Электромеханические системы постоянного тока

В электромеханических системах постоянного тока основным движущим элементом является двигатель постоянного тока (ДПТ).

ДПТ

ДПТ широко используются в электромеханических системах (ЭМС), требующих широкого диапазона регулирования частоты вращения. Они обладают большим пусковым моментом, высокой удельной мощностью и могут быть выполнены практически на любую (разумную) частоту вращения.

Под удельной мощностью понимают отношение двигателя к его массе.

Для ДПТ – частоты вращения до 10тыс.

Конструкция и принцип действия дпт

ДПТ состоит из:

1. Статор

2. Обмотка возбуждения

3. Полюсный наконечник (2+3 – составляют полюс)

4. Якорь

5. Обмотка якоря

6. Коллектор

7,8 – Подшипники

9. Щетки

10. Пружины

11. Якорная цепь.

Н а электрических схемах ДПТ изображается:

• Якорная цепь

• Обмотка возбуждения двигателя

Обмотка возбуждения выполняется на противоположных полюсах и соединяется последовательно и согласно.

Согласным называют такое включение катушки, если их магнитные потоки направлены в одну сторону. Иначе – встречное соединение.

Магнитная система ДПТ состоит из статора, полюсных наконечников, 2х воздушных зазоров и якоря. Если обмотку возбуждения запитать постоянным током, то в магнитной системе двигателя образуется рабочий магнитный поток.

 - воздушный зазор

Рабочий зазор  выполняют минимально возможным по конструктивным параметрам.

Чем меньше , тем выше КПД ДПТ.

( - десятки долей мм)

Концы обмотки якоря присоединяют к коллекторным пластинам, расположенным под 180^о

Коллектор представляет собой набор медных пластин, расположенных по окружности и запрессованных в цилиндр из непроводящего материала.

Коллектор – самое слабое место ДПТ, снижающее долговечность. Конструкция не предусматривает ремонт коллектора. К пластинам коллектора с помощью пружин 10 поджаты медно-графитовые щетки (заштриховано на рис. – графит, не заштрихованы - Сu).

Графитовые щетки выполняют для того, чтобы при их трении о пластины коллектора изнашивались щетки, а не пластины коллектора. В ДПТ щетки выполняют быстросъемными.

Если запитать постоянным током якорную цепь (т.е. щетки, коллектор, обмотки якоря) т.о., чтобы ток протекал по проводникам, расположенным возле полюсов, то на них будет действовать сила Ампера.

Витки, расположенные вне полюсов током не запитывают, т.к. вращающий момент от сил Ампера в таких витках мал, а в витках, расположенных под 90^о к полюсам = 0. Эти силы создают изгибающий момент, приводящий к дополнительным нагрузкам на подшипники, что является крайне нежелательно.

Если момент от сил Ампера больше момента сопротивления, то якорь начинает вращаться, при этом витки, уходящие от полюса, обесточиваются, а витки, подходящие к полюсу запитываются, т.е. коллектор осуществляет постоянную перекоммутацию обмоток якорной цепи.

При замыкании и особенно при размыкании якорных обмоток между щетками и коллектором возможно искрообразование. Электрическая дуга имеет температуру больше 3 тыс. ^оС. Поэтому искрообразование один из факторов снижения долговечности.

При высоких частотах вращения длительность существования электрической дуги может быть соизмерима со временем одного оборота. При этом возможно возникновение «кругового по коллектору» (электрическая дуга охватит весь коллектор). В этом случае двигатель достаточно быстро выйдет из строя.

При вращении якоря по закону электромагнитной индукции в якорной цепи образуется ЭДС, направленная противоположно напряжению.

Т.о. напряжение, приложенное к якорной цепи, уравновешивается ЭДС двигателя (противоЭДС двигателя) и падением напряжения на активных и реактивных сопротивлениях якорной цепи.

(*) – основное уравнение ДПТ,

– напряжение, приложенное к якорной цепи (к щеткам на рис.).

– ЭДС двигателя.

– ток якорной цепи

– сопротивление якорной цепи (сопротивление щеток, перехода щетки - коллектор и сопротивление якорных обмоток)

– индуктивность якорной цепи

Если ток , то:

Статор и якорь выполняют из набора тонких пластин из электротехнического материала электрически изолированных между собой (чтобы уменьшить токи Фуко) – шихтованный статор (якорь). Как известно любые физические величины обладают свойством аддитивности.

И скажение магнитного поля статора магнитным полем ротора называется реакцией якоря – происходит смещение всех магнитных потоков и сил.

ОО – геометрическая нейтраль двигателя.

О₁О₁ – физическая нейтраль двигателя

Для борьбы с реакцией якоря на статоре устанавливается специальные компенсирующие обмотки.