из листов электротехнической стали, и обмотки, укрепленной на сердечнике якоря. Обмотка якоря в показанном на рис. 1-1 и 1-2 простейшем электродвигателе имеет один виток. Концы витка соединены с изолированными от вала медными пластинами коллектора, число которых в рассматриваемом случае равно двум. На коллектор налегают две неподвижные щетки 4, с помощью которых обмотка якоря соединяется с внешней цепью.
Основной магнитный поток в нормальных электродвигателях постоянного тока создается обмоткой возбуждения, которая расположена на сердечниках полюсов и питается постоянным током. Магнитный поток проходит от северного полюса N через якорь к южному полюсу S и от него через ярмо снова к северному полюсу. Сердечники полюсов и ярмо также изготовляются из ферромагнитных материалов.
Рис. 1-1. Простейший электродвигатель постоянного тока
Рис. 1-2. Работа простейшего электродвигателя постоянного тока в режиме генератора (а) и двигателя (б).
Генератор постоянного тока.
Рассмотрим сначала работу электродвигателя в режиме генератора.
Предположим, что якорь электродвигателя (рис. 1-1 и 1-2, а) приводится во вращение по часовой стрелке. Тогда в проводниках обмотки якоря индуктируется Э. Д. С., направление которой может быть определено по «правилу правой руки» и показано на рис. 1-1 и 1-2, а. Поскольку поток полюсов предполагается неизменным, то эта Э. Д. С. индуктируется только вследствие вращения якоря и называется Э. Д. С. вращения. В обоих проводниках вследствие симметрии индуктируются одинаковые Э. Д. С., которые по контуру витка складываются. Частота Э. Д. С. f в двухполюсном электродвигателе равна скорости вращения якоря n, выраженной в оборотах в секунду:
f = n,
а в общем случае, когда машина имеет р пар полюсов с чередующейся полярностью:
f = pn
Таким образом, в генераторе коллектор является механическим выпрямителем, который преобразовывает переменный ток обмотки якоря в постоянный ток во внешней цепи.
Двигатель постоянного тока.
Рассматриваемая простейшая машина может работать также двигателем, если к обмотке ее якоря подвести постоянный ток от внешнего источника. При этом на проводники обмотки якоря будут действовать электромагнитные силы и возникнет электромагнитный момент. Величины силы и момента определяются как и для генератора. При достаточной величине Мэм якорь электродвигателя придет во вращение и будет развивать механическую мощность. Момент Мэм при этом является движущим и действует в направлении вращения.
Если мы желаем, чтобы при той же полярности полюсов направления вращения генератора (рис. 1-2, а) и двигателя (рис. 1-2, б) были одинаковы, то направление действия а следовательно, и направление тока у двигателя должны быть обратными по сравнению с генератором (рис. 1-2, б).
В режиме двигателя коллектор превращает потребляемый из внешней цепи постоянный ток в переменный ток в обмотке якоря и работает, таким образом, в качестве механического инвертора тока.
Принцип обратимости. Из изложенного выше следует, что каждый электродвигателя постоянного тока может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Такое свойство присуще всем типам вращающихся электрических машин и называется обратимостью.
Для перехода машины постоянного тока из режима генератора в режим двигателя и обратно, при неизменной полярности полюсов и щеток и при неизменном направлении вращения требуется только изменение направления тока в обмотке якоря.
Поэтому такой переход может осуществляться весьма просто и в определенных условиях даже автоматически.
Аналогичным образом может происходить изменение режима работы также в электродвигателях переменного тока.
