Машины постоянного тока (МПТ)

Конструкция МПТ

При работе МПТ в якоре протекает переменный ток, поэтому сердечник якоря делается из отдельных листов электротехнической стали. Полюса с обмоткой возбуждения служат для созда-

Рис. 3.35. Статор МПТ (а), якорь (б) и секция обмотки якоря (в):

1 – обмотка возбуждения; 2 – корпус; 3 – коллектор; 4 – сердечник; 5 – вал; 6 – секция обмотки якоря; 7 – пластины коллектора; 8 – пазы с обмоткой; 9 – дополнительные полюса; 10 – основные полюса

ния магнитного потока, дополнительные полюса – для улучшения коммутации.

Обмотка якоря состоит из секций, концы которых выводятся на пластины коллектора. К коллектору прижимаются графитовые щетки.

Назначение щеточно-коллекторного узла

1. Служит для связи обмоток якоря с внешней цепью.

2. Преобразует переменную ЭДС в якоре в постоянное напряжение на щетках, если машина работает в режиме генератора.

3. При работе в режиме двигателя осуществляет обратное преобразование для получения вращающего момента. При этом постоянное напряжение сети преобразуется в переменное на обмотках якоря.

4. Щетки делят обмотку якоря на параллельные ветви.

При вращении проводника в магнитном поле (рис. 3.36, а) ЭДС и ток в нем меняют свое направление (рис. 3.36, б). Наличие коллектора и щеток (рис. 3.37, а) позволяет выпрямить переменное напряжение, индуцируемое в проводниках обмотки якоря (рис. 3.37, б).

Рис. 3.36. Направление ЭДС во вращающемся проводнике

Рис. 3.37. К вопросу о назначении коллектора и щеток

на примере одного витка обмотки

Рис. 3.38. Упрощенная модель МПТ (а), обмотка якоря (б)

и схема замещения обмотки якоря (в)

Геометрическая нейтраль (ГН) – это линия, проходящая через центр якоря перпендикулярно оси основных полюсов.

Как видно из рис. 3.38, обмотка якоря делится щетками на параллельные ветви – верхнюю и нижнюю. В них индуцируются ЭДС соответственно Е_верхн и Е_нижн.

Смещение щеток с геометрической нейтрали вызывает уменьшение ЭДС. Снимаемая со щеток ЭДС .

, , .

ЭДС и момент якоря

ЭДСякоря,где – число витков в одной параллельной ветви, ,( – число витков всей обмотки;–число параллельных ветвей); е_i – ЭДС витка, .

Пусть t – полюсное деление, 2р – число полюсов, тогда поверхность якоря (рис. 3.39)

.

S – площадь, которую пробегает проводник обмотки якоря при его вращении, .

Магнитный поток

.

ЭДС, снимаемая со щеток,

.

Конструктивная константа

.

Возникающая в якоре ЭДС

.

Используя закон Ампера, получим выражение для момента на валу (без вывода):

.

В двигателе Е направлена против тока, в генераторе Е и I совпадают по направлению.

Реакция якоря

Реакцией якоря называется влияние магнитного потока, создаваемого током якоря, на основной магнитный поток, создаваемый полюсами. Рассмотрим магнитное поле для трех случаев:

– есть только основной магнитный поток (рис. 3.40, а);

– есть только магнитный поток, создаваемый током якоря (рис. 3.40, б);

– магнитное поле создается обоими магнитными потоками (рис. 3.40, в).

Реакция якоря искажает картину магнитного поля (смещается физическая нейтраль) и в целом уменьшает магнитный поток.

Физическая нейтраль – линия, проходящая через центр якоря перпендикулярно силовым магнитным линиям. Положение физической нейтрали зависит от величины тока якоря. Чем больше ток якоря, тем больше физическая нейтраль отклоняется от геометрической.

I_я = 0 I_я ¹ 0 I_я ¹ 0

Ф_я = 0 Ф_я ¹ 0 Ф_я ¹ 0

Ф_осн ¹ 0 I_возб = 0 I_возб ¹ 0

Ф_осн = 0 Ф_осн ¹ 0

а б в

Рис. 3.40. К вопросу о реакции якоря

Понятие коммутации

Под коммутацией понимают процесс перехода секции обмотки якоря при его вращении из одной параллельной ветви в другую и связанное с этим изменение направления тока в секции (рис. 3.41).

Когда щётка замыкает одновременно две пластины коллектора, создаётся дополнительный ток . Этот ток при переходе щётки с одной пластины на другую вызывает искрение. Чем сильнее искрение, тем хуже коммутация, тем быстрее выходит из строя щеточно-коллекторный узел.

Дополнительный ток

,

где е_с – ЭДС самоиндукции (из-за изменения направления тока в секции); е_вр – ЭДС вращения (из-за отклонения физической нейтрали от геометрической).

Для улучшения коммутации в машинах с Р>1 кВт делают дополнительные полюса, обмотка которых соединена последовательно с обмоткой якоря, а магнитный поток, создаваемый ими, направлен навстречу магнитному потоку якоря. Правильно подбирая число витков, можно скомпенсировать не только е_вр, но и е_с. В машинах меньшей мощности для улучшения коммутации щетки смещают в сторону физической нейтрали.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: