Электродвигатель постоянного тока работает от источников постоянного тока. В электродвигателе происходит превращение электрической энергии в механическую.

Электрический двигатель постоянного тока состоит из ротора (якоря) и статора (индуктора, магнита, обмотки возбуждения). Статор может быть либо постоянным магнитом, либо электромагнитом.

Якорь во многих электродвигателях представляет собой проволочные петли, надетые на сердечник из мягкого железа, на котором реверсируется питание его обмотки (посредством коммутатора или управляющей электронной схемы).

Большинство двигателей, работающих на постоянном токе, имеют коммутатор, состоящий из коллектора и щеток. Щетки установлены на статоре и не вращаются, а коллектор соединен с катушкой установленной на роторе (якоре).

Современные бесколлекторные двигатели (или бесщеточные двигатели, BLDC) имеют якорь из постоянных магнитов и не имеют коллектора и щеток, а работают со специальной электронной схемой.

Якорь двигателя двигателя постоянного тока имеет очень низкое сопротивление. По этой причине при запуске двигателя последовательно с ним включается переменное сопротивление, которое выводится по мере того, как якорь набирает скорость.

Когда проводник с током вносится в магнитное поле, на него начинает действовать сила, зависящая от трех факторов: от напряженности поля, от величины тока и от длины проводника.

Сила, приводящая во вращение якорь электродвигателя, зависит от тех же трех факторов. При этом эффективная длина обмотки приблизительно равна удвоенной длине якоря, умноженной на число витков.

Двигатель постоянного тока в разобранном виде

Электромагнит двигателя постоянного тока можно возбудить тремя различными способами, и в каждом из этих способов возбуждения двигатель работает по-разному.

Обмотка электромагнита и якорь могут быть соединены тремя способами: последовательно (сериесное возбуждение), параллельно (шунтовое возбуждение) и смешанно (компаунд-возбуждение).

В электродвигателе постоянного тока с последовательным возбуждением весь ток проходит как через якорь, так и через обмотку электромагнита.

Следовательно, вращающий момент, действующий на якорь, изменяется пропорционально квадрату тока, поскольку крутящее усилие зависит от тока в якоре и от напряженности магнитного поля, которая линейно меняется в зависимости от тока в обмотке электромагнита.

В результате, когда действие большой нагрузки замедляет вращение якоря двигателя с последовательным возбуждением, так что обратная э. д. с. становится малой, то через якорь и обмотку электромагнита идет сильный ток, создающий значительную силу для вращения якоря.

Двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением используются в трамваях, электровозах, автомобильных стартерах и в других машинах, которые работают в условиях быстро прикладываемых значительных нагрузок.

Обычно такие двигатели соединяются с приводимыми в движение машинами с помощью шестереночных, а не ременных передач, поскольку если при работе двигателя нагрузка на него резко снижается, то двигатель разгоняется до опасной скорости (они не имеют ограничения скорости) . На холостом ходу двигатель может работать на высоких оборотах, когда существует риск механического разрыва ротора с возможным травмированием оператора.

Современные технологии с преобразователем частоты позволяют полностью и в равной степени заменить такие двигатели на трехфазные асинхронные двигатели, а в последних разработках — на трехфазные синхронные двигатели с постоянными магнитами на роторе.

Обладая такой же мощностью и такими же характеристиками крутящего момента, они меньше, легче и позволяют рекуперацию энергии, если это позволяют условия эксплуатации источника питания.

Схема подключения электродвигателя

В двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением ток разветвляется, одна часть его идет через якорь, а другая — через обмотку электромагнита. При этом полный ток в обеих ветвях равен току, питающему двигатель.

В результате вращающий момент якоря пропорционален первой степени тока, тогда как в двигателях с последовательным возбуждением этот момент меняется как квадрат тока.

Когда якорь двигателя с параллельным возбуждением начинает вращаться медленнее при повышении нагрузки на двигатель, через якорь пойдет больший, а через обмотку электромагнита — меньший ток.

В результате вращающий момент останется неизменным. Поэтому двигатель в течение всего времени, пока к нему приложена нагрузка, будет работать на скорости, пониженной по сравнению с его холостым ходом.

Такое подключение двигателя позволяет независимо регулировать и определять ток в обмотке возбуждения статора и обмотке ротора (якорь). Это позволяет изменять скорость и крутящий момент двигателя.

Двигатели с параллельным возбуждением непригодны для больших нагрузок. По этой причине они находят применение в таких установках, где нагрузка постоянная и где требуется постоянная скорость вращения, например электрических вентиляторах, воздуходувках, жидкостных насосах и т. п.

Электродвигатели постоянного тока со смешанным возбуждением имеют две обмотки возбуждения (одну для параллельного включения, другую — для последовательного). Они не разгоняются при ослаблении нагрузки и вместе с тем пригодны для больших нагрузок. Почему это так, предоставляю объяснить читателю и поделиться своими идеями в комментарии к статье.

Двигатели этого типа применяются в подъемниках, штамповочных прессах и других машинах, где в начальный момент работы машины необходимы значительные усилия. Последовательное возбуждение во многих случаях выключается после набора двигателем определенной скорости.

Вопрос. Какого вида возбуждения двигатель постоянного тока показан на фотографии в статье?

Источник

Возбуждение двигателя постоянного тока. Схемы возбуждения.

Возбуждение двигателя постоянного тока является отличительной особенностью таких двигателей. От типа возбуждения зависят механические характеристики электрических машин постоянного тока. Возбуждение может быть параллельным последовательным смешанным и независимым. Тип возбуждения означает, в какой последовательности включены обмотки якоря и ротора.

При параллельном возбуждении обмотки якоря и ротора включаются параллельно друг другу к одному источнику тока. Так как у обмотки возбуждения больше витков чем у якорной то и ток в ней течет незначительный. В цепи, как обмотки ротора, так и обмотки якоря могут включаться регулировочные сопротивления.

Обмотка возбуждения может подключаться и к отдельному источнику тока. В этом случае возбуждение будет называться независимым. У такого двигателя характеристики будут схожи с двигателем, в котором применяется постоянный магнит. Скорость вращения двигателя с независимым возбуждением, как и у двигателя с параллельным возбуждением зависит от тока якоря и основного магнитного потока. Основной магнитный поток создается обмоткой ротора.

Скорость вращения можно регулировать с помощью реостата включенного в цепь якоря изменяя тем самым ток в нем. Также можно регулировать ток возбуждения, но здесь нужно быть осторожным. Так как при его чрезмерном уменьшении или полном отсутствии в результате обрыва питающего провода ток в якоре может возрасти до опасных значений.

Также при малой нагрузке на валу или в режиме холостого хода скорость вращения может настолько увеличится, что может привести к механическому разрушению двигателя.

Если обмотка возбуждения включена последовательно с якорной, то такое возбуждение называется последовательным. При этом через якорь и обмотку возбуждения протекает один и тот же ток. Таким образом, магнитный поток изменяется с изменением нагрузки двигателя. А следовательно скорость двигателя будет зависеть от нагрузки.

Двигатели с таким возбуждением нельзя запускать на холостом ходу либо с небольшой нагрузкой на вал. Их применяют в том случае если, требуется большой пусковой момент или способность выдерживать кратковременные перегрузки.

При смешанном возбуждении используются двигатели, у которых на каждом полюсе есть по две обмотки. Их можно включить так чтобы магнитные потоки как складывались, так и вычитались.

В зависимости от того как соотносятся магнитные потоки двигатель с таким возбуждением может работать как двигатель с последовательным так и двигатель с параллельным возбуждением. Все зависит от ситуации, если нужен большой стартовый момент, такая машина работает в режиме согласного включения обмоток. Если же необходима постоянная скорость вращения, при динамически изменяющейся нагрузке применяют встречное включение обмоток.

В машинах постоянного тока можно изменять направление движения ротора. Для этого необходимо изменить направление тока в одной из обмоток. Якорной либо возбуждения. Изменением полярности направление вращения двигателя можно добиться только в двигателе с независимым возбуждением, или в котором используется постоянный магнит. В других схемах включения нужно переключать одну из обмоток.

Стартовый ток в машине постоянного тока достаточно велик, поэтому ее следует запускать с добавочным реостатом, чтобы избежать повреждения обмоток.

Источник

СПОСОБЫ СОЕДИНЕНИЯ ОБМОТОК ЯКОРЯ И ВОЗБУЖДЕНИЯ

Цепь обмотки возбуждения может получать питание от специального источника постоянного тока и не иметь электрического соединения с обмоткой якоря. Такие машины называют маши­нами, независимого возбуждения.

Рис. 1. Схема машины независимого возбуждения

U — напряжение на зажимах машины,

I_A,I_B,I_нагр — токи в целях якоря, возбуждения и нагрузки,

R_нагр — сопротивление нагрузки,

r_рв — сопротивление регулирующего реостата в цели возбуждения

Но обычно обмотка возбуждения имеет электри­ческое соединение с обмоткой якоря.

В зависимости от способа этого соединения различают три типа машин постоянного тока.

1. Машины параллельного возбуждения (шунтовые).

Оба зажима обмотки возбуждения непосредственно присоединены к щеткам, наложенным на коллектор. Полюсные катушки этих машин имеют много витков из тонкого про­вода.

2. Машины после­довательного возбуждения (сериесные).

Обмотка возбуждения включается последовательно с обмоткой якоря. Полюсные катушки этих машин имеют мало витков из толстого провода.

3. Машины смешанного возбуждения (компаундные).

На каждом полюсном сердечнике этих машин имеется две, полюсные катушки по типу шунтовой и сериесной. Шунтовая об­мотка возбуждения компаундной машины соединяется парал­лельно якорной обмотке, а сериесная — последовательно.

Способ соединения обмотки возбуждения с обмоткой якоря оказывает сильное влияние на электрические свойства генерато­ров и механические свойства двигателей постоянного тока.

Источник

Способы возбуждения двигателя постоянного тока

Двигатели с электромагнитным возбуждением по способу возбуждения подразделяются следующим образом:

При независимом возбуждении якорь и обмотка возбуждения получают питание от различных источников постоянного тока. Иногда возникает необходимость изменения напряжения на якоре или на обмотке возбуждения, например для изменения скорости вращении.

Параллельное возбуждение. Источник питания один. Якорь и обмотка возбуждения подключаются параллельно.

.

Последовательное возбуждение. Источник питания один. Обмотка возбуждения и якорь соединены последовательно.

.

Двигатель смешанного возбуждения имеет две обмотки возбуждения. Одна подключается параллельно, другая – последовательно.

Эти двигатели имеют различные характеристики.

Источник

Виды возбуждения и схемы включения двигателей постоянного тока.

Двигатели постоянного тока в зависимости от способов их воз­буждения, как уже отмечалось, делятся на двигатели с независимым, параллельным (шунтовым), последовательным (сериесным) и смешанным (компаундным) возбуждением.

Двигатели независимого возбуждения, рис.8,а, требуют два источника питания. Один из них необходим для питания обмотки якоря (выводы Я1 и Я2 ), а другой — для создания тока в обмотке возбуждения (выводы обмотки Ш1 и Ш2). Дополнительное сопротивление Rд в цепи обмотки якоря необходимо для уменьшения пускового тока двигателя в момент его включения.

С независимым возбуждением выполняются в основном мощные электрические двигатели с целью более удобного и экономичного регулирования тока возбуждения. Сечение провода обмотки возбуждения определяется в зависимости от напряжения ее источника питания. Особенностью этих машин является независимость тока возбуждения, а соответственно и основного магнитного потока, от нагрузки на валу двигателя.

Двигатели с независимым возбуждением по своим характеристикам практически совпадают с двигателями параллельного возбуждения.

Двигатели параллельного возбуждения включаются в соответствии со схемой, показанной на рис.8,6. Зажимы Я1 и Я2относятся к обмотке якоря, а зажимы Ш1 иШ2 — к обмотке возбуждения (к шунтовой обмотке). Переменные сопротивления Rд и Rвпредназначены соответственно для изменения тока в обмотке якоря и в обмотке возбуждения. Обмотка возбуждения этого двигателя выполняется из большого количества витков медного провода сравнительно малого сечения и имеет значительное сопротивление. Это позволяет подключать ее на полное напряжение сети, указанное в паспортных данных.

Особенностью двигателей этого типа является то, что при их работе запрещается отсоединять обмотку возбуждения от якорной цепи. В противном случае при размыкании обмотки возбуждения в ней появится недопустимое значение ЭДС, которое может привести к выходу из строя двигателя и к поражению обслуживающего персонала. По той же причине нельзя размыкать обмотку возбуждения и при выключении двигателя, когда его вращение еще не прекратилось. •

С увеличением частоты вращения его следует уменьшать, а при достижении установившейся частоты вращения — вывести

Рис. 8. Виды возбуждения машин постоянного тока,

а — независимого возбуждения , б — параллельного возбуждения,

в — последовательного возбуждения, г — смешанного возбуждения.

ОВШ — обмотка возбуждения шунтовая, ОВС — обмотка возбуждения

сериесная,’ ОВН — обмотка независимого возбуждения, Rд —

Долнительное сопротивление в цепи обмотки якоря, Rв- Дополнительное сопротивление в цепи обмотки возбуждения.

полностью. Отсутствие дополнительного сопротивления в обмотке якоря в момент пуска двигателя может привести к появлению большого пускового тока, превышающего номинальный ток якоря в 10. 40 раз [1,2].

Важным свойством двигателя параллельного возбуждения служит’ практически постоянная его частота вращения при изменении нагрузки на валу якоря. Так при изменении нагрузки от холостого хода до номинального значения частота вращения уменьшается всего лишь на (2.. 8)% [1,12].

Второй особенностью этих двигателей служит экономичное регулирование частоты вращения, при котором отношение наибольшей скорости к наименьшей может составлять 2:1, а при специальном исполнении двигателя — 6:1. Минимальная частота вращения ограничивается насыщением магнитной цепи, которое не позволяет уже увеличивать магнитный поток машины, а верхний предел частоты вращения определяется устойчивостью машины — при значительном ослаблении магнитного потока двигатель может пойти «вразнос» [1,3,4,6].

Двигатели последовательного возбуждения (сериесные) включаются по схеме, рис.8, в. Выводы С1 и С2 соответствуют сериесной (последовательной) обмотке возбуждения. Она выполняется из сравнительно малого числа витков в основном медного провода большого сечения. Обмотка возбуждения соединяется последовательно с обмоткой якоря. Дополнительное сопротивление Rд в цепи обмоток якоря и возбуждения позволяет уменьшить пусковой ток и производить регулирование частоты вращения двигателя. В момент включения двигателя оно должно иметь такую величину, при которой пусковой ток будет составлять (1,5. 2,5)Iн. После достижения двигателем установившейся частоты вращения дополнительное сопротивление Rд выводится, то есть устанавливается равным нулю.

Эти двигатели при пуске развивают большие пусковые моменты вращения и должны запускаться при нагрузке не менее 25% ее номинального значения. Включение двигателя при меньшей мощности на его валу и тем более в режиме холостого хода не допускается. В противном случае двигатель может развить недопустимо большие обороты, что вызовет выход его из строя [1,6,12 ]. Двигатели этого типа широко применяются в транспортных и подъемных механизмах, в которых необходимо изменять частоту врашения в широких пределах.

Двигатели смешанного возбуждения (компаундные), рис.8, г, занимают промежуточное положение ?» между двигателями параллельного и последовательного возбуждения. Большая принадлежность их к тому или другому виду зависит от соотношения частей основного потока возбуждения, создаваемых параллельной или последовательной обмотками возбуждения. В момент включения двигателя для уменьшения пускового тока в цепь обмотки якоря включается дополнительное сопротивление Rд. Этот двигатель обладает хорошими тяговыми характеристиками и может работать в режиме холостого хода.

Прямое (безреостатаное) включение двигателей постоянного тока всех видов возбуждения допускается мощностью не более одного киловатта.

6. Обозначение машин постоянного тока.

В настоящее время наиболее широкое распространение получили машины постоянного тока общего назначения серии 2П и наиболее новой серии 4П. Кроме этих серий выпускаются двигатели для крановых, экскаваторных, металлургических и других приводов серии Д. Изготавливаются двигатели и специализированных серий [5,6,8].

Двигатели серий 2П и 4Пподразделяются по оси вращения, как это принято для асинхронных двигателей переменного тока серии4А. Машины серии2П имеют 11 габаритов, отличающихся по высоте вращения оси от 90 до 315 мм. Диапазон мощностей машин этой серии составляет от 0,13 до 200 кВт для электрических двигателей и от 0,37 до 180 кВт для генераторов. Двигатели серий 2П и 4П рассчитываются на напряжение 110, 220, 340 и 440 В. Их номинальные частоты вращения составляют 750, 1000, 1500,2200 и 3000 об/мин.

Каждый из 11 габаритов машин серии 2П имеет станины двух Длин ( М и L ).

Электрические машины серии 4П имеют лучшие некоторые технико — экономические показатели по сравнению с серией 2П. 1 рудоемкость изготовления серии 4П по сравнению с 2П снижена в 2,5. 3 раза.’ При этом расход меди снижается на 25. 30 %. По ряду конструктивных особенностей, в том числе по способу охлаждения, по защите от атмосферных воздействий, по использованию отдельных деталей и узлов машины серии 4П унифицированы с асинхронными двигателями серии 4АиАИ [10,11].

Обозначение машин постоянного тока (как генераторов, так и двигателей) представляется следующим образом:

2ПХ1Х2ХЗХ4 ,

где 2П — серия машины постоянного тока;

XI — исполнение по типу защиты: Н — защищенное с само­вентиляцией, Ф — защищенное с независимой вентиля­цией, Б — закрытое с естественным охлаждением, О — закрытое с обдувом от постороннего вентилятора;

Х2 — высота оси вращения ( двухзначное или трехзначное число) в мм;

ХЗ— условная длина статора: М — первая, L — вторая, Г — с тахогенератором;

Х4 — климатическое исполнение и категория размеще­ния: У — умеренный климат, Т — тропический климат.

В качестве примера можно привести обозначение двигателя 2ПН112МГУ — двигатель постоянного тока серии 2П, защищенного исполнения с самовентиляцией Н,112 высота оси вращения в мм, первый размер статораМ, укомплектован тахогенератором Г, используется для умеренного климатаУ.

По мощностям электрические машины постоянного тока условно могут быть подразделены на следующие группы [12]:

Микромашины ………………………. меньше 100 Вт,

Мелкие машины ………………………от 100 до 1000 Вт,

Машины малой мощности…………..от 1 до 10 кВт,

Машины средней мощности………..от 10 до 100 кВт,

Крупные машины……………………..от 100 до 1000 кВт,

Машины большой мощность……….более 1000 кВт.

По номинальным напряжениям электрические машины подразделяются условно следующим образом:

Низкого напряжения…………….меньше 100 В,

Среднего напряжения ………….от 100 до 1000 В,Высокого напряжения

По частоте вращения машины постоянного тока могут быть представлены как:

Источник