Рис.1
На валу 10 двигуна закріплений циліндричний магнітопровід 6, у пазах якого розташована обмотка якоря 7. Секції обмотки якоря приєднані до колектора 9. До нього ж притискаються пружинами нерухомі щітки 8. Закріплений на валу двигуна колектор складається з ряду ізольованих від нього і один від одного мідних пластин. За допомогою колектора, і щіток здійснюється з'єднання обмотки якоря з зовнішньої електричної ланцюгом. У двигунів вони, крім того, служать для перетворення постійного по напрямку струму зовнішньої ланцюга в змінюється по напрямку струм у провідниках обмотки якоря.
Додаткові полюси з розташованої на них обмоткою зменшують іскріння між щітками й колектором машини. Обмотку додаткових полюсів з'єднують послідовно з обмоткою якоря і на електричних схемах часто не зображують.
Для зменшення втрат потужності магнітопровід якоря виконаний з окремих сталевих листів. Всі обмотки виготовлені з ізольованого проводу. Крім двигунів, що мають два головних полюси, існують машини постійного струму з чотирма і б ό льшим кількістю головних полюсів. При цьому відповідно збільшується кількість додаткових полюсів і комплектів щіток.
Якщо двигун включений в мережу постійної напруги, то при взаємодії магнітного поля, створеного обмоткою збудження, і струму в провідниках якоря виникає обертаючий момент, що діє на якір:
(1)
(2)
де К М - коефіцієнт, що залежить від конструктивних параметрів машини, Ф - магнітний потік одного полюса; I Я - струм якоря.
Якщо момент двигуна при n = 0 перевищує гальмуючий момент, яким навантажений двигун, то якір почне обертатися. При збільшенні частоти обертання n зростає индуцируемая в якорі ЕРС. Це призводить до зменшення струму якоря:
(3)
де r Я - опір якоря.
Наслідком зменшення струму I Я є зменшення моменту двигуна. При рівності моментів двигуна і навантаження частота обертання перестає змінюватися.
Напрямок моменту двигуна і, отже, напрямок обертання якоря залежать від напрямку магнітного потоку і струму в провідниках обмотки якоря. Щоб змінити напрямок обертання двигуна, слід змінити напрямок струму якоря або струму збудження.
4. Способи регулювання двигунів постійного струму, природні та штучні механічні характеристики, їх характерні особливості;
Робочими називаються регулювальна, швидкісна, моментная і к.к.д. характеристики.
Регулювальна характеристика
Регулювальна характеристика представляє залежність швидкості обертання П від струму Iв порушення у випадку, якщо струм Iа якоря і напруга U мережі залишаються незмінними, тобто n = f (Iв) при Ia = const та U = const.
До тих пір, поки сталь магнітопрівода машини не насичена, потік Ф змінюється пропорційно току збудження Iв. У цьому випадку регулювальна характеристика є гіперболічної. У міру насичення при великих струмах Iв характеристика наближається до лінійної (рис. 2).При малих значеннях струму Iв швидкість обертання різко зростає. Тому при обриві ланцюга збудження двигуна (Iв = 0) з паралельним порушенням швидкість його обертання досягає неприпустимих меж, як кажуть: «Двигун йде в рознос». Виняток можуть становити мікродвигуни, які мають відносно великий момент М0 холостого ходу.
Рис. 2. Регулювальна характеристика двигуна
У двигунах послідовного збудження Iв = Iа. При малих навантаженнях струм якоря Iа малий і швидкість обертання може бути дуже великою, тому пуск і робота при малих навантаженнях неприпустимі. Мікродвигуни так само, як і. в попередньому випадку, можуть становити виняток.
Швидкісні характеристики.
Швидкісні характеристики дають залежність швидкості обертання п від корисної потужності Р2 на валу двигуна в разі, якщо напруга U мережі і опір rв регулювального реостата ланцюга порушення залишаються незмінними, тобто n = f (P2), при U = const і rв = const.
Рис. 3. Швидкісні характеристики
Із зростанням струму якоря при збільшенні механічного навантаження двигуна паралельного збудження водночас збільшується падіння напруги в якорі і з'являється реакція якоря, яка зазвичай діє розмагнічувальних чином. Перша причина прагне зменшити швидкість обертання двигуна, друга - збільшити. Дія падіння напруги в якорі зазвичай надає більший вплив. Тому швидкісна характеристика двигуна паралельного збудження має злегка падаючий характер (крива 1, рис. 3).
У двигуні послідовного збудження струм якоря є струмом збудження. У результаті швидкісна характеристика двигуна з послідовним збудженням має характер, близький до гіперболічному. При збільшенні навантаження в міру насичення магнітного кола характеристика набуває більш прямолінійний характер (крива 3 на рис. 3).
У компаундними двигуні при згодному включенні обмоток швидкісна характеристика займає проміжне положення між характеристиками двигуна паралельного та послідовного збудження (крива 2).
Моментні характеристики.
Моментні характеристики показують, як змінюється момент М при зміні корисної потужності Р2 на валу двигуна, якщо напруга U мережі і опір rв регулювального реостата в колі збудження залишаються незмінними, тобто М = f (P2), при U = const, rв = const.
Корисний момент на валу двигуна
Якщо швидкість обертання двигуна паралельного збудження не змінювалася б з навантаженням, то залежність моменту Ммех від корисної потужності графічно представляла б пряму лінію, що проходить через початок координат. Насправді швидкість обертання зі збільшенням навантаження падає. Тому характеристика корисного моменту кілька загинається догори (крива 2, рис. 4). При цьому крива електромагнітного моменту М проходить вище кривої корисного моменту Ммех на постійну величину, рівну моменту холостого ходу М0 (крива 1).
Рис. 4. Моментні характеристики
У двигуні послідовного збудження вид моментної характеристики наближається до параболическому, так як зміна моменту від струму навантаження відбувається, за законом параболи, поки сталь не насичена. У міру насичення залежність набуває більш прямолінійний характер (крива 4). У компаундними двигуні моментная характеристика (крива 3) займає проміжне положення між характеристиками двигуна паралельного та послідовного збудження.