Еженедельные отправки по всей России:
Балашиха, Подольск, Химки, Королёв, Мытищи, Люберцы, Красногорск, Электросталь, Коломна, Одинцово, Домодедово, Серпухов, Щёлково, Орехово-Зуево, Раменское, Долгопрудный, Жуковский, Пушкино, Сергиев Посад, Реутов, Ногинск, Ростов-на-Дону, Таганрог, Шахты, Волгодонск, Новочеркасск, Батайск, Новошахтинск, Уфа, Стерлитамак, Салават, Нефтекамск, Октябрьский, Ставрополь, Пятигорск, Кисловодск, Невинномысск, Ессентуки, Челябинск, Магнитогорск, Златоуст, Миасс, Копейск, Махачкала, Хасавюрт, Дербент, Каспийск, Казань, Набережные Челны, Нижнекамск, Альметьевск, Краснодар, Сочи, Новороссийск, Армавир, Владивосток, Уссурийск, Находка, Артём, Самара, Тольятти, Сызрань, Новокуйбышевск, Екатеринбург, Нижний Тагил, Каменск-Уральский, Первоуральск, Симферополь, Керчь, Евпатория, Сургут, Нижневартовск, Нефтеюганск, Красноярск, Норильск, Ачинск, Барнаул, Бийск, Рубцовск, Ковров, Муром, Волгоград, Волжский, Камышин, Иркутск, Братск, Ангарск, Новокузнецк, Кемерово, Прокопьевск, Нижний Новгород, Дзержинск, Арзамас, Саратов, Энгельс, Балаково, Чебоксары, Новочебоксарск, Новый Уренгой, Ноябрьск, Пермь, Березники, Хабаровск, Комсомольск-на-Амуре, Архангельск, Северодвинск, Белгород, Старый Оскол, Череповец, Вологда, Калуга, Обнинск, Курск, Железногорск, Липецк, Елец, Новосибирск, Бердск, Оренбург, Орск, Томск, Северск, Тула, Новомосковск, Ульяновск, Димитровград, Ярославль, Рыбинск, Майкоп, Улан-Удэ, Назрань, Нальчик, Элиста, Черкесск, Петрозаводск, Сыктывкар, Йошкар-Ола, Саранск, Владикавказ, Кызыл,Ижевск,Абакан, Грозный, Якутск, Чита, Петропавловск-Камчатский, Благовещенск, Астрахань, Брянск, Воронеж, Иваново, Калининград, Киров, Кострома, Курган, Санкт-Петербург, Мурманск, Великий Новгород, Омск, Орёл, Пенза, Москва, Севастополь, Севастополь, Псков, Рязань, Южно-Сахалинск, Смоленск, Тамбов, Тверь, Тюмень
ЯКОРЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ
основная часть машины, несущая на себе обмотку, в к-рой при работе машины в качестве генератора (см. Генератор электрический) индуктируется электродвижущая сила, а при работе ее в качестве мотора (см. Электродвигатель) циркулирует ток от сети.
статор) и укрепляется обычно в станине машины.» />
Взаимодействие к-рого с магнитным полем машины вызывает ее вращение. В машинах постоянного тока и в коллекторных моторах переменного тока якорь является вращающейся частью машины (ротором) и представляет собой барабан, собранный с целью уменьшения вредного действия вихревых токов из отдельных железных листов толщиной примерно 0,5 мм, разделенных между собой тонкой бумагой или покрытых лаком для изоляции друг от друга; в продольных пазах на боковой поверхности барабана укладывается обмотка. В большинстве современных машин переменного тока якорь неподвижен (статор) и укрепляется обычно в станине машины.
Технический железнодорожный словарь. — М.: Государственное транспортное железнодорожное издательство . Н. Н. Васильев, О. Н. Исаакян, Н. О. Рогинский, Я. Б. Смолянский, В. А. Сокович, Т. С. Хачатуров. 1941 .
- ЯДРО НАСЫПИ
- ЯНУШЕВСКОГО ВКЛАДЫШ
Электродвигатель постоянного тока.
Хотя система своременного электроснабжения основана на применении переменного тока, тем не менее машины постоянного находят широкое использование в самых различных отраслях промышленности и в быту.
Основными частями машины постоянного тока (см. рис. 1) являются неподвижная станина, несущая электромагниты, и вращающаяся часть – якорь. Часто их называют по аналогии с машинами переменного тока статором – неподвижную часть и ротором – вращающуюся часть. Станина с электромагнитами служит для возбуждения главного магнитного поля машины, а во вращающемся якоре индуктируется э.д.с. и проходят токи, создающие в генераторе тормозящий момент, а в двигателе – вращающий момент.
Станина изготавливается из литой стали и представляет собой полый цилиндр, на внутренней стороне которого укреплены сердечники полюсов: главных и дополнительных. На сердечники главных полюсов надеты катушки, составляющие обмотку возбуждения машины. Сердечники полюсов снабжаются наконечниками, служащими для более равномерного распределения магнитной индукции вдоль окружности якоря. Дополнительные полюса имеются имеются только на более крупных машинах. Эти полюса устанавливаются на станине посредине между главными полюсами. Их обмотка соединяется последовательно с обмоткой якоря. Назначение этих полюсов – поддерживать магнитное поле работающей машины относительно постоянным независимо от нагрузки. Это нужно для безыскровой работы щеток на коллекторе.
Сердечник якоря собран из изолированных друг от друга листов электротехнической стали. Он снабжен пазами, в которые закладывается обмотка якоря, обычно состоящая из отдельных секций.
Характерной для машин постоянного тока деталью является коллектор – полый цилиндр, собранный из изолированных одна от другой и от вала машины клинообразных медных пластин. Последние определенным образом соединяются с витками обмотки якоря. На коллекторе в щеткодержателях устанавливаются неподвижные щетки, через которые обмотка якоря соединяется с внешней цепью. Щетки к коллектору прижимаются пружинами. щеткодержатели укрепляются на щеточных траверсах. Последние устанавливаются на подшипниках машины и их можно поворачивать, изменяя таким путем положение щеток по отношению к полюсам машины.
Коллектор в генераторах постоянного тока служит для выпрямления переменной э.д.с., индуктируемой во вращающейся обмотке якоря, а в двигателях постоянного тока – для получения постоянного по направлению вращающего момента. Одна и та же машина постоянного тока может работать в режимах генератора и двигателя, т.е. она обратима, как все электрические машины.
В режиме генератора машина работает тогда, когда ее вращает какой-либо первичный двигатель (паровая или гидравлическая турбина, двигатель внутреннего сгорания и т.д.), главное магнитное поле возбуждено, а обмотка якоря через щетки замкнута на нагрузку. В этой обмотке индуктируется э.д.с. и возникает ток, протекающий через якорь и нагрузку. Ток в якоре, взаимодействуя с главным магнитным полем, создает тормозящий момент, который должен преодолеть первичный двигатель. В режиме двигателя внешний источник электроэнергии посылает электрические токи в цепи якоря и возбуждения машины, а ток якоря, взаимодействуя с главным магнитным полем, образует вращающий момент. Под действием этого момента якорь вращается, а машина преобразует электрическую энергию в механическую.
Что такое якорь в электродвигателе постоянного тока
На рис. 1 схематично изображен поперечный разрез машины постоянного тока (МПТ). На неподвижной части машины (статоре) размещаются стальные полюсы с надетыми на них катушками обмотки возбуждения. Катушки соединяются между собой так, чтобы при прохождении по обмотке постоянного тока полюсы приобретали чередующуюся полярность (N, S, N, S и т.д.). Поток, создаваемый обмоткой возбуждения, неизменен во времени и замыкается через якорь.
Рис. 1 — Устройство и принцип действия МПТ
На вращающейся части машины располагается обмотка, в которой индуктируется основная ДС, поэтому в машинах постоянного тока вращающуюся часть называют якорем.
Обмотка укладывается на стальном сердечнике, закрепленном на валу (на рисунке не показан). Предположим, что сердечник выполнен в виде полого цилиндра, на внешней и внутренней поверхностях которого размещаются проводники. С торцевых сторон эти проводники соединяются между собой, образуя замкнутый контур. Щетки или щеточный контакт обеспечивает коммутацию очередного проводника с сетью.
На рисунке видно, что проводник под щеткой (желтый) проводит ток, который, взаимодействуя с электромагнитом возбуждения, посредством магнитного поля, создает пару сил по правилу левой руки. Эти силы раскручивают якорь, который, поворачиваясь, коммутирует через щетки следующий проводник.
Основные причины выхода из строя
Как видно из принципа действия, основная часть обмоток находится на якоре (роторе) машины, следовательно, почти 80% всех аварий связаны именно с якорной обмоткой:
- Обрыв одной или нескольких секций якорной обмотки. Двигатель при определенном положении якоря не запускается, т.к. проводник разорван и отсутствует якорный ток, создающий момент. При удачно запуске на валу двигателя не развивается нормальная полезная мощность, привод может работать рывками
- Обрыв соединения с коллекторными пластинами. Коллектор – устройство, представляющее собой барабан, состоящий из контактных пластин, каждая из которых служит для коммутации секции через щеточный контакт. При отсутствии контакта с коллектором происходит аналогичные сбои в работе, что и п.1
- Износ коллекторных пластин. Может привести к плохому контакту с цепью якоря, а также к возникновению «кругового замыкания» — ток пойдет не по секциям якоря, а по поверхности коллектора. Круговой огонь – очень опасная авария, приводит к пожарам и полной негодности коллектора и щеточного узла
- Износ контактных щеток и щеточной траверзы. Последствия аналогичны п.1, п.2
- Разбалансировка якоря. Изменение зазора между полюсом и секцией. Магнитный поток становится неравномерным в разных точках машины, следовательно, силы создающие момент изменяются в зависимости от положения якоря. В итоге, снижется мощность, увеличивается перегрев, появляются вибрации
Аварии на магнитных полюсах не часты, но их также стоит отметить:
- Обрыв катушки возбуждения. Основной магнитный поток отсутствует. Двигатель не запускается
- Витковое замыкание катушки возбуждения. Увеличенный ток полюса, опасность термического поражения изоляции