Принцип действия машин постоянного тока
Электродвигатель постоянного тока – электрическая машина, предназначенная для преобразования электрической энергии постоянного тока в механическую.
Устройство
Электродвигатель состоит из магнитной системы, создающей магнитное поле, и вращающегося в подшипниках якоря с обмоткой и коллектором.
Статор машины состоит из станины 6, сердечников главных 4, дополнительных полюсов (на рис. не показаны) и обмоток возбуждения, катушки 5 которых охватывают сердечники полюсов. Число полюсов зависит от мощности и частоты вращения. Сердечники главных полюсов собираются из листов конструкционной стали толщиной 1–2 мм, стянутых шпильками.
Рис. 5. Устройство машины постоянного тока:
1 – коллектор; 2 – щетки; 3 – якорь; 4 – главный полюс; 5 – полюсная катушка;
6 – станина; 7, 12 – подшипниковые щиты; 8- вентилятор; 9 – обмотка якоря; 10 – вал;
11 – лапы
Якорь 3 собран из тонких изолированных друг от друга листов электротехнической стали для уменьшения потерь мощности в магнитопроводе якоря. В пазах якоря размещается обмотка якоря 9, выводы которого соединяются с пластинами коллектора 1.
Электрический контакт между обмоткой якоря и сетью постоянного тока образуется с помощью щеток 2, установленных в щеткодержателях.
Магнитопровод якоря вместе с коллектором напрессовывается на вал 10, который хранится в подшипниковых щитах 7, 12. Для крепления двигателя предназначены лапы 11.
Принцип действия
Если обмотку возбуждения в якоре машины постоянного тока подключить к сети с постоянным напряжением U, то ток обмотки возбуждения IВ намагнитит полюсные наконечники, создаст в машине магнитный поток Ф.
,
где WВ – количество витков обмотки возбуждения; RМ – сопротивления магнитной системы.
Проводники обмотки якоря с током IЯ будут взаимодействовать с магнитным потоком Ф. В результате появятся механические силы F, создающие вращающий момент М, и якорь придет во вращение. Направление сил F определяется по правилу левой руки. Электромагнитный момент М прямо пропорционален току IЯ обмотки якоря и магнитному потоку Ф полюсов
,
где СМ – постоянный коэффициент, зависящий от конструкции машины (магнитная постоянная)
При вращении якоря двигателя в его обмотке индуктируется ЭДС
,
где СЕ – постоянный коэффициент, зависящий от конструкции машины (электрическая постоянная), n – частота вращения якоря двигателя.
Пользуясь правилом правой руки, можно установить, что ЭДС в обмотке якоря двигателя направлена навстречу току, а следовательно, навстречу напряжению источника U. Эта индуктированная ЭДС называется противо – ЭДС. Ток в обмотке якоря
,
где U – напряжение, подводимое к обмотке якоря; RЯ – сопротивление обмотки якоря.
Из этой формулы получаем 
, т.е. приложенное к электродвигателю напряжение больше противодействующей ЭДС на величину падения напряжения в обмотке якоря.
Рассмотрим, как протекает рабочий процесс в двигателе. При постоянной нагрузке тормозной момент на валу уравновешивается вращающим, и двигатель имеет постоянную скорость. С увеличением нагрузки, т.е. тормозного момента, скорость двигателя начинает падать. В результате этого будет снижаться противо – ЭДС и увеличиваться ток в обмотке якоря до тех пор, пока вращающий момент не станет равным тормозному. После этого до нового изменения нагрузки устанавливается равномерное движение якоря двигателя.
а) б) в)
Рис. 6. Схемы включения двигателей постоянного тока:
а – с параллельным возбуждением; б – с последовательным; в – со смешанным
В зависимости от способа соединения обмотки якоря и обмотки возбуждения (рис. 6) различают шунтовые двигатели (рис. 6, а), сериесные (рис. 6, б) и компаудные (рис. 6, в).
Лекция № 3
