Машины постоянного тока (МПТ)

Машины постоянного тока

Машины постоянного тока (МПТ) используются в режиме
двигателя и генератора.
Двигатели применяются в: электротранспорте (электровозы, тепловозы, троллейбусы, трамваи, электрокары) в подъемно-транспортных устройствах, для привода металлорежущих станков, вентиляторов, компрессоров и т. д.

Тяговый электродвигатель троллейбуса

Электропривод постоянного тока стрелочного перевода

Электропривод трамвая

Стартер

Конструкция машин постоянного тока

Главный полюс:
1 – станина; 2 – сердечник;
3 – обмотка возбуждения
1
2 3

Ротор (якорь)

Скользящий контакт между вращающимися и неподвижными частями машины создают при помощи коллектора и щеток (обычно угольно-графитовых, а в машинах постоянного тока низкого напряжения – металло-угольных).

Стирание щеток - узкое место двигателя

Щетка, помещается в обойме щеткодержателя и пружиной прижимается к коллектору. Изменение положения щеток относительно коллектора осуществляется траверсой. Щеткодержатель закрепляют на пальце траверсы втулкой из изоляционного материала.
Таким образом щеткодержатели изолированы от корпуса машины.

Примеры
конструкции щеточного узла

Коллектор:
1, 3 – стальные шайбы втулки;
2 – стягивающий винт;
4 – миканитовая прокладка; 5 – петушок;
6 – коллекторные пластины

Коллектор

Изоляция медных проводов обмоток

Классы нагревостойкости материалов
Класс Y (температура нагрева 90°).
из целлюлозы, хлопка или шелка, не пропитанные.
Класс А (температура нагрева 105°).
из целлюлозы, хлопка, шелка, пропитанные.
Класс Е (температура нагрева 120°).
пленки, волокна, смолы, компаунды.
Реже применяются высшие классы на основе слюды, асбеста, стекловолокна
(В - 130°С, F — 155 °С, Н — 180°С, G — свыше 180 °С).

Маркировка выводов обмоток

Принцип действия генератора постоянного тока
Основной магнитный поток создается обмоткой возбуждения, которая расположена на сердечниках полюсов и питается постоянным током.
Сердечники полюсов и станины служат для проведения магнитного потока.

Магнитный поток замыкается по определенному пути, который называется магнитной цепью машины.
Магнитная цепь имеет следующие участки: главные полюса, воздушный зазор, зубцы якоря, сердечник якоря и станину машины.

Магнитная система МПТ:
1 – полюсы; 2 – станина; 3 – якорь; 4 – обмотка возбуждения;
5 – воздушный зазор

В генераторах постоянного тока (ГПТ) происходит преобразование механической энергии в электрическую, снимаемую со щеток МПТ.
(показ анимации)

Якорь приводится во вращение (ременной передачей, турбиной или пр.) В проводниках обмотки якоря, находящихся в магнитном поле, появляется ЭДС вращения (eпр = В l v)

Ток в сторонах витка меняет свое направление при переходе их из зоны северного полюса в зону южного.
При этом происходит смена коллекторных пластин под щетками. Поэтому под верхней щеткой всегда расположена пластина, соединенная с проводником, под северным полюсом, а под нижней щеткой – пластина, соединенная с проводником, под южным полюсом, и направление тока во внешней цепи не меняется.

Напряжение пост. тока на зажимах якоря генератора будет меньше Е на величину падения напряжения в сопротивлении обмотки якоря rа
Е = U + Iа rа
На проводники обмотки якоря с длиной l и током Iа в магнитном поле B, действуют электромагнитные силы, направленные по правилу левой руки
Fпр = B l Iа

Результирующая всех сил создает механический момент Мэм
В режиме генератора этот момент действует против направления вращения якоря и является тормозящим, а в режиме двигателя - вращающим

Принцип действия двигателя

Принцип действия двигателя

В ДПТ происходит преобразование электрической энергии в механическую.
При подключении к внешнему источнику напряжения в обмотке якоря начнет протекать ток Iа.
На проводники с током обмотки якоря в магнитном поле будут действовать электромагнитные силы и возникнет вращающий момент.
Принцип действия двигателя

Приложенное к якорю двигателя напряжение уравновешивается противоЭДС Е и падением напряжения в обмотке якоря:
U = Е + Iа rа В генераторном режиме U < Е, а в двигательном – U > E.

В двигателе ЭДС якоря Е направлена против тока Iа и приложенного к зажимам якоря напряжения U.
Поэтому ЭДС якоря двигателя называется также противоэлектродвижущей силой

Решая совместно выражения
U = Е + Iа rа и Е = cE n Ф
относительно п, находим уравнение